裝配式大懸臂倒T型預應力混凝土蓋梁設計

程 苗

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司南京分公司，江蘇 南京 210000)

城市高架橋在保證橋上有足夠的行車道寬度的同時又需要在橋下預留更多空間，滿足地面道路的交通需求。在結構形式的選擇中，既要考慮施工期間對地面交通和周邊環境的影響，又要考慮施工難度、施工速度和景觀效果等多方面因素。預制小箱梁+大懸臂倒T型預應力混凝土蓋梁的結構形式能很好地滿足這些需求，往往成為工程設計的優選方案。

傳統大懸臂蓋梁一般采用現澆工藝，施工期間需搭設大量支架，對地面交通帶來較大影響。近年來，隨著國家大力推行預制裝配式建筑及建筑工業化，預制裝配式大懸臂倒T型預應力混凝土蓋梁在全國各地城市高架橋建設項目中得到了廣泛應用。蓋梁節段采用工廠化預制，結構質量有保障，景觀效果較好，現場拼裝期間對地面交通和周圍環境影響小，施工速度快，符合安全、實用、經濟、環保和美觀的設計原則。

1 工程概況

沂河路快速化改造工程作為臨沂市快速內環南線的一部分，是臨沂市“三環十五射”骨架路網規劃中的重要一環，也是溝通高新區、羅莊區及經濟開發區等區域組團的重要交通干道。

該工程是在現有沂河路的基礎上，按城市快速路標準進行改造。工程西起G2京滬高速收費站，東至溫泉路(規劃快速內環東線)以東，全長約20.1 km，主要采用“主線高架+地面輔路”形式。主線高架為雙向6車道，設計車速80 km/h，地面快速路設計車速80 km/h，地面輔路設計車速50～60 km/h，匝道設計車速30～40 km/h。

2 裝配式大懸臂倒T型預應力混凝土蓋梁設計

主線高架橋25.1 m標準橋寬小箱梁下部結構采用直立雙柱+大懸臂倒T型預應力混凝土蓋梁形式。蓋梁全長24.8 m，懸臂長約9.25 m。蓋梁中心高度3.6 m，懸臂端高度漸變至約2.98 m，縱橋向頂面寬1.2 m，底面寬2.3～3.2 m。蓋梁分為三段，兩側為工廠化預制節段，中間為現場澆筑濕接段。墩柱采用雙立柱，中心間距4.5 m，立柱尺寸為1.8(2.0)m(順橋向)×1.8 m(橫橋向)，角點處采用=0.15 m的圓倒角。為了不讓橋面排水管外漏影響橋梁美觀，在蓋梁挑臂底面及立柱外側設排水管槽。標準橋墩基礎根據立柱高度分別采用4根直徑1.5 m或1.8 m的鉆孔灌注樁，承臺厚度為2.6 m或2.8 m，同時預制立柱對應位置處設0.2 m深的凹槽。

橋墩結構整體效果簡潔、有序，線條順暢、挺拔，視線較開闊，墩柱通過蓋梁底緣曲線延伸，并與小箱梁外側弧形挑臂銜接，既顯得造型別致又不失結構的安全感，也與其他現狀高架橋型的流暢線形相協調。

蓋梁預制節段采用C50混凝土，現澆濕接段采用C55收縮補償混凝土，立柱采用C40混凝土。預應力鋼束采用符合《預應力混凝土用鋼絞線》(GB/T5224—2014)標準的φ15.2 mm高強度低松弛鋼絞線，每股公稱截面面積為139 mm，標準強度=1 860 MPa，彈性模量=1.95×105 MPa。預應力錨具采用優質的群錨體系，管道采用鍍鋅金屬波紋管，真空輔助壓漿工藝。管道摩擦系數=0.25，管道每米局部偏差對摩擦的影響系數=0.0015。

蓋梁共布置10束預應力鋼束，分為N1、N2、N3、N4和N5五種形狀，每種2束。其中N1～N3采用φ15.2-17型鋼束，N4和N5采用φ15.2-15型鋼束，錨下張拉控制應力=0.75=1 395 MPa。

蓋梁鋼束張拉應分批進行，具體張拉批次為：蓋梁拼裝完成、現澆濕接段混凝土達到預應力張拉要求后張拉N2-1、N4-1、N5-1；小箱梁吊裝完畢、二期鋪裝前張拉N1-2、N3-2。鋼束張拉應遵循對稱、均衡張拉的原則，以蓋梁中心線為基準，采用由近及遠的順序張拉。

3 結構計算分析

3.1 計算模型建立

采用midas Civil 2020有限元程序建立橋墩蓋梁計算模型。蓋梁、立柱和承臺采用梁單元進行模擬。

3.2 主要計算參數

(1)恒載

一期恒載：預應力混凝土、鋼筋混凝土容重=26 kN/m；二期恒載：瀝青混凝土容重=24 kN/m；防撞護欄：15 kN/m/側，中央防撞護欄10 kN/m。

(2)汽車荷載

汽車荷載采用城-A級，并按公路-Ⅰ級驗算。車道荷載折減系數按照《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60—2015)規定取值；沖擊系數按《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60—2015)第4.3.2條計算。

(3)不均勻沉降

由于兩個立柱在同一個承臺上面，故不考慮不均勻沉降影響。

(4)溫度

考慮整體升溫30 ℃，整體降溫30 ℃。

3.3 正常使用極限狀態抗裂驗算

頻遇組合下蓋梁截面上下緣的最小正應力，見圖1。

頻遇組合下蓋梁截面主拉應力，見圖2。

圖1 頻遇組合蓋梁截面上下緣正應力圖(單位：MPa)

圖2 頻遇組合蓋梁截面主應力圖(單位：MPa)

由圖2可知，在頻遇組合下，蓋梁正截面均為壓應力，滿足規范要求。同時，在頻遇組合下，蓋梁斜截面最大主拉應力為0.3 MPa<0.5=1.325 MPa，滿足規范要求。故蓋梁在頻遇組合下的抗裂驗算滿足要求。

準永久組合下蓋梁截面上下緣的最小正應力，見圖3。

由圖3可知，在準永久組合效應組合下，蓋梁正截面均為壓應力，滿足規范要求。

圖3 準永久組合蓋梁截面上下緣正應力圖(應力/MPa)

3.4 正常使用極限狀態應力驗算

標準組合下蓋梁截面上下緣的最大正應力，見圖4。

標準組合下蓋梁截面主壓應力，見圖5。

由圖5可知，在標準組合下，蓋梁正截面最大壓應力11.2 MPa<0.5=0.5×32.4=16.2 MPa，滿足規范要求；同時，在標準效應組合下，蓋梁斜截面最大主壓應力11.2 MPa<0.6=0.6×32.4=19.44 MPa，滿足規范要求。

3.5 承載能力極限狀態強度驗算

基本組合下蓋梁彎矩及承載力和剪力及承載力包絡圖，見圖6，圖7。

圖4 標準組合蓋梁截面上下緣正應力圖(單位：MPa)

圖5 標準組合蓋梁截面主應力圖(單位：MPa)

圖6 基本組合下蓋梁彎矩及承載力包絡圖(單位：kN·m)

圖7 基本組合下蓋梁剪力及承載力包絡圖(單位：kN)

由圖6、圖7可知，在基本組合下，蓋梁全截面最大(最小)設計彎矩均小于截面極限承載彎矩，滿足規范要求。按規范規定的蓋梁抗剪計算位置處最大(最小)設計剪力小于截面抗剪承載力，滿足規范要求。另外，截面的抗剪截面尺寸也滿足規定。

4 結 語

(1)預制裝配式大懸臂倒T型蓋梁具備標準化設計、工廠化生產、機械化施工和信息化管理等眾多優勢，已經成為城市高架橋設計的優選方案。但由于國內預制裝配式橋梁起步較晚，相應規范體系還不夠完善，諸如裝配工藝、施工質量控制、結構耐久性等課題還需要進一步研究。

(2)結合臨沂市沂河路快速化改造工程采用的預制裝配式大懸臂倒T型預應力混凝土蓋梁，介紹了該類型蓋梁的設計思路和設計方法，可為同類型蓋梁設計提供借鑒和參考。