某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)

孫 洪 亮

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

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某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)

孫 洪 亮

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

以太原市凱旋路北沙河橋梁工程為例，根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從箱梁截面設(shè)計(jì)、預(yù)應(yīng)力鋼束配置、鋼筋布設(shè)、箱梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算等方面，探討了等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，使橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足規(guī)劃要求。

連續(xù)箱梁，預(yù)應(yīng)力，鋼束，抗裂驗(yàn)算

1 工程概況

1.1 總體布置

太原市凱旋路北沙河橋橋梁全長(zhǎng)為448 m，橋梁上跨東山煤礦鐵路、馬道坡街、北沙河河道等。上部結(jié)構(gòu)采用等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，共四聯(lián)，跨徑組合為28 m+36 m+36 m+33 m兩聯(lián)、28 m+35 m+28 m兩聯(lián)。橋梁結(jié)構(gòu)寬度為14.75 m(單幅)，橋墩采用帶橫梁雙立柱橋墩，橋臺(tái)采用鋼筋混凝土橋臺(tái)，墩臺(tái)基礎(chǔ)均為樁基。本文以28 m+35 m+28 m聯(lián)跨設(shè)計(jì)為例，對(duì)等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。橋梁總體布置尺寸詳見(jiàn)圖1，圖2。

1.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1)荷載標(biāo)準(zhǔn)。汽車(chē)荷載：城—A級(jí)；人群荷載：3.5 kN/m2。2)橋梁寬度。雙幅橋總寬30 m，單幅橋結(jié)構(gòu)寬14.75 m，中間設(shè)0.5 m寬施工間距。每幅橋?qū)ΨQ(chēng)布置為：0.5 m寬防撞護(hù)欄+12.75 m寬機(jī)非混行車(chē)道+1.5 m人行道及護(hù)欄。3)抗震設(shè)計(jì)?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，地震動(dòng)峰值加速度0.2g；抗震設(shè)防類(lèi)別：乙類(lèi)；抗震設(shè)計(jì)方法選用A 類(lèi)；抗震設(shè)防措施按9度設(shè)防；抗震重要性系數(shù)：橋梁 E1 作用下取0.61，E2 作用下取2.0。

2 箱梁截面設(shè)計(jì)

本聯(lián)橋梁設(shè)計(jì)為三跨連續(xù)梁橋，邊跨跨徑為中跨的0.8倍，采用單箱三室等高度箱形截面，箱梁頂寬14.55 m，底寬8.55 m，兩邊懸臂長(zhǎng)2.0 m。箱梁頂、底板均設(shè)2%的單向坡，保持梁高豎直方向2.0 m不變，中腹板均與大地保持鉛垂，邊腹板斜率為1.5∶1不變，梁底設(shè)承托調(diào)節(jié)縱橫向坡度。箱梁高跨比為1∶17.5，頂板厚25 cm，懸臂端頂板厚20 cm，底板厚22 cm，腹板厚跨中40 cm過(guò)渡到支點(diǎn)70 cm，過(guò)渡段長(zhǎng)5 m。箱梁橫斷面尺寸詳見(jiàn)圖3，圖4。

3 預(yù)應(yīng)力鋼束配置

由于本聯(lián)橋梁為多跨連續(xù)箱梁橋，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼束配置時(shí)，綜合考慮布跨方式、預(yù)應(yīng)力損失及次內(nèi)力的影響，做到鋼束配置的最優(yōu)化、最合理是比較復(fù)雜的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，考慮到本橋跨度不大，橫向?yàn)殡p支座支承的等截面箱梁，故僅設(shè)置了腹板束、底板束和頂板束3種不同的縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，為單向預(yù)應(yīng)力體系。首先在梁體內(nèi)布置一定數(shù)量的腹板通長(zhǎng)鋼束，其次布置頂、底板鋼束，以抵消部分梁體正負(fù)彎矩的影響。腹板預(yù)應(yīng)力束僅有豎彎，頂、底板預(yù)應(yīng)力束除有豎彎外，在靠近錨固處適當(dāng)平彎，以便于鋼束在箱梁內(nèi)錨固，減小錨頭齒塊的尺寸。預(yù)應(yīng)力鋼束均采用270K級(jí)高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線，公稱(chēng)直徑為15.24 mm，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 MPa。腹板束每束采用13根鋼絞線，錨具采用YM15-13型錨具，兩端張拉；頂板束每束采用12根鋼絞線，錨具采用YM15-12型錨具，兩端張拉；底板每束采用9根鋼絞線，錨具采用YM15-9型錨具，中跨兩端張拉，邊跨單端張拉，P錨固定端位于梁端部；預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨下張拉控制應(yīng)力均為1 302 MPa。箱梁預(yù)應(yīng)力鋼束布置見(jiàn)圖5。

4 普通鋼筋布設(shè)

普通鋼筋的設(shè)置依據(jù)構(gòu)造要求、結(jié)構(gòu)計(jì)算及預(yù)應(yīng)力度的大小等綜合考慮，本橋采用較小直徑鋼筋，間距盡量小，以加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼束達(dá)不到的部位，為意外荷載提供附加的承載力，并承擔(dān)混凝土收縮、徐變、溫度變形等產(chǎn)生的應(yīng)力，有效分散裂縫，增加極限承載力，減小反拱，提高結(jié)構(gòu)的延性和抗震性能等。

5 箱梁結(jié)構(gòu)抗裂驗(yàn)算

上部箱梁結(jié)構(gòu)計(jì)算采用橋梁博士V3.2版直線橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)，按照平面桿系有限元分析方法，計(jì)算各施工工況及成橋運(yùn)營(yíng)工況，結(jié)構(gòu)在各種不利荷載組合作用下的內(nèi)力及截面應(yīng)力。

箱梁采用C50混凝土，依據(jù)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)范規(guī)定的部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類(lèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)，進(jìn)行正截面和斜截面抗裂驗(yàn)算。

在作用(或荷載)短期效應(yīng)組合下：

σst-σpc≤0.7ftk。

σtp≤0.5ftk。

在作用(或荷載)長(zhǎng)期效應(yīng)組合下：

σlt-σpc≤0。

各效應(yīng)組合下箱梁截面最大應(yīng)力詳見(jiàn)表1(表中正值為壓應(yīng)力，負(fù)值為拉應(yīng)力)。

表1 箱梁截面最大應(yīng)力表 MPa

由表1可知，作用短期效應(yīng)組合下，混凝土正截面出現(xiàn)最大拉應(yīng)力，上緣為-0.88 MPa，下緣為-1.04 MPa，均小于1.85 MPa (0.7ftk)；斜截面混凝土主拉應(yīng)力為-1.06 MPa<1.33 MPa(0.5ftk)；滿足規(guī)范要求。

作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合下，混凝土正截面上下緣正應(yīng)力均為壓應(yīng)力，未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。

在基本組合作用條件下，正截面混凝土壓應(yīng)力，上緣為11.9 MPa，下緣為9.2 MPa，均小于16.2 MPa(0.5fck)；斜截面混凝土主壓應(yīng)力為11.9 MPa<19.4 MPa(0.6fck)；滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語(yǔ)

連續(xù)梁作為被廣泛應(yīng)用于工程上的結(jié)構(gòu)體系之一，具有結(jié)構(gòu)剛度好、變形小、伸縮縫少、行車(chē)平順舒適、養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)易、抗震能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)成熟等優(yōu)點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁不僅大量應(yīng)用于高架道路、城市橋梁、山谷高架棧橋，而且在跨越寬闊河流的大橋上也發(fā)揮了它的優(yōu)勢(shì)，與其他橋型相比具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，成為最富有競(jìng)爭(zhēng)力的主要橋型之一。

對(duì)于等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，可以根據(jù)橋跨布置情況，采取靈活的鋼束配置方式，優(yōu)先采用“長(zhǎng)束為主、短束為輔”的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)過(guò)程中要求對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼束進(jìn)行反復(fù)大量的試調(diào)和微調(diào)，以達(dá)到設(shè)計(jì)期望的應(yīng)力分布。

[1] 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].

[2] CJJ 11—2011，城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京：人民交通出版社，1988.

[4] 王洪超.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)探究[J].能源技術(shù)與管理，2006(1)：33-35.

[5] 郭 友.等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)的探討[J].城市道橋與防洪，2012(8)：340-341.

[6] 陳如辰.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋配筋設(shè)計(jì)[J].中國(guó)市政工程，2010(2)：20-21.

Design of a prestressed concrete continuous beam bridge

Sun Hongliang

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002，China)

Taking Beisha River Bridge project on Kaixuan Road in Taiyuan as the example, the paper explores the structural design methods for the section prestressed concrete continuous box girder from the box girder section design, prestressed steel cable allocation, steel bar layout, box girder structure calculation, according to the technical standards of the bridge design, so as to meet the planning’s demands for the structural design of bridges.

continuous box girder, prestress, steel cable, crack resistance calculation

1009-6825(2016)13-0182-03

2016-02-26

孫洪亮(1980- )，男，工程師

U448.215

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