預應力混凝土蓋梁設計

摘 要：從盤錦市繞城公路雙臺河特大橋加長加寬設計過程中預應力蓋梁方案的選擇到預應力蓋梁模型建立等方面，介紹預應力混凝土蓋梁的設計過程，并指出預應力混凝土蓋梁的應用必將越來越廣泛。

關鍵詞：預應力蓋梁 永久荷載 活荷載 橫向分布

中圖分類號： U488.34 文獻標識碼：A 文章編號：1674-198X(2011)12(a)-0000-00

1工程簡介

隨著交通行業的不斷發展，舊橋的加寬改造不斷的出現在工程建設項目中，莊林線盤錦繞城公路(西環) K12+070.005處的雙臺河大橋為西環上最為重要的橋梁，它的加寬改造方案是盤錦繞城公路改造工程的主要控制點之一。根據建設方的要求，我單位根據對該橋的現有結構使用狀況調查結果，進行了橋長、橋梁結構體系、上部連接、下部加固等多個技術問題的論證，最終確定了設計方案。

原雙臺河大橋中心樁號K12+070.005，上部結構為29X30米預應力混凝土簡支空心板，橋梁全長876.0m，交角90度。橋面布置為凈10.75+2X0.5米防撞墻，下部肋板臺，柱式墩，樁基礎。

改造后的雙臺河特大橋中心樁號K11+690.42，上部結構為38X30米預應力混凝土簡支箱梁，橋梁全長1146.1m，交角90度。下部肋板臺，柱式墩，樁基礎。

2預應力蓋梁的方案選擇

由于原橋加長了270米，原橋29號橋臺變成了橋墩，肋板臺身需拆除，針對29號橋墩的處理設計了三個方案進行比選。

方案一：利用原橋29號橋臺的樁基礎，在原有橋臺承臺上接柱。因原29號橋臺肋板臺身的拆除，原橋29孔上部板梁勢必拆除。考慮到拆除過程中對橫隔板、鉸縫等位置的損壞以及使用年限等因素，本次設計中廢除原29孔空心板，改為預應力混凝土小箱梁。由于新設計的小箱梁梁高自重遠大于原橋，且29號橋墩的柱中心與原肋板橋臺的前排樁基中心相距約10cm，上部結構的恒載基本全部傳至該排樁基礎上（原橋樁徑0.8m），豎向力顯著增加，原橋樁基礎的樁長及配筋已不能滿足新橋的使用要求，故此方案沒有采用。

方案二：采用不同跨徑上部結構的方式避開原29號橋臺樁基礎。由于考慮工期緊張，且不同的模板將增加工程造價，且需要設置過渡墩，施工繁瑣，故本方案沒有采用。

方案三：不再利用原橋樁基礎。為避開原29號臺處的基礎影響，設計重新布置了現29號橋墩的樁基位置，將其中一個樁基設置從原橋兩個樁基礎中穿過，并避免蓋梁的懸臂過大。綜合考慮，設置了如下的蓋梁尺寸。由于蓋梁懸臂達到3.91米，使用普通鋼筋混凝土蓋梁則截面高度很大，自重大，配筋率大，不符合美觀、經濟等設計要求，故將29號橋墩蓋梁做成預應力蓋梁，大大降低了蓋梁的設計高度，且減少了普通鋼筋的數量。預應力蓋梁設計時按部分預應力A類構件計算。

如圖1-1所示，29號橋墩蓋梁的尺寸布置如下。

圖1-1

3預應力蓋梁的計算

本次使用橋梁博士V3.1版對預應力蓋梁進行建模分析。預應力蓋梁的計算，是對全截面計算其應力，按開裂截面驗算其極限強度。受蓋梁尺寸限制，考慮施工便利，本次設計普通鋼筋采用HRB335φ22上下緣各20根，預應力鋼束選用φs15.2-9型，當鋼絞線束的鋼絲直徑大于5mm時，預應力鋼筋的曲線半徑不易小于6m，故本設計取用曲線半徑6m。預應力鋼束的具體配置如圖1-2所示。

圖1-2

通過預應力蓋梁模型的建立可以看出，預應力蓋梁區別于上部梁的計算主要有兩點：1、上部荷載的模擬；2、活荷載橫向分布系數的選取。

預應力蓋梁的計算是不需要建立全橋模型的，上部梁計算時可以將永久荷載作為均布或集中荷載直接作用于梁體單元上，而預應力蓋梁計算時上部永久荷載是不能直接作用于梁體單元上的。考慮到成橋狀態后，上部結構的荷載將通過支座傳遞到蓋梁上，故在蓋梁設計中，可以將上部梁的計算結果直接應用在蓋梁計算中，即將上部梁計算的支承反力作為集中荷載在施工階段中作用在蓋梁對應梁體支座位置而設立的節點位置上，此支承反力為成橋內力，已經包含了上部梁體自重、永久荷載、收縮、徐變和預應力效應，比較符合成橋使用后的實際情況。

通常上部梁計算時，車輛是縱向、沿X軸移動的，此時活荷載的計算不應該選擇“橫向加載”，而驗算預應力蓋梁的橫向受力時，車輛是垂直于X-Y坐標系運動的，此時活荷載的計算應該選擇橫向加載。橫向加載需要指定“橫向加載有效區域”以及是否“自動計入車道折減系數”。這兩種橫向分布系數的計算是截然不同的。預應力蓋梁的橫向分布系數已經不是真正意義上的橫向分布系數，它的大小就是汽車對這個橫向結構的作用力的大小。這個作用力是根據縱向結構的特征計算而得的，跟結構的縱向跨徑有關。

《公路橋涵設計通用規范》4.3.1條：汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成。車道荷載由均布荷載和集中荷載組成。橋梁結構的整體計算采用車道荷載；橋梁結構的局部加載、涵洞、橋臺和擋土墻土壓力等的計算采用車輛荷載。車輛荷載與車道荷載的作用不得疊加。據此要求，預應力蓋梁的橫向加載采用車道荷載。本設計公路-Ⅰ級，均布荷載標準值為qk=10.5KN/m；集中荷載標準值按以下規定選取：橋梁計算跨徑小于或等于5m時，Pk=180KN；橋梁計算跨徑等于或大于50m時，Pk=360KN；橋梁計算跨徑在5m～50m之間時，Pk值采用直線內插求得。計算剪力效應時，上述計算跨徑標準值Pk應乘以1.2的系數。

故集中力=1.2 ×(180+180×(29.34-5)/(50-5) ) =333 KN。

均布力=10.5×30=315 KN。

車道荷載=333×1.01+315=652KN。

(因支座到墩中心距離為0.33m，故取用了1.01的系數)

預應力蓋梁的橫向分布系數則按652取值。

查看預應力蓋梁的計算結果，承載能力極限狀態荷載組合Ⅰ強度驗算結果滿足要求。正常使用極限狀態荷載組合Ⅰ(最大拉應力不出現負值，即不出現拉應力)滿足要求；正常使用極限狀態荷載組合Ⅱ(最大拉應力為0.827<0.5ftk=0.5×2.65=1.325MPa)滿足要求；正常使用極限狀態荷載組合Ⅲ(最大主壓應力9.96<0.5ftk=0.5×32.4=16.2MPa)滿足要求。

4結語

隨著交通行業的快速發展，橋梁的加長處理也日益增多，包括新建橋梁在條件受到限制的情況下，考慮設計的實用、美觀及施工便利性，預應力蓋梁的設計充分體現出了其優越性，預應力蓋梁的應用必將愈來愈廣泛。

參考文獻

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