考慮鋼束施工偏差的預應力混凝土實心板橋配束設計

鳳躍森，高翊宸

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考慮鋼束施工偏差的預應力混凝土實心板橋配束設計

鳳躍森，高翊宸

（中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西西安，710068）

本文分析了預應力混凝土實心板橋的截面特性及配束特點，針對施工中可能存在的施工偏差，對配束設計及指標控制給出了建議，保證了橋梁使用性能，可供同類橋梁設計參考。

實心板橋；施工偏差；配束設計

引言

黑山南北高速公路項目是由黑山交通與海事部主導建設的重點公路基礎設施項目,南起黑山巴爾(Bar)港,北至塞爾維亞南部邊境城市伯利亞雷(Boljare),貫穿黑山全國,為該國第一條高速公路,建成后將并入國際公路交通網(wǎng),連接中部歐洲的多個國家,帶動黑山整體經(jīng)濟發(fā)展,對于該國具有十分重要的意義[1]。

項目位于波德戈里察北部山區(qū)，海拔高差大，地勢起伏明顯，新建路段以橋梁和隧道工程為主，橋隧比近60%，是黑山政府南北交通規(guī)劃中技術難度和施工難度最大的一條公路。因此，橋梁設計是項目設計工作的關鍵環(huán)節(jié)。

根據(jù)當?shù)卦O計習慣、項目簽訂的合同及技術要求，常規(guī)中小跨徑橋梁上部結構需采用預應力混凝土剛構-連續(xù)實心板梁[2]。

鑒于預應力混凝土實心板橋的受力特點，本文擬對施工偏差對于其性能的影響進行分析，并給出設計階段對預應力配束及板梁應力控制指標的建議，以保證橋梁使用性能，確保工程質量。

1 實心板的截面特征

根據(jù)項目合同，橋梁設計需參照《波黑手冊》[3]進行。《波黑手冊》中對于常規(guī)橋梁上部結構斷面選擇規(guī)定見圖1：

圖1 波黑手冊常規(guī)橋梁上部結構斷面型式

根據(jù)項目初步設計審查意見以及TOR要求，本項目不得使用裝配式結構以及π梁，同時考慮到型式2模板的制作以及墩梁固結的施工難度，本項目僅采用了型式1的實心板截面以及型式4的箱形截面。

經(jīng)綜合經(jīng)濟技術比選，本項目常規(guī)橋梁30m跨徑以下采用實心板截面，30m跨徑以上采用箱形截面。以Preslo橋為例，橋梁跨越地方道路和沖溝，結合地形及地質情況，采用21+26+21m的跨徑組合（圖2）。

圖2 Preslo橋型布置圖

結合項目TOR，Preslo橋上部結構斷面形式如圖3所示：

圖3 Preslo橋上部結構斷面

其中，實心板板高采用1.00m，板頂寬11.92m，板底寬7.12m，懸臂長2.0m，懸臂端部0.23m，懸臂根部0.40m。截面特征值見表1.

表1 截面特征值

2 預應力混凝土實心板橋的配束

實心板鋼束橫向布置不受腹板的影響，布置空間較大，鋼束間距主要由錨固（連接器）間距控制。豎向由于板高較低，根據(jù)跨徑布置1-2排鋼束。縱橋向一般在墩頂負彎矩區(qū)不設置平直段，直接采用圓弧過渡。Preslo橋的縱向束形如圖4所示：

圖4 Preslo橋鋼束縱向布置

經(jīng)對當?shù)劁摻g線市場的調研，當?shù)劁摻g線一般采用斷面面積為150mm2、公稱直徑15.7mm的鋼絞線，波紋管一般采用金屬波紋管。

3 施工偏差對預應力混凝土實心板橋受力的影響

3.1 鋼絞線在波紋管內定位偏差的影響

由于鋼絞線不能充滿波紋管，在曲線段，鋼絞線在波紋管內會向曲線內側偏移，從而導致鋼絞線實際形心位置與設計偏差。

Preslo橋采用兩排鋼絞線，N1、N2鋼絞線均為12束鋼絞線，對應波紋管內徑為80mm。

鋼絞線在波紋管內的布置如圖5所示：

圖5 15-12鋼絞線與波紋管斷面

由此可見，若曲線段內，鋼絞線在波紋管內產生偏差，則最大偏差為8.17mm。考慮此偏差與不考慮此偏差結構的主要計算指標見表2：

表2 截面正應力偏差表

結果反映，由于鋼絞線在波紋管內的偏差為系統(tǒng)性偏差，對上部結構的受力影響較大，各特征截面的應力都發(fā)生了較大的偏差，其中，對控制點（對本橋而言為中跨跨中底緣）產生的最大應力偏差為0.15MPa。

2.2 波紋管定位偏差的影響

施工單位在現(xiàn)場對波紋管進行定位時，不可避免的會產生波紋管的定位偏差，與鋼絞線在波紋管內偏差的規(guī)律性不同，波紋管定位偏差離散型較大。根據(jù)工程經(jīng)驗，連續(xù)板（剛構-連續(xù)板）實際控制預應力布設的位置一般為跨中及墩頂位置，故針對此兩處位置可能產生的波紋管定位偏差進行分析。

2.2.1 墩頂段定位偏差的影響

分別對正負偏差10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm的情況（此處正偏差指向曲線內側偏、負偏差指向曲線外側偏）進行了計算，上部結構的主要應力指標見表3：

表3 截面正應力偏差表（1號墩墩頂發(fā)生偏差）

2.1.2 跨中段定位偏差的影響

分別對正負偏差10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm的情況（此處正偏差指向曲線內側偏、負偏差指向曲線外側偏）進行了計算，上部結構的主要應力指標見表4、表5：

表4 截面正應力偏差表（第一跨跨中發(fā)生偏差）

表5 截面正應力偏差表（第二跨跨中發(fā)生偏差）

結果反映，由于鋼絞線局部定位偏差具有偶然性，對偏差位置附近截面應力影響較大，對較遠處截面應力影響較小；墩頂若存在負偏差，墩頂頂緣將產生拉應力，且拉應力會隨著偏差的增大而增大；邊跨跨中若存在正偏差，邊跨跨中底緣及墩頂頂緣將產生拉應力，且拉應力會隨著偏差的增大而增大；中跨跨中若存在正偏差，中跨跨中底緣及墩頂頂緣將產生拉應力，且拉應力會隨著偏差的增大而增大。

對于本橋而言，控制點為中跨跨中底緣拉應力，其數(shù)值變化情況與鋼束定位偏差的關系如圖6所示：

圖6 中跨跨中底緣拉應力與鋼束定位偏差關系

4 考慮鋼束施工偏差的預應力混凝土實心板橋配束設計

根據(jù)本項目設計經(jīng)驗，在合理選擇板高及截面尺寸的前提下，預應力混凝土實心板橋一般由中跨跨中底緣拉應力、墩頂?shù)拙墘簯Α⒍枕旐斁壚瓚刂啤６澳项A應力混凝土結構規(guī)范《Official Gazette of SFRJ No.51/71》[4]對截面正應力的要求如下：

（1）不考慮附加效應時，對于MB45混凝土，壓應力不應大于17.25MPa，拉應力不應大于1.95MPa；

（2）考慮附加效應時，截面正應力限值可提高10%；亦即對于MB45混凝土，壓應力不應大于18.975MPa，拉應力不應大于2.145MPa；

由上節(jié)計算結果可知，鋼絞線在波紋管內定位偏差通常在施工中難以避免，其產生的應力偏差必須在設計時進行考慮。而波紋管局部定位偏差則要在施工時進行控制，但是當?shù)匾?guī)范并未對波紋管定位偏差進行要求，故設計需對波紋管定位偏差的限值進行定義。

中國規(guī)范《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/T F50-2011）[5]以及《城市橋梁工程施工與質量驗收規(guī)范》（CJJ 2-2008）[6]要求后張法波紋管在梁高方向定位偏差不得大于10mm。若參考中國規(guī)范定義為10mm，以本橋為例，最不利情況下由于偏差引起的應力偏差為0.42MPa，設計中應控制最大拉應力不超過1.725MPa。

經(jīng)多個橋梁比對驗算，并與施工單位及監(jiān)理溝通，各方最終達成一致，認為波紋管在梁高方向的定位允許偏差按10mm控制對于剛構-連續(xù)預應力混凝土實心板橋是合理的，但在設計階段應控制拉應力不超過1.7MPa。

5 結語

本文分析了預應力實心板橋的截面特性及配束特點，針對規(guī)律性較強的鋼絞線在波紋管內的定位偏差以及離散型較大的波紋管施工定位偏差進行了分析，對于設計與施工給出以下建議：

（1）鋼絞線在波紋管內的偏差為系統(tǒng)性偏差，對上部結構的受力影響較大，各特征截面的應力都發(fā)生了較大的偏差，設計時必須采用與鋼束配套的波紋管型號。

（2）由于鋼絞線局部定位偏差具有偶然性，對偏差位置附近截面應力影響較大，對較遠處截面應力影響較小；墩頂若存在負偏差，墩頂頂緣將產生拉應力，且拉應力會隨著偏差的增大而增大；邊跨跨中若存在正偏差，邊跨跨中底緣及墩頂頂緣將產生拉應力，且拉應力會隨著偏差的增大而增大；中跨跨中若存在正偏差，中跨跨中底緣及墩頂頂緣將產生拉應力，且拉應力會隨著偏差的增大而增大。

（3）波紋管在梁高方向的定位允許偏差按10mm控制對于剛構-連續(xù)預應力混凝土實心板橋是合理的，但在設計階段應控制拉應力不超過1.7MPa。

（4）歐洲本土地區(qū)，一般由監(jiān)理履行項目的進度管理及質量管理工作，在與監(jiān)理溝通前充分準備技術方案可提高說服力，保證項目順利執(zhí)行。

[1] 高翊宸，鳳躍森。黑山南北高速公路項目在FIDIC合同條件下的設計管理工作分析探討，中外公路[J] 2018(2):328-330，

[2] TERMS OF REFERENCE FOR DEVELOPMENT OF THE MAIN DESIGN OF THE BAR-BOLJARE HIGHWAY SECTION SMOKOVAC – MATESEVO L=41km

[3] Guidelines for road design, construction, maintenance and supervision Volume 1:Designing Section 2:Designing bridges[M], Sarajevo/Banja Luka，2005

[4] Official Gazette of SFRJ No.51/71，Pravilnik o tehni?kim merama i uslovima za prednapregnuti beton，Belgrade，1971

[5] JTG/T F50-2011公路橋涵施工技術規(guī)范[S]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008

[6] CJJ 2-2008 城市橋梁工程施工與質量驗收規(guī)范[S]，北京：人民交通出版社，2011

Pre-stressing Design for Concrete Solid Slab Bridge with Consideration of Construction Deviation

FENG Yue-seng Gao Yi-chen

(CCCC first Highway Consultants Co . , Ltd. Xi-an 710068 China)

This article analyses the characteristics of cross-section and pre-stressing design for concrete solid slab bridge. By considering the construction deviations that may exist during implementation, suggestions are given for pre-stressing design and control of indicators, which dedicate to ensure the performance of the bridge during operation and to provide design references to similar types of bridges.

solid slab bridge；construction deviation； pre-stressing design；

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2019.03.030

TU757

B

1672-9129(2019)03-0083-07

鳳躍森（1986-），男（1986-）陜西岐山人，2009年畢業(yè)于同濟大學土木工程系，本科畢業(yè)生，工程師，主要從事公路橋梁勘察設計。Email：zgbjyy1234@126.com