先簡支后連續預應力混凝土小箱梁提運梁工況分析驗算

劉衛華

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

0 前 言

近年來，預應力小箱梁橋結構因其抗扭剛度大、預制架設方便、節約材料等優點而迅速發展，成為我國中小跨徑市政及公路橋梁的主要結構型式[1]。預應力小箱梁既有簡支結構又有連續梁結構，適用跨度為20～40 m。先簡支后橋面連續結構施工工藝為先簡支架設后橋面連續施工，此方式張拉預應力不產生次應力，減少了混凝土收縮、徐變對結構體系的影響，并且還能夠減少橋面伸縮縫數量，提高行車舒適性能。

1 工程概況

以珠海市金海公路大橋為工程實例，對預應力混凝土小箱梁進行提運梁驗算。上部構造預制小箱梁采用預制吊裝法施工，預應力混凝土小箱梁就近預制，梁場采用一臺180 t龍門吊吊梁，通過運梁車運送至架梁現場，由2臺70 t門式起重機提梁上橋，橋上采用炮車進行送梁、喂梁。

橋梁跨徑布置為3 m×33 m預應力混凝土小箱梁，橋寬16.25 m，梁高1.8 m。上部運送小箱梁跨度分別為25/27/30/32.5/33/35 m。預制小箱梁吊裝重量見表1，門式起重機提梁布置圖1。

圖1 門吊提梁布置圖

表1 預制小箱梁吊裝重量表

預制主梁、端橫梁、封錨、調平層、現澆濕接縫混凝土均采用C50混凝土；橋面鋪裝采用瀝青混凝土。混凝土重力密度r=26.0 kN/m3，彈性模量為Ec=3.45×104MPa。

預應力鋼絞線采用抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa、公稱直徑d=15.2 mm的低松弛高強度鋼絞線，規格為6-φ15.24 mm、7-φ15.24 mm。

預應力管道采用預埋圓形金屬波紋管成孔，管道摩擦系數μ=0.25；管道偏差系數k=0.001 51 m；預應力鋼束松馳系數0.3； 預應力鋼束回縮和錨具變形為6 mm；鋼束張拉齡期按7 d考慮。

33 m小箱梁采用矩形板式支座，型號為GJZ350×600×99。其材料和力學性能均應符合《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4—2004)的規定。通過支座型號計算其剛度如表2所示。

表2 支座剛度計算表

3 計算分析

3.1 荷載

結構自重按《公路橋涵設計基本規范》(JTG D60—2004)第4.2.1條，鋼筋混凝土或預應力混凝土取γ=26.0 kN/m3[2]。二期恒載：采用門吊施工時，考慮10 cm厚C50混凝土調平層的重量。預加力：程序按照規范自動考慮。張拉控制應力為1 395 MPa。混凝土收縮及徐變作用：程序按照規范自動考慮。

結構整體升溫、降溫按±20 ℃考慮；梯度溫度正溫差按(JTG D60—2015)第4.3.10條計算，考慮10 cm瀝青混凝土面層，梯度溫度負溫差取正溫差×(-0.5)考慮。

門式起重機自重按70 t考慮，共4組輪組，橫向跨度為33.77 m，縱向跨度9.665 m。

炮車自重8 t，共8組輪組，橫向跨度2.3 m，縱向跨度根據所吊箱梁跨度而定，如圖2所示。

圖2 炮車圖示(單位：mm)

3.2 縱向計算

對于橋梁寬跨比較大的上部結構，梁格法為一類有效且實用的計算方法。此方法主要是將上部結構用一個等效的平面梁格或空間構架來模擬，把屬于主梁上每個區間段的抗彎、抗扭剛度分配到與之臨近的等效的梁格上[3]。

縱向采用梁格法按部分預應力A類構件進行驗算。計算模型由3片中梁和1片邊梁組成，采用MIDAS/Civil軟件進行了結構分析，按梁格法進行結構離散，共劃分146個單元，124個節點。門式起重機荷載采用移動荷載形式作用在第二片中梁右偏心0.73 m位置，炮車荷載采用移動荷載形式作用在第二片中梁左偏心1.59 m位置，移動荷載如圖3所示。經對比門式起重機提梁、炮車空載工況控制驗算。荷載效應如表3所示，中梁Ⅱ彎矩包絡圖如圖4所示。

圖3 移動荷載圖示

圖4 中梁Ⅱ彎矩包絡圖(單位：kN·m)

表3 荷載效應表

3.3 橫向計算

橫向按普通鋼筋混凝土結構采用3片主梁進行計算，采用MIDAS/Civil軟件進行了橫向結構分析，驗算其裂縫寬度是否滿足要求。橫向計算模型見圖5，模型共劃分132個單元，136個節點。在門式起重機提梁荷載作用下，控制位置處內力效應及裂縫計算如表4所示。其中頂板、底板按受彎構件計算受拉鋼筋應力，腹板按偏心受壓構件計算受拉鋼筋應力，采用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362—2018)公式6.4.3驗算裂縫寬度[4]。

圖5 橫向計算模型

表4 控制位置內力及裂縫檢算結果

4 結 語

通過以上縱、橫向分析模型計算及結果，可以得出以下結論。

(1)縱向計算，提梁工況考慮1.2的動力系數，在標準值組合作用下，構件最大壓應力不應大于0.7fck’=0.7×32.4=22.7 MPa[4]。主梁上緣混凝土最大壓應力為9.1 MPa，主梁下緣混凝土最大壓應力為17.9 MPa，混凝土最大壓應力滿足規范要求。主梁未出現拉應力。

(2)橫向計算按圖紙配筋情況，在提梁工況作用下，最大裂縫寬度發生在底板，為0.18 mm，滿足規范要求。