陳海洋

（吉林省交通規劃設計院，吉林 長春 130021）

預應力混凝土空心簡支板持久狀況及抗裂驗算分析

陳海洋

（吉林省交通規劃設計院，吉林 長春 130021）

根據已有設計資料與最新版的橋梁設計規范，以及相關理論為驗算依據，對某預應力混凝土空心簡支板持久狀況及抗裂計算方法進行初步研究,對其內力進行驗算分析。結果表明其結構滿足強度、剛度及穩定性的要求。

預應力；混凝土空心簡支板；持久狀況；抗裂；驗算分析

1　設計資料及主要指標確定

1.1設計資料

1.1.1橋面跨徑及橋寬

標準跨徑：根據該橋的橋下凈空及造價的因素，選取標準跨徑20 m。

主梁全長：考慮到預制梁安裝需要和伸縮縫的設置，留4 cm伸縮縫，預制梁長19.96 m。

計算跨徑：取相鄰支座中心間距19.6 m。

橋面寬度：根據所在線路的交通量，橋梁橫向寬度采用凈-9 m+2×1.5 m人行道。

1.1.2設計荷載

根據所在公路的設計等級，荷載等級選用：公路I級車道荷載，人群荷載3.5 kN/m2。

1.1.3材料及工藝

混凝土：主梁采用裝配式預應力混凝土結構，混凝土用C40，人行道、欄桿混凝土采用C20，企口縫采用C30;橋面鋪裝采用C30的瀝青混凝土；預應力鋼筋：鋼絞線，fpk=1 570 MPa，彈性模量Ep= 1.95×los MPa。

錨具：采用與鋼絞線配套的XM錨具。

鋼筋：直徑大于或等于12 mm時，采用HRB335鋼筋；直徑小于12 mm時，采用HPB235鋼筋。

板式橡膠支座：采用氯丁橡膠支座，最大溫差為45℃，尺寸根據計算確定。

鋼板：錨具墊板采用Q235鋼鋼板，伸縮縫處用45號鑄鋼。

1.1.4設計依據

《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）；《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）。

1.2構造布置

（1）橋梁橫斷面：施工方法采用先預制，再吊裝。板間采用企口縫混凝土濕接。板厚90 cm，預制板寬105 cm，全橋橫橋向由10塊預制板拼裝而成，每塊預制板中有直徑為55 cm的空洞（見圖1）。

圖1　橋梁橫斷面圖

（2）橋面鋪裝：采用厚度為10 cm瀝青混凝土。

（3）橋面采用連續橋面，邊孔三跨為一聯，中孔四跨為一聯，但偏于安全地未計入行車道板的承載力中，采用鋼板伸縮縫，鋼板通過預埋錨筋錨固在橋面板或橋臺上。

（4）泄水管采用直徑為12 mm的鑄鐵管，每兩跨設一泄水孔，且在全橋兩側對稱布置。其縱向間距根據當地降水資料另行計算。

2　持久狀況截面承載能力極限狀態計算

2.1正截面承載能力計算

求受壓區高度：取彎矩最大的跨中截面進行計算。將空心截面按照等面積和等慣性矩的原則換算成如圖2所示的工字形截面。略去構造鋼筋的影響，先按第一類T形截面梁計算混凝土受壓區高度，即：

受壓區全部位于翼緣板內，說明確定是第一類T形截面梁（見圖2）

圖2　空心板等效換算成工字形截面圖

2.2正截面承載能力計算

梁跨中截面彎矩組合設計值yOM=1 939.85 kN·m，截面受彎承載力為：

跨中截面正截面承載能力滿足要求。

2.3斜截面承載能力計算

斜截面受剪承載力計算：取距支點h/2處截面進行驗算。

2.3.1復核主梁截面尺寸

所以截面尺寸滿足要求。

2.3.2驗算是否需進行斜截面抗剪強度的計算《公路橋涵設計通用規范》規定，若則不需要進行斜截面抗剪強度計算，僅需要按照構造配置箍筋。由于：

說明需要通過計算配置抗剪鋼筋。

2.3.3箍筋設計

《公路橋涵設計通用規范》規定：主梁斜截面強度按下式計算：

式中：p為斜截面內受拉縱筋的配筋率，即箍筋選用直徑為Ф8的四肢Q235鋼筋，間距Sv=200 mm，fsv=195 M Pa，則:

縱向普通鋼筋作為強度儲備，滿足要求。

3　預應力損失估算

3.1力筋張拉控制應力

按《公路橋涵設計通用規范》規定:

3.2力筋應力損失

對于跨中截面：

式中：μ為鋼筋與管道壁間的摩擦系數，μ=0.001 5; K為管道每米長度的局部偏差對摩擦的影響系數，k=0.001 5；x為張拉端至計算截面的管道長度在構件縱軸上的投影長度。

3.3短暫狀況的應力驗算

預應力混凝土結構按短暫狀態設計時，應計算構件在制造、運輸及安裝等施工階段，由預加力（扣除相應的應力損失）、構件自重及其他施工荷載引起的截面應力。該例以跨中截面上、下緣混凝土法向應力進行驗算。

計算結果表明，在預加應力階段，梁的上緣不出現拉應力，下緣的混凝土壓應力滿足規范要求。

3.4持久狀況的應力驗算

按持久狀況設計的預應力混凝土受彎構件尚應計算其使用階段正截面的法向應力、受拉鋼筋的拉應力及斜截面的主壓應力。計算時，荷載取其標準值，不計分項安全系數，而汽車荷載應考慮沖擊系數。

3.4.1跨中截面混凝土法向正應力驗算

其中：

代入式上式可得：

持久狀況下跨中截面混凝土正應力驗算滿足要求。

3.4.2跨中截面預應力鋼筋拉應力計算

由后期恒載及活載作用產生的預應力鋼筋截面中心處的混凝土應力為：

所以鋼束應力為：

4　抗裂性驗算

4.1短期效應組合的正截面抗裂驗算

正截面抗裂驗算取跨中截面進行。

4.1.1預壓應力

預加力產生的構件抗裂驗算邊緣混凝土預壓應力的計算，跨中截面：

4.1.2法向拉應力

由荷載產生的構件抗裂驗算邊緣混凝土的法向拉應力的計算，有：

4.2短期效應組合斜截面抗裂驗算

斜截面抗裂預應力混凝土空心簡支板驗算應取剪力和彎矩均較大的最不利區段截面進行，這里仍取剪力和彎矩均較大的L/4截面進行計算。

4.2.1剪應力

4.2.2正應力

4.2.3主應力

5　結語

預應力混凝土橋梁是應用最為廣泛的橋梁形式。據國外統計,預應力混凝土橋梁是各類橋梁中缺陷率最低、耐久性最好的橋型。上世紀末以來,國外預應力混凝土橋梁發展呈現的特征是跨度記錄不斷刷新,耐久性進一步提高,預制拼裝結構與體外力筋得到大規模應用。這些,有賴于高性能混凝土，以及耐腐蝕筋材和力筋的應用。國內的發展情況是橋梁建設速度明顯加快,優質高強材料得到推廣,橋梁建設的相關標準規范不斷修訂。這些變化推動著橋梁建設領域新理論、新技術、新方法的涌現。由于預應力混凝土空心簡支板梁具有構造簡單、受力明確的特點,可以工廠化預制,便于質量控制和降低成本；它還可以根據需求,采用鋼筋混凝土或預應力混凝土結構，并就地現澆為適應各種形狀的彎、坡、斜橋。因此,在一般公路、高等級公路和城市道路橋梁中廣泛采用。本文以具體工程設計資料為依托,根據已有設計資料,依據最新版的橋梁設計規范,分析了相關理論計算依據,對預應力混凝土結構計算方法進行了初步研究,對橋梁上部結構進行了詳細的設計驗算。其結果表明：該結構滿足強度、剛度及穩定性的要求，可為今后類似工程提供參考資料。

圖13　部分關鍵測點主應力幅隨加載次數的變化情況

4　結論

通過模型試驗研究了鰲江四橋主橋組合梁橋面板剪力滯效應和索梁錨固構造疲勞性能兩個關鍵技術問題，得到以下結論：

（1）鋼混組合梁剪力滯系數試驗數據與計算數據總體較吻合；主梁在施工及成橋運營階段，剪力滯系數約為1.03～1.36。

（2）索梁錨固模型疲勞試驗過程中，各次靜力加載下結構應力分布保持穩定，板件均處于彈性狀態；在疲勞加載試驗中各測點應變值波動范圍均很小，動應力幅值均在60 MPa內；經過200萬次循環加載后，試驗模型未出現裂紋和異?，F象，索梁錨固結構具有足夠的疲勞強度。

[1]范立礎.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]BS 5400-5:Steel,concrete and composite bridges[S].Part10.Code of practice for fatigue.London:British Standard Institution,1979.

U448.21+2

B

1009-7716（2016）10-0064-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.020

2016-07-01

陳海洋（1978-），男，吉林榆樹人，高級工程師，從事路橋工程設計工作。