城市高架橋梁橫向預(yù)應(yīng)力鋼束布置研究

于微微 馮家駿 王漢席 王龍偉 吳宜鳳

(1.長春市海威市政工程設(shè)計(jì)有限公司，吉林 長春 130062； 2.長春建業(yè)集團(tuán)有限公司，吉林 長春 130000)

城市高架橋梁橫向預(yù)應(yīng)力鋼束布置研究

于微微1馮家駿2王漢席1王龍偉1吳宜鳳1

(1.長春市海威市政工程設(shè)計(jì)有限公司，吉林 長春 130062； 2.長春建業(yè)集團(tuán)有限公司，吉林 長春 130000)

結(jié)合工程實(shí)例，對高架橋橫向預(yù)應(yīng)力布置的方法開展了研究，分析了鋼束布置偏上、布置在截面中心以及布置偏下三種方式的合理性，提出在支點(diǎn)處采用下彎預(yù)應(yīng)力鋼束形式，達(dá)到降低鋼束正彎矩的目的，進(jìn)而滿足A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗裂性要求，降低工程成本。

高架橋梁，預(yù)應(yīng)力混凝土，鋼束布置，抗裂性

城市交通的發(fā)展，促進(jìn)了高架橋梁修建。為滿足橋上和橋下行車空間的功能和外觀造型美觀的需要，以及與周圍的建筑環(huán)境相協(xié)調(diào)，城市高架橋梁大多采用單箱多室大挑臂的結(jié)構(gòu)形式[1,2]。為了滿足大挑臂的受力要求，需要對橋梁施加橫向預(yù)應(yīng)力[3,4]。一般橋面板計(jì)算可在箱梁的跨中部分截取單位長度的梁段，在橫向按框架進(jìn)行計(jì)算，在主梁的每個腹板位置設(shè)置約束[5,6]。對于橋梁單箱多室結(jié)構(gòu)，因約束較多，橫向預(yù)應(yīng)力鋼束的布置比較困難。在以前的設(shè)計(jì)中，橋面板部分單元一般都無法滿足橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[7]6.3抗裂驗(yàn)算中A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗裂性要求[8]。綜合考慮橋梁箱梁和墩臺結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)，從抗裂要求的角度分析研究[9]，將具有重要意義。本文以長春市兩縱兩橫高架橋具體工程實(shí)例為背景，介紹一種高架橋橫向預(yù)應(yīng)力布置的方法，在橋面板部分單元滿足A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件抗裂性要求的同時，降低工程成本。

1 高架橋梁結(jié)構(gòu)布置及計(jì)算模型選擇

長春市兩縱兩橫高架橋，標(biāo)準(zhǔn)段寬度25 m，橫斷面布置為單箱5室的大挑臂結(jié)構(gòu)形式，兩側(cè)懸臂板長3 m，標(biāo)準(zhǔn)段主梁高2 m,橫斷面布置如圖1所示。

從箱梁的跨中部分截取1 m長度的梁段，在橫向按框架進(jìn)行計(jì)算，在主梁的每個腹板位置設(shè)置約束。采用Midas Civil 2010建立模型如圖2所示。

2 高架橋梁初始橫向預(yù)應(yīng)力鋼束布置

2.1 鋼束布置偏上

最初在進(jìn)行橫向預(yù)應(yīng)力鋼束布置的時候[10-12]，做法和以往的設(shè)計(jì)一樣。橋面板橫向預(yù)應(yīng)力鋼束沿橋梁縱向每隔0.5 m布置一束，每束采用4φs15.2的高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，在箱室部分鋼束布置偏上，鋼束線形為直線，具體布置如圖3所示。預(yù)應(yīng)力鋼束坐標(biāo)見表1。

表1 預(yù)應(yīng)力鋼束坐標(biāo)(一) m

這種鋼束布置方式，在作用長、短期效應(yīng)組合下，橋面板各截面大部分截面拉應(yīng)力都超過了規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，在懸臂根部的9單元最大拉應(yīng)力達(dá)到了-3.905 MPa，根本無法滿足規(guī)范對預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件的抗裂性要求。

2.2 鋼束布置在截面中心

第一種情況鋼束布置的比較偏上，使頂板與腹板連接部位單元的下緣拉應(yīng)力很大，應(yīng)該把鋼束位置向下調(diào)整，移到截面中心，在箱室部分鋼束仍然按照直線形式布置，預(yù)應(yīng)力鋼束坐標(biāo)見表2。

表2 預(yù)應(yīng)力鋼束坐標(biāo)(二) m

在作用長、短期效應(yīng)組合下，雖然正截面拉應(yīng)力有所減小，但是改善不多，大部分截面拉應(yīng)力也都超過了規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，在第二個支點(diǎn)根部的14單元最大拉應(yīng)力達(dá)到了-3.514 MPa，這種鋼束布置形式也不能滿足規(guī)范要求。

2.3 鋼束布置偏下

鋼束繼續(xù)下移，把鋼束位置調(diào)整到截面中心偏下，在箱室部分鋼束還按照直線形式布置，預(yù)應(yīng)力鋼束坐標(biāo)見表3。鋼束偏下布置。

表3 預(yù)應(yīng)力鋼束坐標(biāo)(三) m

在作用長、短期效應(yīng)組合下，拉應(yīng)力仍然很大，在第二個支點(diǎn)根部的14單元最大拉應(yīng)力達(dá)到了-3.469 MPa。

從以上三種情況可以看出，支點(diǎn)附近截面下緣的拉應(yīng)力都很大，正截面抗裂性都不能滿足規(guī)范要求。在箱室部分預(yù)應(yīng)力鋼束從上邊一直移到下邊，可是支點(diǎn)附近截面下緣的拉應(yīng)力并沒有多少改善[18]。通過研究分析預(yù)應(yīng)力鋼束產(chǎn)生的一、二次彎矩，發(fā)現(xiàn)鋼束布置偏上時，一次正彎矩較大，但二次彎矩的數(shù)值是負(fù)的，一、二次彎矩疊加后的結(jié)果變小。鋼束布置偏下時，一次正彎矩減小，但是二次彎矩的數(shù)值由原來的負(fù)值變成了正值，一、二次彎矩疊加后的總彎矩與鋼束布置偏上時的結(jié)果比較減小很少，所以抗裂性都不能滿足要求。這說明在箱室部分鋼束按直線形式布置是不可行的。這與普通連續(xù)梁有所區(qū)別，普通連續(xù)梁鋼束在支點(diǎn)位置布置在上邊，但是由于本梁在支點(diǎn)位置截面變化過快，所以支點(diǎn)截面下緣拉應(yīng)力太大，鋼束在支點(diǎn)附近必須下彎。

3 高架橋梁最后橫向預(yù)應(yīng)力鋼束布置

通過以上分析可知，支點(diǎn)附近截面下緣的拉應(yīng)力大，這是由于預(yù)應(yīng)力鋼束在這個位置產(chǎn)生的正彎矩大引起的。為了減小預(yù)應(yīng)力鋼束產(chǎn)生的正彎矩，在支點(diǎn)處將預(yù)應(yīng)力鋼束下彎，鋼束布置形狀如圖4所示，預(yù)應(yīng)力鋼束坐標(biāo)見表4。

在作用長、短期效應(yīng)組合下，橋面板各截面應(yīng)力如圖5所示。大部分截面拉應(yīng)力都滿足規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，只有7，8單元由于結(jié)構(gòu)布置的原因，長期作用下拉應(yīng)力為-1.269 MPa，超過了規(guī)范要求，但數(shù)值不大，不影響結(jié)構(gòu)使用。

表4 預(yù)應(yīng)力鋼束坐標(biāo)(四) m

4 結(jié)語

1)雖然單箱多室箱梁橋面板的預(yù)應(yīng)力鋼束布置比較困難，但是通過研究分析采取合理的方法還是可以使布置的鋼束滿足截面的抗裂性要求。

2)本文提出的鋼束布置方法對于城市高架橋梁設(shè)計(jì)中常用的單箱多室大挑臂結(jié)構(gòu)的橫向預(yù)應(yīng)力鋼束布置具有很好的借鑒作用。

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Research on lateral prestressed tendon arrangement of urban viaduct

Yu Weiwei1Feng Jiajun2Wang Hanxi1Wang Longwei1Wu Yifeng1

(1.ChangchunHaiweiMunicipalEngineeringDesignCo.,Ltd,Changchun130062,China;2.ChangchunJianyeGroupCo.,Ltd,Changchun130000,China)

Combining with the engineering examples, the paper researches from the lateral prestressed arrangement methods for the viaducts, analyzes the reasonability from the upper tendon arrangement, arrangement at the center of the section, and lower arrangement, points out the adoption of the bending prestressed tendon to lower the tendon sagging moment to meet the crack resistance of the type A prestressed concrete components and lower engineering cost.

viaduct, prestressed concrete, tendon arrangement, crack-resistance

2015-05-23

于微微(1984- )，女，工程師； 馮家駿(1980- )，男，工程師； 王漢席(1978- )，男，高級工程師； 王龍偉(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)22-0179-03

U448

A