預(yù)應(yīng)力混凝土小半徑現(xiàn)澆箱梁橋設(shè)計(jì)

郭偉宏

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司)

預(yù)應(yīng)力混凝土小半徑現(xiàn)澆箱梁橋設(shè)計(jì)

郭偉宏

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司)

預(yù)應(yīng)力小半徑現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)的橋梁是目前全國橋梁建設(shè)當(dāng)中使用比較廣泛的一種方法，其本身也屬于一種比較前端的技術(shù)方式，就我國當(dāng)前預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎箱梁結(jié)構(gòu)橋梁的實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，小半徑箱梁結(jié)構(gòu)橋梁使得我國橋梁的質(zhì)量以及各個(gè)方面的性能都得到了很好的提高，其對(duì)我國橋梁建設(shè)事業(yè)所作出的貢獻(xiàn)是不容忽視的。就預(yù)應(yīng)力小半徑彎箱梁橋設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

預(yù)應(yīng)力;小半徑;彎箱梁橋;設(shè)計(jì)分析

1 預(yù)應(yīng)力混凝土小半徑現(xiàn)澆箱梁力學(xué)特性

預(yù)應(yīng)力混凝土小半徑現(xiàn)澆箱梁在豎向荷載作用下，由于曲率半徑的影響，必然產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，而扭轉(zhuǎn)又導(dǎo)致?lián)锨冃危@樣梁體不僅受彎矩作用，同時(shí)還受扭矩作用，這稱之為彎扭藕合作用。彎扭耦合作用導(dǎo)致曲線箱梁橋具有以下幾點(diǎn)力學(xué)特性。

1.1 梁內(nèi)外側(cè)受力不均

因?yàn)榕ぞ赜绊懚鴮?dǎo)致外梁超載以及內(nèi)梁卸載等現(xiàn)象的發(fā)生，使得等梁橋的外邊彎曲應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過內(nèi)邊緣，內(nèi)梁與外梁出現(xiàn)了非常嚴(yán)重的受力不均現(xiàn)象，反應(yīng)到箱梁上就是內(nèi)外腹板受力不平衡，在活載偏置的情況下，內(nèi)梁支點(diǎn)將會(huì)形成負(fù)反力，在嚴(yán)重的情況下，還有可能導(dǎo)致梁體和支座脫離問題的發(fā)生。

1.2 撓曲變形

預(yù)應(yīng)力混凝土小半徑現(xiàn)澆箱梁的撓曲變形是彎曲和扭轉(zhuǎn)的迭加。

1.3 橫向水平力

汽車在預(yù)應(yīng)力混凝土小半徑現(xiàn)澆箱梁上行駛的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致橋梁形成水平方向的離心力、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮續(xù)編與溫度變化等會(huì)導(dǎo)致橋梁形成縱向水平力以及橫向水平力，外荷載對(duì)橋梁形成的橫向水平力會(huì)導(dǎo)致梁體截面扭矩以及橋墩彎矩的不斷增加，并有可能造成橫向的位移或者是橋梁在平面的轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.4 翹曲與畸變

對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土小半徑現(xiàn)澆箱梁，由于在彎扭耦合的作用下會(huì)出現(xiàn)綜合截面應(yīng)力相對(duì)直線橋梁而言較大的問題，特別是在截面扭轉(zhuǎn)以及畸變作用下，這一問題更突出。在設(shè)計(jì)過程中可以采取增設(shè)橫隔板的設(shè)計(jì)處理方式，盡可能的控制截面畸變變形。

2 預(yù)應(yīng)力小半徑彎箱梁橋病害及應(yīng)對(duì)措施

2.1 彎箱梁病害及成因

(1)梁體向曲線外側(cè)徑向側(cè)移

曲線梁隨著汽車活載的離心力以及制動(dòng)力長時(shí)間不斷的作用，很容易導(dǎo)致曲線外側(cè)以及汽車制動(dòng)力方向位置的偏差。通常情況下，匝道橋基本上都是單向行駛的，因此，這種作用力往往都是固定在某個(gè)位置上。需要注意的是，在主梁偏移的情況下，會(huì)使得每一個(gè)支承和主梁所在的位置發(fā)生改變，導(dǎo)致主梁逐漸往外傾斜，使得主梁扭矩不斷的增加，在嚴(yán)重的情況下，還會(huì)導(dǎo)致主梁滑落現(xiàn)象的發(fā)生，導(dǎo)致這種現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因在于支座設(shè)置的不科學(xué)性，其全聯(lián)支承體系扭轉(zhuǎn)水平與水平方向抗滑效果都非常弱，在預(yù)應(yīng)力混凝土小半徑現(xiàn)澆箱梁的中墩以及橋臺(tái)的位置不可以將其設(shè)置為活動(dòng)支座，應(yīng)該保證設(shè)置1個(gè)固定支座在橋臺(tái)位置或者是橋墩的位置。

(2)梁體曲線內(nèi)側(cè)支座脫空

結(jié)構(gòu)由于受到了較大扭轉(zhuǎn)作用，使得布置的支座無法發(fā)揮出抗扭效果，使得端支座承擔(dān)扭矩加大，在端橫梁寬度較短的情況下很有可能發(fā)生支座脫空。

2.2 針對(duì)病害采用的措施

把中墩位置的橫梁制作成為和橋面寬度一致的或者是超過橋面寬度，確保支座的橫向布置具有著充分的距離，防止導(dǎo)致支座脫空現(xiàn)象的發(fā)生，在支座的鄰近位置應(yīng)該進(jìn)行抗拉拔裝置的設(shè)置，以此來確保橫向整體的穩(wěn)定性。

2.3 曲線彎箱梁橫向穩(wěn)定性研究

對(duì)于彎箱梁的設(shè)計(jì)利用了容許應(yīng)力的方法，在強(qiáng)度設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該注意的是，截面的應(yīng)力不能夠超出材料所能夠容許的應(yīng)力。因?yàn)閺澫淞褐髁豪昧吮”跀嗔训姆椒?，因此，?duì)于構(gòu)件的剛度以及穩(wěn)定性都有著非常高的要求。文章作者結(jié)合了具體的工程實(shí)例，對(duì)小半徑曲線彎箱梁橋結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定性進(jìn)行了簡單的分析與探討。

3 小半徑彎箱梁橋設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

3.1 要重視剪力滯效應(yīng)

箱型梁橫向在垂直荷載的作用下，產(chǎn)生了縱向彎曲荷載，并且荷載還表現(xiàn)出對(duì)稱的特征，隨著對(duì)稱荷載的作用，彎曲應(yīng)力會(huì)體現(xiàn)出非常明顯的不平衡現(xiàn)象。所以，在具體的施工過程當(dāng)中，在進(jìn)行小半徑彎箱梁結(jié)構(gòu)計(jì)算的時(shí)候，也一定要考慮到彎箱梁的上下兩翼板的寬度，然而，在實(shí)際操作當(dāng)中，有很多的橋梁建筑工程在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，并未這樣做，人們更多的是通過乘以1.15片偏載系數(shù)的近似的計(jì)算方式進(jìn)行計(jì)算。然而，這種計(jì)算方式存在著非常明顯的不足。首先，1.15系數(shù)具有著很大的局限性，其通用性較低。其次，通過這種方法所計(jì)算出來的曲線彎箱梁橋結(jié)構(gòu)不正確，無法更加全面客觀的體現(xiàn)出剪力滯效與有效分布寬度這兩者之間的關(guān)聯(lián)。

3.2 支座脫空問題

小半徑彎箱梁橋承受的彎矩以及剪力的大小與直梁橋所能夠承受的彎矩與剪力大小進(jìn)行比較，這兩者之間沒有太大的差距，然而，這兩者在扭矩值方面卻存在著非常大的區(qū)別，往往表現(xiàn)為彎矩與剪力差距較小，而扭矩值在有些情況下會(huì)有幾倍的差距，盡管部分中墩的布置形式是一根墩柱的單支座模式，然而，其會(huì)在兩端位置的墩旁布置成雙支座形式。

3.3 小半徑彎箱梁橋的徑向力效應(yīng)

在原先的線路曲線彎箱梁橋設(shè)計(jì)當(dāng)中，一般都會(huì)把支座固定或者是將定向活動(dòng)支座的方位設(shè)置在中墩的位置，其兩端墩的位置會(huì)受到徑向作用的影響。然而外在的離心力、制動(dòng)力與溫度都會(huì)對(duì)支座造成不同程度的影響，還會(huì)在支座的徑向約束的作用下形成徑向力。通常情況下，在半徑很大的情況下，其徑向作用力將會(huì)越小。所以，在小半徑彎箱梁橋設(shè)計(jì)的時(shí)候必須要注意徑向力效應(yīng)。

4 預(yù)應(yīng)力小半徑彎箱梁橋設(shè)計(jì)案例

4.1 總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)荷載是城－A級(jí)。溫度荷載是結(jié)構(gòu)體系溫差在20℃左右，彎箱梁頂板日照升溫16.5℃。橋面凈寬是8.5～22.05 m。設(shè)計(jì)車速是40 km/h。抗震等級(jí)是根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡卣鹆叶龋?度設(shè)防(橋址區(qū)域地震基本裂度為7度)。

4.2 預(yù)應(yīng)力小半徑彎箱梁橋設(shè)計(jì)

橋梁上部結(jié)構(gòu)為四跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線彎箱梁，其位置是在圓曲線以及緩和曲線上，曲線半徑最小是120 m。分跨布置為:29.5 m、30 m、30 m、29.5 m 之和，經(jīng)過計(jì)算該值為149 m。主梁是單箱雙室變?yōu)閱蜗蛉覐澫淞海焊咴诘谝豢缡?.6 m，梁高是跨徑的1/19。頂板寬8.3～21.85 m，底板寬 4.0 m，彎箱梁翼板懸臂1.5 m，腹板厚度為0.5 m，頂、底板的厚度為0.25 m。支點(diǎn)的位置進(jìn)行橫隔梁的設(shè)置，中橫隔梁的寬度設(shè)置為2.5 m，端橫隔梁的寬度設(shè)置為1.5 m。

彎箱梁利用預(yù)應(yīng)力體系?？v向預(yù)應(yīng)力筋利用了具有著極其高強(qiáng)度的低松弛鋼絞線(15－12及15－9)。由于彎箱梁曲線半徑較小，彎箱梁采用分段澆筑張拉的方式(先澆筑張拉BP2～BP5，兩端張拉，再張拉兩邊預(yù)應(yīng)力以減少預(yù)應(yīng)力損失)。

因?yàn)檫@種橋的曲線半徑相對(duì)而言比較小，結(jié)構(gòu)在荷載的不斷作用下，彎扭耦合作用突出，結(jié)構(gòu)扭矩非常大，為了能夠進(jìn)一步的降低扭矩。在一聯(lián)兩端采用設(shè)置雙支座，由于中墩墩高均在18m高左右，其他位置均采用墩梁固結(jié)形式。

5 結(jié)束語

文章結(jié)合作者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，論述了在進(jìn)行曲線彎箱梁橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算的時(shí)候，應(yīng)該結(jié)合建設(shè)橋梁的具體情況以及各方面的因素來選擇最為科學(xué)合理的設(shè)計(jì)理論。此外，還需要注意剪力滯效應(yīng)對(duì)彎箱梁橋設(shè)計(jì)所造成的影響，另外，不能夠忽視支架脫空與徑向力的問題，應(yīng)該保證制作設(shè)計(jì)布置的科學(xué)性與合理性，從而來避免支座脫空現(xiàn)象的發(fā)生。小半徑預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁的設(shè)計(jì)計(jì)算相對(duì)而言較為繁瑣，然而借助于高精度的有限元分析計(jì)算的方式，卻能夠在確保計(jì)算精度的基礎(chǔ)上了解到結(jié)構(gòu)的受力情況，結(jié)合具體的情況，在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中采取有效的解決對(duì)策，為設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)、安全的橋梁曲線奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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1008－3383(2015)04－0145－02

10.16402/j.cnki.issn1008-3383.2015.04.106

2014－12－15