錨固橫梁設計

孫景環

(河北路橋集團有限公司)

錨固橫梁設計

孫景環

(河北路橋集團有限公司)

介紹了錨固橫梁設計和錨固橫梁內力計算。

錨固;橫梁;設計

1 錨固橫梁設計

(1)構造。

在頂板、腹板和底板之間設置鋼筋混凝土橫梁進行錨固(圖1)。橫梁位于9#塊末端，厚度1.8 m，錨固橫梁與牛腿橫隔梁的凈距為2.30 m。

通過植筋的方式將橫梁與原箱梁頂板、腹板、底板連接在一起。澆筑橫梁混凝土時，在頂板的中間開口(開口寬度30 cm)，從橋面上澆筑，以保證橫梁混凝土密實性。

圖1 錨固橫梁構造

(2)采用自密實混凝土。

為了加強錨固橫梁與原梁的可靠連接，除了采用植筋技術將鋼筋錨固外，確保混凝土的澆筑質量是問題的關鍵。錨固橫梁體積小，鋼筋密集，施工空間狹小，混凝土無法振搗，采用一般的混凝土是很難控制質量的。經過對國內已有橋梁加固實例的調查研究，新增設的錨固橫梁采用自密實混凝土澆筑技術。

自密實混凝土簡介具有如下特點。

①高流態自密實混凝土在20世紀70年代由前西德發明，20世紀90年代中期在日本得到廣泛應用。

②高流態自密實混凝土不用振搗而能自行密實，即混凝土自己流滿整個模板，無需振動搗實而依靠自重密實。

③自密實混凝土在國內得到逐步應用，從20世紀90年代末開始澆筑量已超過數萬立方，主要用于暗挖、密筋、形狀復雜等無法澆筑或澆筑困難，解決擾民問題，縮短工期。

④本加固工程的錨固橫梁內鋼筋密集、空間狹小，無法振搗，普通混凝土無法澆筑密實，難以確保施工質量。采用自密實混凝土可解決上述問題。

(3)橫梁與箱梁接觸面的處理。

為加強橫梁混凝土與原梁混凝土的連接，增強橫梁的抗剪力，需要先鑿除原梁頂板、腹板和底板的混凝土表面約2 cm左右，然后在橫梁范圍內，將原梁表面做成寬鋸齒狀的橫向溝槽。溝槽深度不小于3 cm，寬度為20 cm。

2 錨固橫梁內力計算

采用Ansys Ver 10.0中的Solid 95塊體單元，對錨固橫梁進行空間有限元分析，計算在體外索張拉作用下的應力，如圖2。體外索的設計張拉噸位以40%控制，即每束的最終張拉力為1 250 kN，考慮到以后調索的可能，計算時體外索的張拉噸位以50%控制，即每束張拉力為1 560 kN，按同時張拉6束計算。

圖2 錨固橫梁有限元計算圖式

(1)橫梁與頂板、腹板間的抗剪計算。

圖3為自頂板中心開始與橫梁與頂板、腹板、底板接觸處橫梁的剪應力包絡圖變化情況(其中1～16點為頂板，16～29點為腹板，29～34點為底板)。頂板內的剪應力自頂板中心向腹板逐漸增大，最大值發生在上承托中心，為2 654.8 kPa。腹板內的最大剪應力發生在下承托與腹板交界處，為3 311.5 kPa。底板內的剪應力較小，最大值為2 148.1 kPa。

圖4為橫梁與箱梁接觸處各點的剪應力包絡圖沿橫梁厚度方向的變化情況。可以看出，最大剪應力發生在錨固面附近，此后在沿橫梁厚度方向基本均勻分布。

進行錨固鋼筋計算時，可以偏安全地取頂板剪應力的最大值、腹板剪應力的最大值及底板剪應力最大值計算，并認為沿橫梁厚度方向均勻分布。頂板內的剪應力取為2 654.8 kPa，腹板內的剪應力取為 3 311.5 kPa，底板內的剪應力取為2 148.1 kPa。

張拉體外束引起的剪力由橫梁混凝土體和錨固鋼筋共同承受。混凝土的容許剪切應力為2.4 MPa計算，考慮到新舊混凝土之間的連接問題，計算時按0.8折減。

采用規格為Φ16×190直徑為160 mm的HRB335鋼筋作為植入筋，錨固深度為19 cm，每根錨栓的設計抗剪力為33.0 kN。

圖3 錨固橫梁周邊剪應力包絡圖

圖4 錨固橫梁周邊剪應力沿橫梁厚度方向的變化

錨固鋼筋的計算結果見表1。根據計算結果，頂板內錨固鋼筋的縱橫向間距20 cm，腹板內錨固鋼筋縱橫向間距15 cm，底板內錨固鋼筋縱橫向間距15 cm。

(2)橫梁抗彎設計。

采用HRB335鋼筋，直徑32 mm，沿橫梁厚度方向布置5排，間距12 cm。在橫梁后端，沿高度方向，橫梁下緣至錨墊板間距為10 cm，錨墊板至頂板間距為15 cm。

U442

C

1008-3383(2012)02-0091-02

2011-11-13

孫景環(1975-)，女，工程師。

表1 錨固鋼筋計算表