太平橋16m 部分預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T 梁設(shè)計(jì)

劉 剛 （滁州市公路勘測(cè)設(shè)計(jì)院，安徽 滁州 239000）

1 工程概況

太平橋位于307省道明亳路鳳陽(yáng)縣境內(nèi)，橫跨濠河。下行線一側(cè)為老橋，建于1982年，上部為4m×16m鋼筋混凝土工字梁微彎板組合梁結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)荷載為汽車-15級(jí)、掛-80級(jí)，下部為柱式墩、肋板式橋臺(tái)配樁基礎(chǔ)。上行線一側(cè)為加寬部分，建于2002年，設(shè)計(jì)荷載為汽車-20級(jí)、掛-100級(jí)，上部為4m×16m預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu)，下部為樁柱式墩臺(tái)配灌注樁基礎(chǔ)。橋梁全寬為15.5m。

因橋梁所在地鳳陽(yáng)縣為資源大縣，超載車輛較多，橋梁負(fù)荷較大，且下行線一側(cè)老橋荷載標(biāo)準(zhǔn)低、使用年限較長(zhǎng)，工字梁底出現(xiàn)多處超限裂縫，經(jīng)相關(guān)檢測(cè)單位評(píng)定為五類橋，需將老橋上部工字梁微彎板組合梁全部拆除，重新預(yù)制安裝梁板。該橋于2008年建成重新通車。

2 設(shè)計(jì)思路

老橋上部結(jié)構(gòu)重建采用T梁結(jié)構(gòu)，因受上行線一側(cè)橋梁（預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu)）高程限制及超載車輛較多等因素影響，本次T梁是在限制梁高為1.2m并要求適當(dāng)考慮更重荷載通行的背景下開(kāi)展設(shè)計(jì)的。主要設(shè)計(jì)思路是：在標(biāo)準(zhǔn)圖16m普通鋼筋混凝土T梁的基礎(chǔ)上，適當(dāng)減少普通鋼筋，增加了預(yù)應(yīng)力鋼筋，同時(shí)適當(dāng)增加了腹板和T梁翼緣等關(guān)鍵部位的尺寸，整個(gè)T梁按照部分預(yù)應(yīng)力混凝土B類構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

與標(biāo)準(zhǔn)圖16m普通鋼筋混凝土T梁相比，此次設(shè)計(jì)時(shí)T梁梁高由1.3m減小為1.2m，腹板在跨中處由18cm增加為22cm、支點(diǎn)處由30cm增加為40cm，翼緣板邊緣由15cm增加為20cm，并增大腋部尺寸（見(jiàn)圖1）。

3 16m 部分預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支T 梁設(shè)計(jì)

3.1 基本資料

圖1 T 梁斷面（單位：cm）

計(jì)算跨徑：L=15.5m

橋面凈空：0.12+7+0.12（m）

主梁間距：1.88m（4片）

梁高：1.2m

設(shè)計(jì)荷載：公路—I級(jí)，γ0=1.0

材料：C50混凝土；ASTM-92a預(yù)應(yīng)力鋼鉸線-15.24-2×4；普通鋼筋采用HRB335

截面特性（見(jiàn)表1）。

3.2 內(nèi)力計(jì)算

采用橋梁博士進(jìn)行計(jì)算，主要計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

3.2.1 恒載內(nèi)力

3.2.2 活載內(nèi)力（見(jiàn)表3）

以最大梁為準(zhǔn)，沖擊系數(shù)μ=0.36。

3.2.3 內(nèi)力組合（見(jiàn)表4）

基本組合（承載能力極限狀態(tài)）：

短期組合（正常使用極限狀態(tài)）：

長(zhǎng)期組合（正常使用極限狀態(tài)）：

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

3.3.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋估算

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD62-2004）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）第6.3抗裂驗(yàn)算：正截面抗裂應(yīng)對(duì)構(gòu)件正截面混凝土的拉應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，并應(yīng)符合下列要求——A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在作用（或荷載）短期效應(yīng)組合下：

各階段截面幾何特性 表1

恒載內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表 表2

活載內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表（不計(jì)沖擊力） 表3

內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表 表4

計(jì)算本T梁跨中截面應(yīng)當(dāng)采用10根ASTM-92a預(yù)應(yīng)力鋼鉸線-15.24-1860。

因?yàn)楸窘Y(jié)構(gòu)擬作為B類構(gòu)件，所以采用8根。

3.3.2 承載能力極限狀態(tài)

3.3.2.1 正截面抗彎承載力

按照《規(guī)范》第5.1.5條，橋梁構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)計(jì)算應(yīng)采用下列公式：

計(jì)算本T梁跨中正截面抗彎承載力R為3079 kN·m，遠(yuǎn)大于基本組合效應(yīng)值2184.6 kN·m。

3.3.2.2 斜截面抗剪承載力

按照《規(guī)范》第5.2.6條確定抗剪計(jì)算截面，本T梁采用距支點(diǎn)h/2截面。

按照第5.2.7條矩形、T形和I形截面的受彎構(gòu)件，當(dāng)配置箍筋和彎起鋼筋時(shí)，其斜截面抗剪承載力應(yīng)符合下式要求：

計(jì)算本T梁距支點(diǎn)h/2截面斜截面抗剪承載力Vdu為1402kN，其中箍筋和混凝土提供了954k N，斜普通鋼筋提供了298kN，預(yù)應(yīng)力鋼筋提供了150kN，遠(yuǎn)大于基本組合效應(yīng)值679.9kN。

3.3.3 正常使用極限狀態(tài)

3.3.3.1 裂縫寬度驗(yàn)算

按照《規(guī)范》第6.4.3條和第6.4.4條關(guān)于部分預(yù)應(yīng)力混凝土B類構(gòu)件的條款進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算本T梁跨中截面在短期效應(yīng)組合下縱向受拉鋼筋應(yīng)力σss為91MPa，裂縫寬度為0.0998mm，恰好滿足《規(guī)范》第6.4.2條規(guī)定的部分預(yù)應(yīng)力B類構(gòu)件限值0.1mm，滿足要求。

3.3.3.2 開(kāi)裂彎矩驗(yàn)算

按照《規(guī)范》第6.5.1條至6.5.5條關(guān)于部分預(yù)應(yīng)力B類構(gòu)件的條款進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算本T梁跨中截面在短期效應(yīng)組合下彎矩為1242k N·m，開(kāi)裂彎矩為1217k N·m，二者大致相當(dāng)。即表明按計(jì)算撓度時(shí)開(kāi)裂計(jì)算原理來(lái)說(shuō)，本構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合下結(jié)構(gòu)不開(kāi)裂，全截面參加工作。

另外在不考慮預(yù)應(yīng)力的情況下，本T梁開(kāi)裂彎矩僅為652kN·m，因此增加了部分預(yù)應(yīng)力后抗裂性能大幅提高。

3.3.3.3 撓度驗(yàn)算

按照《規(guī)范》第6.5.1條至6.5.5條關(guān)于部分預(yù)應(yīng)力B類構(gòu)件的條款進(jìn)行計(jì)算。

正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合計(jì)算的長(zhǎng)期撓度為12.9mm，該值在消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度后跨中截面最大撓度為4.8mm，遠(yuǎn)小于計(jì)算跨徑的1/600（25.8mm），滿足要求。

預(yù)應(yīng)力的長(zhǎng)期反拱值為6.2mm，預(yù)拱度理論值為6.7mm，實(shí)際采用10mm。

4 結(jié) 論

①該梁具有部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，完全滿足公路—I級(jí)荷載的各項(xiàng)要求。

②承載能力極限狀態(tài)下：正截面抗彎承載力富余41%，斜截面抗剪承載力富余121%，因此可以抵抗超重荷載。

③正常使用極限狀態(tài)下：抗裂性能大幅提高，開(kāi)裂彎矩比普通鋼筋混凝土T梁提高0.92倍，短期效應(yīng)組合下結(jié)構(gòu)不開(kāi)裂，全截面參加工作。

本橋自建成投入使用已有6年多了，在超重車輛較多的情況下目前橋梁運(yùn)營(yíng)狀況良好，說(shuō)明針對(duì)太平橋?qū)嶋H情況采取的T梁設(shè)計(jì)方案是合理的、有效的。

[1] JTG D60—2004,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社,2004.

[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(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社,2004.