某城市高架橋現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

劉樊程

(徐州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，江蘇 徐州 221006)

0 前 言

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋耐久性好，施工簡(jiǎn)單，工藝成熟，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低，造價(jià)低，現(xiàn)澆施工能較好的滿足城市高架橋?qū)挾鹊淖兓?，目前在城市高架橋建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。

1 項(xiàng)目概況

隨著我國經(jīng)濟(jì)的騰飛發(fā)展，城市規(guī)模也在不斷發(fā)展和擴(kuò)大，城市機(jī)動(dòng)車數(shù)量也經(jīng)歷了爆發(fā)式的增長(zhǎng)，城市道路交通日益繁重，原有的城市道路已難以滿足現(xiàn)有的交通量需求。某城市為緩解城市道路交通壓力，保障交通通暢，對(duì)現(xiàn)有某道路進(jìn)行快速化改造。某道路快速化改造工程(12標(biāo)段)路線全長(zhǎng)19.395 km。主線高架橋長(zhǎng)約10.2 km，并設(shè)有8對(duì)匝道橋。

本文以主線Pm155～Pm158(33 m+40 m+33 m)為例對(duì)城市高架橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行介紹。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)道路等級(jí)：城市快速路。

(2)橋梁全寬：0.6 m(防撞護(hù)欄)+Am(機(jī)動(dòng)車道)+0.6 m(中央分隔墩)+Bm(機(jī)動(dòng)車道)+6 m(防撞護(hù)欄)=50～38.4 m(A/B為變化值)。

(3)行車道數(shù)：雙向六車道，根據(jù)寬度增加，超過規(guī)范寬度時(shí)每3.5 m增加一個(gè)車道。

(4)通行凈高：車行道凈高≥5 m。

(5)橋面橫坡與縱坡：本橋橋面橫坡為雙向2%，縱坡為單向1.8%。

(6)設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)：城-A級(jí)(同時(shí)滿足公路-I級(jí))；人群荷載：4 kPa。

(7)設(shè)計(jì)車速：主線高架快速路80 km/h。

(8)設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)峰值加速度：0.1 g；抗震設(shè)防烈度7°，抗震設(shè)防措施等級(jí)8°；抗震設(shè)防類別：B類；抗震重要性系數(shù)：橋梁E1作用下取0.5，E2作用下取1.7。

(9)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度：15 ℃。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

Pm155～Pm158聯(lián)跨徑布置33 m+40 m+33 m，位于分流鼻過渡段，為等高變寬的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高2 m，頂板厚26 cm，底板厚22 cm，腹板厚40 cm，支點(diǎn)位置底板線性加厚至40 cm，腹板線性加厚至75 cm，箱梁懸臂長(zhǎng)3.85 m。箱梁頂板寬47.7～38.1 m，底板寬43.018～28.728 m。箱室劃分為單箱八室斷面，邊腹板為斜腹板，向外傾斜角度為60°，中腹板均為直腹板，單個(gè)箱室寬度3.45～5.47 m。端橫梁寬1.5 m，中橫梁寬2.8 m。全橋均采用C50混凝土。橫斷面見圖1。

圖1 橫斷面示意圖

本橋預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件按A類構(gòu)件設(shè)計(jì)，鋼絞線σcon=0.75fpk，鋼絞線松系數(shù)ζ=0.3，腹板鋼絞線采用Φs15.2-15，頂板鋼絞線采用Φs15.2-12及Φs15.2-19，底板鋼絞線采用Φs15.2-7；波紋管采用金屬波紋管，波紋管摩擦系數(shù)μ=0.25，偏差影響系數(shù)k=0.001 5；張拉端錨具回縮單端以6 mm計(jì)。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

4.1 計(jì)算方法概述

總體縱向計(jì)算采用平面桿系理論，采用橋梁博士有限元軟件模擬分析計(jì)算。橋梁施工計(jì)算階段根據(jù)橋梁施工方案及施工順序劃分。根據(jù)荷載組合要求的內(nèi)容進(jìn)行箱梁極限承載力計(jì)算、內(nèi)力應(yīng)力計(jì)算，按A類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)在施工階段的內(nèi)力應(yīng)力，使用階段應(yīng)力和極限承載力以及整體剛度進(jìn)行符合性驗(yàn)算，容許值按照《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》(JTG 3362—2018)(以下簡(jiǎn)稱《公橋規(guī)》)要求取值。

4.2 作用效應(yīng)組合

本橋梁設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.1。按《公路橋涵通用規(guī)范》(JTJ D60—2015)(以下簡(jiǎn)稱《橋通規(guī)》)的要求進(jìn)行最不利作用效應(yīng)組合。

4.3 計(jì)算模型概況

本橋共劃分為108個(gè)單元，均為A類預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑構(gòu)件，橋面單元。施工階段劃分為施工階段1-加載一期恒載及張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，施工階段2-加載二期恒載。

4.4 計(jì)算結(jié)果

(1)施工階段應(yīng)力驗(yàn)算

表1 施工階段混凝土正應(yīng)力表 單位：MPa

由表1計(jì)算結(jié)果顯示，施工階段1、2混凝土正應(yīng)力值均小于20.41 MPa，滿足《公橋規(guī)》要求。

(2)正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算

根據(jù)《公橋規(guī)》要求，正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的驗(yàn)算要在作用的頻遇組合及作用的準(zhǔn)永久組合兩種作用組合下進(jìn)行。

按照《公橋規(guī)》第6.3.1條，A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件正截面混凝土拉應(yīng)力σst-σpc≤0.70ftk=-1.855 MPa;σlt-σpc≤0?，F(xiàn)場(chǎng)澆筑A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件斜截面混凝土拉應(yīng)力σtp≤0.5ftk=-1.325 MPa，見表2。

表2 頻遇組合抗裂驗(yàn)算表 單位：MPa

由表2計(jì)算結(jié)果顯示，本橋在頻遇組合作用下的抗裂驗(yàn)算滿足要求，見表3。

表3 準(zhǔn)久組合抗裂驗(yàn)算表 單位：MPa

由表3計(jì)算結(jié)果顯示，本橋在準(zhǔn)永久組合作用下的抗裂驗(yàn)算滿足要求。

(3)持久狀況構(gòu)件的應(yīng)力驗(yàn)算

按照《公橋規(guī)》第7.1.5要求，本橋A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件為未開裂構(gòu)件，受壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)力應(yīng)滿足σkc+σpt≤0.5fck=0.5×32.4=16.2 MPa。第7.1.6條要求混凝土主壓應(yīng)力σcp≤06fck=0.6×32.4=19.44 MPa，見表4。

表4 持久狀況混凝土應(yīng)力驗(yàn)算表 單位：MPa

由表4計(jì)算結(jié)果顯示，本橋持久狀況下混凝土壓應(yīng)力及主壓應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

(4)撓度驗(yàn)算

按照《公橋規(guī)》第6.5.3條要求，受彎構(gòu)件在使用階段的撓度應(yīng)按作用頻遇組合乘以撓度長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)ηθ控制。

本橋采用C50混凝土，根據(jù)本條規(guī)范插值取ηθ=1.425，主梁的最大撓度ω小大于計(jì)算跨徑的1/600。第一跨及第三跨ω≤33 000/600=55 mm，第二跨ω≤40 000/600=66.7 mm。見表5。

表5 使用階段撓度驗(yàn)算表

由表5計(jì)算結(jié)果顯示，使用階段撓度驗(yàn)算全橋均滿足規(guī)范要求。

(5)承載能力極限狀態(tài)承載力驗(yàn)算

按照《公橋規(guī)》第5.1.1及5.1.2條要求進(jìn)行作用組合對(duì)本橋箱梁進(jìn)行承載力進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果如表6。

表6 承載力驗(yàn)算表

由表6計(jì)算結(jié)果顯示，承載能力極限狀態(tài)下，構(gòu)件的承載力均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié) 論

隨著城市的發(fā)展，對(duì)城市高架橋的建設(shè)需求越來越多了，現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工工藝成熟，建成后橋梁的行車舒適性高及使用過程中養(yǎng)護(hù)成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，在城市高架橋建設(shè)項(xiàng)目中具有較強(qiáng)的適用性。