預(yù)應(yīng)力門(mén)架式蓋梁設(shè)計(jì)淺析

【摘 要】本文結(jié)合某道路與臨近高速立交A6#-A8#墩蓋梁設(shè)計(jì)的工程實(shí)例分析，提出了預(yù)應(yīng)力門(mén)架式蓋梁設(shè)計(jì)上除了需滿足視覺(jué)效果，蓋梁結(jié)構(gòu)安全及耐久性外，須考慮蓋梁施工過(guò)程安全以及預(yù)應(yīng)力對(duì)墩柱的影響，以達(dá)到工程的安全和可控性，達(dá)到設(shè)計(jì)上結(jié)構(gòu)安全與外形美觀的統(tǒng)一。

【關(guān)鍵詞】工程；設(shè)計(jì)；預(yù)應(yīng)力

1.工程概況

該工程A6#-A8#墩上部的結(jié)構(gòu)為兩跨35m簡(jiǎn)支小箱梁，前后連接現(xiàn)澆箱梁。橋?qū)?9m，為一幅橋斷面，斷面布置為0.5m護(hù)欄+8.5m車(chē)行道+1m中央分隔帶+8.5m車(chē)行道+0.5m護(hù)欄，斜交角為21°，蓋梁斜長(zhǎng)度為18.852m。一孔橋布置6片小箱梁，每片自重1980kN（含二期），一列車(chē)活載1090kN。

２.蓋梁外形設(shè)計(jì)

蓋梁長(zhǎng)度根據(jù)小箱梁的布梁、斜交角度及抗震擋塊位置確定，蓋梁上端寬度根據(jù)公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則（JTG/TB02-01-2008）11.2.1條確定取220cm，蓋梁高度暫定為2.0m。方案一：蓋梁下端做窄，寬度取墩柱寬150cm同時(shí)底部做抹角，立面和墩柱連接處導(dǎo)圓，墩柱摳槽力求外形美觀。

方案二：采用傳統(tǒng)做法截面等寬，矩形墩柱。

方案三：采用三圓柱，與方案一類(lèi)似做成上下變寬，但由于墩柱采用圓柱蓋梁不做抹角及導(dǎo)圓。

方案一造型美觀，但由于蓋梁支點(diǎn)處上部受拉下部受壓，減小蓋梁下部寬度等于減小受壓區(qū)混凝土面積，容易造成壓應(yīng)力超標(biāo)，應(yīng)力計(jì)算結(jié)果較差。方案二為傳統(tǒng)做法，計(jì)算容易滿足內(nèi)力計(jì)算，但設(shè)計(jì)上墨守成規(guī)，缺乏新意。方案三可謂方案一和方案二折中的做法，三根圓柱代替兩根方柱，跨徑長(zhǎng)度從原先的633cm減小到542cm，計(jì)算可以滿足規(guī)范，但由于取消了抹角和導(dǎo)圓又顯得棱角過(guò)多，視覺(jué)上比方案二稍好卻又不如方案一。且全橋均采用方柱，僅此三個(gè)墩位采用圓墩則顯得不夠整齊統(tǒng)一，影響整體美觀。

經(jīng)過(guò)方案對(duì)比及各方案的利弊取舍，選擇方案一為工程實(shí)施方案。為克服該方案受壓區(qū)偏薄的弱點(diǎn)，將蓋梁高2m增高到2.2m，即可以滿足內(nèi)力計(jì)算的需要，同時(shí)也能達(dá)到造型美觀的要求，與整個(gè)立交的設(shè)計(jì)風(fēng)格協(xié)調(diào)一致。

3.鋼束張拉與上梁順序的關(guān)系

預(yù)應(yīng)力門(mén)架式蓋梁的鋼束張拉與上梁順序有密切的相互影響，甚至直接影響結(jié)構(gòu)的安全。如果二者協(xié)調(diào)不好，容易出現(xiàn)兩種結(jié)果：預(yù)應(yīng)力施加過(guò)量或者預(yù)應(yīng)力不足。在未上梁前超量張拉預(yù)應(yīng)力束易引起蓋梁端上撓，從而結(jié)構(gòu)下部產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至造成蓋梁下緣開(kāi)裂。施工過(guò)程中預(yù)應(yīng)力施加不足，即上梁片數(shù)過(guò)多、從而超過(guò)已張拉鋼束的承受能力，則會(huì)引起蓋梁上緣拉應(yīng)力超過(guò)允許值，甚至造成蓋梁上緣開(kāi)裂。

故必須安排好鋼束張拉和上梁次序的關(guān)系，保證施工過(guò)程的安全。因此該種結(jié)構(gòu)的計(jì)算必須嚴(yán)格控制施工階段的應(yīng)力值。鋼束及梁位布置見(jiàn)圖4，三排鋼束從下至上分別命名為鋼束1～鋼束3，六片小箱梁從左至右分別為梁1～梁6。

采用橋梁博士3.2.0計(jì)算，計(jì)算模型，1-40號(hào)單元為蓋梁，41-66號(hào)單元墩柱單元。節(jié)點(diǎn)52，66為固結(jié)，節(jié)點(diǎn)14，52，28，56為主從約束。節(jié)點(diǎn)單元3，4，10，11，17，18，24，25，31，32，38，39為小箱梁恒載，每個(gè)節(jié)點(diǎn)恒載為半片小箱梁重量即990kN集中力。

初步擬定先張拉鋼束1和鋼束3，再按從中間向兩邊的順序上梁3，梁4，梁2，梁5，梁1，梁6。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)在張拉鋼束3后節(jié)點(diǎn)11主拉應(yīng)力達(dá)到2.11kpa，上梁3、梁4后達(dá)到2.09kpa，上梁2、梁5時(shí)為1.55kpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)范要求。

經(jīng)過(guò)反復(fù)核算，小箱梁由外側(cè)向內(nèi)上梁對(duì)蓋梁受力更為有利，且小箱梁橫向存在濕接頭，活動(dòng)富余量較大，不存在中間梁由于施工誤差放不上去的問(wèn)題。最終確定具體施工過(guò)程如下：

（1）張拉鋼束1、鋼束2，張拉完畢后立刻灌漿。

（2）分別按次序上梁1，梁6。

（3）張拉鋼束3，張拉完畢后灌漿。

（4）分別按次序上梁2，梁5，梁3，梁4，全部梁上完后澆筑橋面板，二期鋪裝及護(hù)欄。

4.預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的墩柱裂縫控制設(shè)計(jì)

由于蓋梁與墩柱主從約束的存在，張拉預(yù)應(yīng)力束使蓋梁懸臂上撓同時(shí)使墩柱頂端向內(nèi)偏移，兩根墩柱底端為承臺(tái)連接，假定墩柱底端固結(jié)，故在墩柱頂端內(nèi)側(cè)和底端外側(cè)會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力引起的裂縫。

現(xiàn)以A7#墩為例，墩柱高4.8m，墩柱順橋向?qū)?.5m，由于墩柱圓角的存在間距10cm的鋼筋最多能放14根。墩柱橫橋向?qū)挾瘸鯏M定2m，單排Φ32鋼筋。發(fā)現(xiàn)墩柱下端裂縫遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)范規(guī)定的0.2mm。鋼筋加大到兩排Φ32，裂縫為0.2011mm須進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整，改變墩柱長(zhǎng)度及順橋向?qū)挾榷家驐l件限制難以實(shí)現(xiàn)，故采用改變墩柱橫橋向?qū)挾鹊姆椒ā，F(xiàn)將墩柱橫橋向?qū)挾仍龃蟮?.5m和減小到1.5m，墩柱上緣下緣裂縫見(jiàn)圖14、圖15。

上緣裂縫增大下緣裂縫減小，達(dá)到上下緣裂縫的平衡反而更趨于安全。但由于橫橋向1.5m寬墩柱雖能滿足計(jì)算要求，但造型上顯得墩柱過(guò)于單薄而蓋梁過(guò)于厚重，影響門(mén)架式蓋梁的整體視覺(jué)效果，采用橫橋向2m寬墩柱，增加第三排Φ28鋼筋，裂縫控制在0.17mm以?xún)?nèi)，同時(shí)滿足了安全和視覺(jué)要求。

A6#墩和A8#墩墩高分別達(dá)到7.4m和8.2m，通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，墩柱增長(zhǎng)可以大大降低柱底下緣裂縫，采用單排Φ32鋼筋即可滿足規(guī)范要求。

5.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)分析，筆者得出以下幾點(diǎn)：

(1)蓋梁設(shè)計(jì)在恒載活載較大且因墩柱位置受下部條件限制蓋梁懸臂較大時(shí)，普通鋼筋混凝土蓋梁會(huì)產(chǎn)生較大裂縫，不能滿足安全和耐久性的需要，須采用預(yù)應(yīng)力蓋梁。

(2)預(yù)應(yīng)力蓋梁在計(jì)算建模時(shí)，如只建立蓋梁模型，忽略了墩柱與蓋梁之間的相互影響，會(huì)與實(shí)際情況產(chǎn)生較大偏差。故預(yù)應(yīng)力門(mén)架式蓋梁需整體建模，既要考慮墩柱對(duì)蓋梁的影響，又要考慮預(yù)應(yīng)力對(duì)墩柱產(chǎn)生的影響。 [科]