雙墩柱大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁的計算

劉忠偉 盧啟煌

1 概述

近年來,隨著城市空間的不斷發(fā)展,大量環(huán)城或繞城高速公路采用高架橋形式上跨市政道路。周圍環(huán)境對橋梁結(jié)構(gòu)的形式影響較大,橋下既要保證足夠的行車道寬度,又要滿足城市景觀性的要求。為了滿足這些要求,常常采用雙墩柱或獨柱大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁的設(shè)計方案。

本文以某工程項目高架橋中的雙墩柱大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁為例,介紹了該類型蓋梁的受力特性和計算要點。

2 蓋梁設(shè)計概況

2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1)設(shè)計速度：80 km/h;2)設(shè)計荷載：公路—Ⅰ級;3)橋梁寬度：2×16.3 m;4)地震烈度：動峰值加速度系數(shù) 0.1g,對應(yīng)地震基本烈度為7度。

2.2 蓋梁尺寸

上部構(gòu)造為24 m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁。下部結(jié)構(gòu)受市政路干擾較大,主要采用了雙墩柱大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁。蓋梁截面采用倒T形形式,蓋梁總長33.5 m,兩側(cè)各懸臂13.4 m,兩墩柱中心間距為6.7 m。順橋向頂寬1.0 m,兩側(cè)墊石平臺寬0.8 m。根部高4.22 m,端部高2.6 m,蓋梁由根部到端部采用圓弧形過渡。

2.3 蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼束

預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁采用A類預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),預(yù)應(yīng)力鋼束采用φ 15.24低松弛高強鋼絞線,預(yù)應(yīng)力鋼束布置如圖1所示。1)預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管;2)管道摩擦系數(shù)：u=0.2;3)管道偏差系數(shù)：κ=0.001 5/m;4)鋼筋回縮和錨具變形：6 mm;5)張拉控制應(yīng)力：1 311.3 MPa。

2.4 蓋梁施工步驟

1)立模澆筑蓋梁混凝土,待混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的90%時張拉鋼束N1a,N1b,N4a,N4b;2)由中間向兩端對稱架設(shè)預(yù)制箱梁;3)架梁結(jié)束后張拉鋼束N2a,N2b,N3a,N3b;4)二期恒載施工。

3 蓋梁計算過程

3.1 模型的建立

蓋梁采用橋梁博士進(jìn)行有限元分析。由于樁基采用嵌巖樁,樁底嵌入粗?；◢弾r微風(fēng)化帶,地質(zhì)條件較好,因此按剛性地基假定,將橋墩底端考慮為固結(jié),模型離散圖見圖2。

3.2 荷載取值

1)恒載。上部結(jié)構(gòu)恒載包括24 m預(yù)制箱梁自重、防撞護(hù)欄重、橋面鋪裝重。恒載通過支座傳遞到蓋梁,故將上部恒載簡化為集中力加載在蓋梁相應(yīng)位置處。2)活載。汽車荷載采用公路—Ⅰ級車輛荷載。按橋面偏載最不利位置加載。3)溫度荷載。整體升溫、降溫 20℃,并按JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范第4.3.10考慮梯度升溫、梯度降溫。4)沉降。樁基為嵌巖樁,墩底沉降取0.005 m。

4 計算結(jié)果分析

4.1 承載能力極限狀態(tài)組合抗彎驗算

圖3為最大彎矩對應(yīng)抗力及最大彎矩圖,圖4為最小彎矩對應(yīng)抗力及最小彎矩圖。從圖3,圖4中可以看出抗彎承載能力滿足要求。

4.2 正常使用極限狀態(tài)長期、短期組合應(yīng)力驗算

正常使用極限狀態(tài)長期、短期組合作用下,上緣最大正應(yīng)力、上緣最小正應(yīng)力、下緣最大正應(yīng)力、下緣最小正應(yīng)力見表1。從表1中看出應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

表1 應(yīng)力表 MPa

4.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋最大拉應(yīng)力驗算

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第7.1.5條第二款規(guī)定,受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋的最大拉應(yīng)力：預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件σpe+σp≤0.65fpk=1 209 MPa(fpk=1 860 MPa)。經(jīng)計算,蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼筋最大拉應(yīng)力為1 200 MPa。蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼筋最大拉應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

4.4 撓度驗算

在荷載短期效應(yīng)組合下最大懸臂端撓度為1.56 cm。

撓度長期增長系數(shù)為1.425,結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的撓度為0.703 cm,則消除結(jié)構(gòu)自重后產(chǎn)生的長期撓度為1.425×(1.87-0.703)=1.663 cm＜1 340×1/300=4.47 cm,滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

雙墩柱大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁的設(shè)計方案不僅使橋梁上下部結(jié)構(gòu)充分協(xié)調(diào),滿足景觀要求和通行要求,而且通過計算證明了該方案在技術(shù)上安全可行,可作為上跨城市道路高架橋蓋梁設(shè)計的參考。

[1]JTG D60-2004,公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[2]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[3]JTG D63-2007,公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].