預(yù)應(yīng)力混凝土T構(gòu)設(shè)計與計算

劉 歡

中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 102600

1 橋梁概況

某新建橋與既有津霸鐵路相交，橋梁中心線與鐵路中心線斜交，交角為89.6°。橋位處既有津霸鐵路有上、下行線兩股道，股道間距為4.1m。津霸鐵路是電氣化鐵路，采用鋼筋混凝土枕，鋼軌型號為60kg/m鋼軌，既有鐵路兩側(cè)分別有2條規(guī)劃鐵路，平面位于直線上。該橋梁跨越運(yùn)營鐵路，故綜合比選方案后采用側(cè)位現(xiàn)澆轉(zhuǎn)體法施工，結(jié)構(gòu)選用跨度為70m的T構(gòu)跨越，轉(zhuǎn)體墩防護(hù)樁邊緣與既有津霸鐵路下行線中心最小距離為26.12m，最小凈空為10.33m。

2 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

主橋采用2×70m T構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)采用單箱三室斜腹板箱形截面，沿箱梁結(jié)構(gòu)中心線中支點(diǎn)處梁高7m，邊支點(diǎn)等高段梁高3.5m，等高段長4.92m，其余梁底線形按圓曲線變化。箱梁頂板寬34.58m，底板寬20.964～24.145m。兩側(cè)懸臂長度為4.04m，懸臂板端部厚0.2m、根部厚0.65m，距離端部2.04m位置處懸臂厚度為0.35m，橫橋向懸臂厚度呈線性變化。箱梁頂板厚0.3m，中支點(diǎn)和邊支點(diǎn)處均增至0.55m；底板厚度為0.25～1m，中支點(diǎn)和邊支點(diǎn)處分別增至1.5m、0.5m；邊腹板、中腹板厚度相同，標(biāo)準(zhǔn)段厚度為0.5m，中支點(diǎn)處為1.2m。在中支點(diǎn)處對應(yīng)墩身設(shè)置中橫梁，厚4m，邊支點(diǎn)處端橫梁厚2m。

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由下轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體支座、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)組成。主梁采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。縱、橫向預(yù)應(yīng)力采用φs15.2高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1860MPa，彈性模量EP=1.95×105MPa，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T 5224—2014）的有關(guān)規(guī)定。管道成孔采用金屬波紋管，豎向預(yù)應(yīng)力采用Φ32預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋，產(chǎn)品應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋》（GB/T 20065—2016）標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為930MPa，錨下張拉控制應(yīng)力為697.5MPa。錨固體系采用JLM-32型錨具；張拉體系采用YC60A型千斤頂，采用φ51mm鐵皮管制孔。施工中應(yīng)采用二次張拉工藝，錨固時錨具回縮量不得大于1mm，確保豎向預(yù)應(yīng)力筋的永存應(yīng)力滿足設(shè)計要求。

3 主橋結(jié)構(gòu)計算

3.1 計算參數(shù)

（1）混凝土強(qiáng)度：主梁為C55，主墩及承臺采用C50，樁基礎(chǔ)采用水下C30。

（2）重要性系數(shù)取1.1。

（3）計算荷載。①一期恒載：自重，按結(jié)構(gòu)實(shí)際截面尺寸計入。②二期恒載：包括調(diào)平層、防水層、瀝青、防護(hù)屏、防護(hù)欄等附屬設(shè)施重量，瀝青為92.02kN/m，調(diào)平層為68.16kN/m，HA防撞墻為24.88kN/m（兩側(cè)），SS防撞墻為20.37kN/m（兩側(cè)），防護(hù)屏為2kN/m（兩側(cè)）。③活載：采用公路-Ⅰ級荷載，并在此基礎(chǔ)上按提高30%考慮，沖擊系數(shù)按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）4.3.2規(guī)定計算。④溫度荷載：按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）辦理，整體升降溫按照橋位所在地點(diǎn)氣象資料確定。設(shè)計合龍溫度取10～20℃，整體升溫按+25℃、整體降溫按-25℃考慮。豎向溫度梯度引橋效應(yīng)時，考慮瀝青層隔熱作用不考慮調(diào)平層隔熱作用，結(jié)構(gòu)類型按100mm瀝青混凝土鋪裝層考慮，T1取14℃。⑤混凝土收縮徐變：環(huán)境條件按野外一般條件計算，相對濕度為70%，計算徐變終極時間按照成橋3650d考慮。混凝土徐變對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效應(yīng)按照規(guī)范《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）第4.3.9條辦理，收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失按照第6.2.7條辦理。⑥支座不均勻沉降：邊墩按1cm考慮，中墩按2cm考慮。

（4）該橋按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計，安全等級為Ⅰ級。

3.2 施工階段劃分

根據(jù)施工方案，施工分段澆筑分為兩種方案。方案一：共分5段澆筑，0號段20m、1號段12m、2號段12m、3號段31m、邊跨后澆段為4號段4.92m。方案二：共分3段澆筑，即將方案一中0號段與1號段合并，2號段和3號段合并，4號段維持不變。

3.3 計算模型

采用Midas Civil 2020進(jìn)行成橋階段受力計算。采用梁單元計算模式，全梁共分為150個節(jié)點(diǎn)、146個單元。Midas空間有限元模型如圖1所示。

圖1 Midas空間有限元模型

3.4 計算結(jié)果

根據(jù)有限元模擬，方案一、方案二梁部主要計算結(jié)果如表1所示。

表1 方案一、方案二梁部主要計算結(jié)果

（1）從表1可以看出，兩個方案的結(jié)構(gòu)在持久狀況承載能力極限狀態(tài)下，正截面抗彎、斜截面抗剪均滿足規(guī)范要求；持久狀況正常使用極限狀態(tài)下，混凝土正截面拉應(yīng)力及斜截面主拉應(yīng)力均滿足規(guī)范要求；持久及短暫狀況下構(gòu)件應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

（2）結(jié)構(gòu)剛度。由計算結(jié)果可知，方案一、方案二的活載作用下引起的撓度均為7.4mm，小于L/600（L為計算跨徑），滿足規(guī)范要求，變截面連續(xù)梁通常在使用階段的撓度不控制設(shè)計。

（3）預(yù)拱度。不同長度施工節(jié)段預(yù)拱度設(shè)置如圖2所示。由圖2可知，大節(jié)段與小階段澆筑混凝土對預(yù)拱度設(shè)置影響較大，其中大節(jié)段施工需設(shè)置最大101.5mm反拱，小階段施工需設(shè)置最大16.1mm預(yù)拱。

圖2 不同長度施工節(jié)段預(yù)拱度設(shè)置

4 結(jié)束語

變截面連續(xù)梁整體性能好，轉(zhuǎn)體施工造價相對經(jīng)濟(jì)合理，對既有線路或構(gòu)筑物影響較小，是較受歡迎的一種結(jié)構(gòu)形式。案例橋梁跨越鐵路，設(shè)計施工時需注意以下事項：（1）縱向計算中，抗剪截面因需考慮投影范圍內(nèi)最大剪力及最小截面尺寸，故《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）相較于《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D 62—2004）的設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸需稍加大。（2）根據(jù)施工進(jìn)度及施工質(zhì)量，選取合適長度的現(xiàn)澆節(jié)段。通過對比大節(jié)段、小節(jié)段施工，兩種施工方式在基本承載能力極限狀態(tài)下、混凝土主拉及短暫狀況下的法向壓應(yīng)力方面受力一致，在混凝土拉應(yīng)力、正截面壓應(yīng)力及斜截面主壓應(yīng)力上略有差別，其中大節(jié)段澆筑混凝土?xí)鸹炷林骼瓚?yīng)力不利，對正截面壓應(yīng)力及主壓應(yīng)力有利。（3）大節(jié)段與小節(jié)段澆筑混凝土對預(yù)拱度的設(shè)置影響較大。