新《標準》及《通規(guī)》要求下預應力混凝土小箱梁橋面板受力分析

■孫林林羅　娜

（1.蘇交科集團股份有限公司，南京　210017；2.寧波公路市政設計有限公司，寧波　315100）

新《標準》及《通規(guī)》要求下預應力混凝土小箱梁橋面板受力分析

■孫林林1羅娜2

（1.蘇交科集團股份有限公司，南京210017；2.寧波公路市政設計有限公司，寧波315100）

本文通過對新舊《公路工程技術標準》和《公路橋涵設計通用規(guī)范》進行深入對比分析研究，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：新《標準》單車道荷載系數(shù)提高的影響：對單車道控制計算的橋面板的局部受力有影響，對預制T梁、預制小箱梁等裝配式橋梁、橋面板受力影響較大。新《通規(guī)》中基本組合將車輛荷載的分項系數(shù)從1.4提高到1.8，對橋面板的局部計算影響較大。通過新舊規(guī)范的分析，以便設計工作者能正確執(zhí)行新標準。

新規(guī)范橋面板車輛荷載小箱梁

1　引言

《公路工程技術標準》（JTG B01-2014）自2015年1月1日起實施，2003版同時廢止。《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）自2015年12月1日起實施，2004版同時廢止。在2014版《公路工程技術標準》（以下簡稱《標準》）中增列了單車道橫向布載系數(shù)，單車道布載系數(shù)的提高對橋梁的受力的影響：①能提高結構物對偶然出現(xiàn)的超重車輛的承載能力；②對單車道控制計算的橋面板的局部受力有影響；③對于多車道預制結構橋梁，邊梁（板）剪力有影響；④對于單車道橋梁（窄橋），汽車荷載效應提高20%。在2015版《公路橋涵設計通用規(guī)范》（以下簡稱《通規(guī)》）中除上述《標準》中調(diào)整內(nèi)容以外，還提高了車輛荷載的基本組合分項系數(shù)，新規(guī)范汽車荷載分項系數(shù)當采用車輛荷載計算時，取值由原1.4改為1.8，對局部計算均存在較大影響。因此原有通用圖亟需計算修編，以規(guī)范、統(tǒng)一橋梁設計，確保項目質(zhì)量。

2　工程概況

2.1小箱梁斷面及尺寸

橋面寬度：（路基寬28m，高速公路），半幅橋全寬13.65m，0.5m（護欄墻）+12m（行車道）+1.15m（波型護欄）＝13.65m。橫斷面布置圖如圖1所示，計算截面尺寸如圖2所示。

2.2有關計算參數(shù)的選取

（1）一期恒載q1：預制梁重力密度取γ=26kN/m3。

（2）二期恒載q2：

①濕接縫C50混凝土，重力密度取γ=26kN/m3（參與受力）。

圖1　橫斷面布置圖（單位：mm）

圖2　計算截面尺寸（單位：mm）

②80mm C40混凝土，重力密度取γ=26kN/m3。

③100mm瀝青混凝土鋪裝重力密度取γ=24kN/m3。

④防撞護欄（單側），波型護欄（單側），重力密度取γ=26kN/m3。

⑤護欄所受碰撞荷載按照SS級護欄取值，碰撞荷載標準值為104kN/m。

⑥《公路工程技術標準》（JTG B01-2014），增列了單車道橫向布載系數(shù)，單車道的布載系數(shù)為1.2，小箱梁的橋面板計算由單車道控制，所以汽車車輛荷載后軸重力P=140×1.2=168kN。

⑦主要材料參數(shù)：混凝土：預制梁及現(xiàn)澆濕接縫為C50、現(xiàn)澆調(diào)平層為C40；普通鋼筋：采用 HPB300，fsk= 300MPa，ES=2.0×105MPa；HRB400，fsk=400MPa，ES=2.0× 105MPa。

3　箱梁頂板跨中截面計算

3.1承載能力極限狀態(tài)計算

（1）恒載內(nèi)力（以縱向1m寬的板梁計算）

10cm厚瀝青混凝土橋面鋪裝荷載集度為g1，8cm厚C40混凝土橋面現(xiàn)澆層荷載集度為g2，箱梁頂板荷載集度為g3：

∑g=g1+g2+g3=9.16（kN/m）

板計算跨徑取兩腹板間的凈距加板厚，但不大于兩腹板中心之間的距離：取l=1.5m。

按簡支板計算的跨中恒載彎矩：

Mog=gl2/8=9.16×1.52=2.58kN·m

根據(jù) 《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》4.1.2條，與梁肋整體連接的板跨中恒載彎矩：

Mg=0.5Mog=1.29kN·m

（2）活載內(nèi)力（以縱向1m寬的板梁計算）

軸距d=1.4m；車輪著地縱向?qū)挾萢1=0.2m；車輪著地橫向?qū)挾萣1=0.6m；鋪裝層厚度h=0.1+0.08=0.18m；板計算跨徑l=1.5m，頂板厚度t=0.18m；

橋面板跨中有效高度h0=0.18－0.047=0.133m

平行于板的跨徑方向的荷載分布寬度：b=b1+2h=0.6+ 2×0.18=0.96m

根據(jù)規(guī)范］4.1.3條，單個車輪在板的跨徑中部時垂直于板的跨徑方向的荷載分布寬度：

a=（a1+2h）+l/3=1.06m

2l/3=1m

取a=1.06m

雙輪在板的跨徑中部時垂直于板的跨徑方向的荷載分布寬度：

a=（a1+2h）+d+l/3=2.46m

2l/3+d=2.4m

取a=2.46m

按簡支板單輪作用計算跨中活載彎矩：

Mop=（1+μ）（l-b/2）P/8a=26.27kN·m（考慮沖擊系數(shù)μ=0.3）

按簡支板雙輪作用計算跨中活載彎矩：

Mop=（1+μ）（l-b/2）P/4a=26.64kN·m（考慮沖擊系數(shù)μ=0.3）

顯然，簡支板跨中活載彎矩按單輪作用時最為不利，故簡支板跨中活載彎矩Mop=26.27kN·m。根據(jù)規(guī)范［1］4.1.2條）。與梁肋整體連接的板跨中活載彎矩：

Mp=0.5Mop=13.14kN·m

（3）承載能力極限狀態(tài)配筋驗算

根據(jù)新《通規(guī)》承載能力極限狀態(tài)設計基本組合：汽車荷載分項系數(shù)當采用車輛荷載計算時，取值由原1.4改為1.8。

γ0Md=γ0+（1.2Mg+1.8Mp）=27.71kN·m

截面抵抗矩系數(shù)：

αS=γ0Md/（fcdbh02）=0.069874

相對界限受壓區(qū)高度：

ξ=1-（1-2αS）0.5=0.0725內(nèi)力臂偶系數(shù)：

γS=1-0.5ξ=0.964

順橋向每延米需要鋼筋面積：

AS=γ0Md/（fsdγsh0）=655mm2，而順橋向每延米實際配鋼筋為間距10cmΦ12

AS′=1311mm2＞655mm2

顯然，承載能力極限狀態(tài)設計滿足要求。

3.2正常使用極限狀態(tài)計算

鋼筋表面形狀系數(shù)C1=1.0

按作用短期效應組合計算的彎矩：

Ms=Mg+0.7Mp=1.29+0.7×13.13=10.48kN·m

按作用長期效應組合計算的彎矩：

Ml=Mg+0.4Mp=1.29+0.4×13.13=6.54kN·m

作用長期效應影響系數(shù)

C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5×6.54/10.48=1.31

鋼筋混凝土板式受彎構件系數(shù)：

C3=1.15

鋼筋應力：

σss=Ms/（0.87ASh0）=80.1MPa

縱向受拉鋼筋配筋率：

ρ=As/（bh0）=0.0085

最大裂縫寬度：

Wjk=C1C2C3σss（30+d）/［Es（0.28+10ρ）］=0.07mm＜0.2mm顯然，正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度滿足規(guī)范要求。

4　箱梁現(xiàn)澆濕接縫截面計算

計算方法同箱梁頂板跨中截面計算，計算結果如下：

（1）順橋向每延米需要鋼筋面積：

AS=γ0Md/（fsdγsh0）=797mm2，而順橋向每延米實際配鋼筋為間距10cmΦ12

AS′=1311mm2＞797mm2

顯然，承載能力極限狀態(tài)設計滿足要求。

（2）最大裂縫寬度：

Wjk=C1C2C3σss（30+d）/［Es（0.28+10ρ）］=0.09mm＜0.2mm

顯然，正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度滿足規(guī)范要求。

5　邊箱梁橋面板懸臂根部截面計算

5.1承載能力極限狀態(tài)計算

（1）恒載內(nèi)力（以縱向1m寬的板梁計算）

懸臂板的計算跨徑l=0.825m，懸臂端部0.18m，懸臂根部0.25m。

橋面板自重彎矩：Mg1=-0.5gl2=1.85kN·m

橋面鋪裝自重彎矩：Mg2=-0.5gl2=1.48kN·m

外側防撞墻每延米混凝土體積：0.42m3

防撞墻自重彎矩Mg3=6.14kN·m

恒載彎矩Mg=Mg1+Mg2+Mg3=9.47kN·m

（2）活載內(nèi)力（以縱向1m寬的板梁計算）

平行于懸臂板跨徑的車輪著地尺寸的外緣通過鋪裝層45°分布線的外邊線至腹板外邊緣的距離：

C=0.825-0.5-0.5+0.18=-0.01m＜0

所以，不考慮汽車荷載作用

（3）汽車撞擊力

根據(jù) 《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81-2006）》4.6.1條

防撞墻所受汽車碰撞荷載標準值qz=104kN/m

碰撞荷載彎矩：

Mz=qz（hz-0.05）=117.52kN·m

承載能力極限狀態(tài)設計偶然組合：

Mz=Mg+Mz=2.19+117.52=126.99kN·m

橋面板有效高度h0=0.25-0.047=0.203m

順橋向每延米需要鋼筋面積：

AS=γ0Md/（fsdγsh0）=2272mm2，而順橋向每延米實際配鋼筋為間距10cmΦ12+10cmΦ16

AS=3142mm2＞2272mm2

顯然，承載能力極限狀態(tài)設計滿足要求。

5.2正常使用極限狀態(tài)計算

計算方法同箱梁頂板跨中截面計算，計算結果如下：最大裂縫寬度：

Wjk=C1C2C3σss（30+d）/［Es（0.28+10ρ）］=0.02mm＜0.2mm顯然，正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度滿足規(guī)范要求。

6　新舊規(guī)范計算結果對比

提到單車道橫向車道布載系數(shù)及車輛荷載的汽車荷載分項系數(shù)（從1.4提高到1.8）對組合箱梁橋面板計算結果的影響如表1所示。

表1　新老規(guī)范下預應力混凝土小箱梁計算結果對比

7　結論

組合箱梁通用圖橋面板按新、老規(guī)范驗算均能滿足規(guī)范要求，按照新規(guī)范計算承載力富余度有所減小。在今后的設計中應引起重視。

［1］JTG D62－2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范［S］.

［2］JTG D60-2015，公路橋涵設計通用規(guī)范［S］.

［3］JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規(guī)范［S］.

［4］JTG B01-2014，公路工程技術標準［S］.

［5］JTG B01-2003，公路工程技術標準［S］.

［6］祁帥.預應力混凝土小箱梁橋面板受力計算［J］.公路交通科技，2013（7）：66～69.

［7］卓斌.預應力混凝土T梁橋面板受力計算［J］.北方交通，2010（9）：45～49.

［8］JTG/T D81-2006，公路交通安全設施設計細則［S］.