現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力混凝土中橫梁設(shè)計(jì)與計(jì)算

張 杰，劉 宇

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

1 概 況

由于現(xiàn)澆箱梁整體性好、剛度大、抗扭性能高、外型美觀等優(yōu)點(diǎn)，在城市高架橋中得到廣泛的應(yīng)用。而城市高架橋通常跨越條件比較復(fù)雜，當(dāng)橋下凈寬、凈高受限時(shí)，現(xiàn)澆箱梁的支點(diǎn)處橋墩需靠橫梁外側(cè)布置，中橫梁需采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。中橫梁的計(jì)算與預(yù)應(yīng)力鋼束的布置密切相關(guān)，而預(yù)應(yīng)力鋼束的布置受橫梁結(jié)構(gòu)尺寸影響。本文將對(duì)貴陽(yáng)市雙龍航空港經(jīng)濟(jì)區(qū)二堡路貓洞河橋的支點(diǎn)中橫梁在支座布置受限時(shí)(僅能布置兩支座，且支座位置靠橫梁邊緣)，對(duì)中橫梁預(yù)應(yīng)力配束方式及中橫梁尺寸參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，給出支點(diǎn)中橫梁合理的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)及預(yù)應(yīng)力配束方式。

2 橋梁基本參數(shù)

2.1 中橫梁尺寸及支座布置

本工程主梁跨徑為(30+35+30)m一聯(lián)，為單箱四室現(xiàn)澆箱梁，梁高2.0 m，箱梁頂寬23.7 m，底寬19.0 m，懸臂板寬2.35 m。中橫梁僅能布置2個(gè)支座，支座中心線距離箱梁底板外側(cè)邊緣距離為0.75 m，中橫梁計(jì)算跨徑為17.5 m，需采用預(yù)應(yīng)力混凝土橫梁。

中橫梁恒載為主梁自重，活載為城-A，溫度荷載考慮整體升溫、降溫25 ℃，按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2015)考慮梯度溫度。

2.2 橫梁受力簡(jiǎn)化方法

為保證中橫梁有足夠安全儲(chǔ)備，橫梁截面只取矩形實(shí)體部分計(jì)算。主梁恒載按80%腹板集中力和20%的頂板均布荷載的形式進(jìn)行分配，20%的均布荷載加載范圍取中橫梁實(shí)腹段(懸臂段未分配)。對(duì)人群荷載，采用與恒載相同方法加載，活載按汽車荷載支反力換算為一個(gè)車輛軸重進(jìn)行橫向移動(dòng)荷載添加。

3 預(yù)應(yīng)力中橫梁不同參數(shù)取值計(jì)算

針對(duì)本工程支點(diǎn)中橫梁，使用橋博4.1對(duì)以下對(duì)四種情況分別建模計(jì)算。

3.1 最大鋼束布置

中橫梁取高2.0 m、寬2.5 m，鋼束束數(shù)采用最大可布設(shè)情況，鋼束最多可采用15束φS15～21。經(jīng)計(jì)算，橫梁跨中截面緣壓應(yīng)力18.88 MPa，未能滿足規(guī)范要求；支座處截面上緣短期組合下正截面拉應(yīng)力為3.91 MPa，斜截面主拉應(yīng)力為3.91 MPa，均未能滿足規(guī)范要求。

3.2 加高橫梁(2.5 m高、2.5 m寬)

中橫梁高2.5 m、寬2.5 m，鋼束F1、F2采用型號(hào)φS15～13，F(xiàn)3采用型號(hào)φS15～15。經(jīng)計(jì)算，橫梁跨中截面的受力滿足規(guī)范要求，且在短期荷載效應(yīng)組合作用下下緣具有一定的壓應(yīng)力儲(chǔ)備，為0.54 MPa。但支座截面上緣因鋼束線形受錨固位置及縱向鋼束限制，在長(zhǎng)期荷載組合下正截面存在0.45 MPa拉應(yīng)力，不滿足規(guī)范要求。

3.3 加寬橫梁(2.0 m高、3.5 m寬)

中橫梁高2.0 m、寬3.5 m，適當(dāng)增加鋼束。鋼束統(tǒng)一采用φS15～17計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，橫梁跨中截面的受力已滿足規(guī)范要求，且在短期荷載組合下下緣具有一定的壓應(yīng)力儲(chǔ)備，為0.78 MPa。但支座截面上緣因鋼束線形受錨固位置及縱向鋼束的限制，在短期組合下正截面拉應(yīng)力為4.02 MPa，長(zhǎng)期荷載組合下正截面有3.12 MPa拉應(yīng)力，不滿足規(guī)范要求。

3.4 橫梁加高、加長(zhǎng)-外移支座

將橫梁長(zhǎng)度加長(zhǎng)至與頂板同寬，即長(zhǎng)度取23.7 m。鋼束統(tǒng)一采用型號(hào)φS15-17，支座中心線距橫梁端2.35 m。經(jīng)計(jì)算，中橫梁適當(dāng)加高、加長(zhǎng)并將支座外移至合適位置后的各項(xiàng)驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜合上述計(jì)算分析比較，可以得出以下幾點(diǎn)主要結(jié)論。

(1)對(duì)本工程中橫梁，當(dāng)支座布置條件不允許，需增大其截面尺寸以便布置預(yù)應(yīng)力束，保證橫梁受力滿足規(guī)范要求。

(2)對(duì)控制橫梁跨中截面短期效應(yīng)組合下緣應(yīng)力而言，增加橫梁高度較增加橫梁縱橋向?qū)挾雀行В痈邫M梁更能節(jié)省混凝土及預(yù)應(yīng)力筋用量。

(3)為保證支座截面上緣抗裂驗(yàn)算滿足規(guī)范要求，可增加中橫梁橫橋向的長(zhǎng)度并將支座向橫梁端部移動(dòng)適當(dāng)距離，以便調(diào)整預(yù)應(yīng)力鋼束線形，使橫梁受力滿足規(guī)范要求。