鋼筋混凝土空心板梁通用圖在橋梁新通規(guī)下的驗算

王攀峰

鋼筋混凝土空心板梁通用圖在橋梁新通規(guī)下的驗算

王攀峰

(河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院，河北石家莊050021)

鋼筋混凝土空心板梁是小跨徑橋梁中一種廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式，《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）發(fā)布后，空心板梁通用圖是否能繼續(xù)使用是橋梁設(shè)計者關(guān)心的問題。文章介紹了“15通規(guī)”和“04通規(guī)”的變化情況，并以13m跨鋼筋混凝土空心板梁通用圖為例，對其進行了承載能力和正常使用極限狀態(tài)驗算，為橋梁設(shè)計者提供了參考和借鑒。

空心板梁；橋梁；橋梁通用圖

鋼筋混凝土簡支空心板梁在小跨徑橋梁中得到廣泛應(yīng)用。因此，諸多省市交通管理部門根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2004)(簡稱04通規(guī))和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62-2004)(簡稱04混規(guī))編制了鋼筋混凝土空心板梁設(shè)計通用圖。

2015年12月，《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2015)(簡稱15通規(guī))發(fā)布。作者針對“15通規(guī)”和“04通規(guī)”的變化情況，計算、復(fù)核13m預(yù)制鋼筋混凝土空心板梁通用圖在“15通規(guī)”規(guī)定的荷載組合下，其承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)是否滿足規(guī)范要求。

1 橋梁通規(guī)變化情況

1.1 取消公路—Ⅱ級折減

04通規(guī)：汽車荷載分為公路—Ⅰ級、公路—Ⅱ級。四級公路上重型車輛少時，設(shè)計荷載可采用公路—Ⅱ級車道荷載乘以0.8的折減系數(shù)，車輛荷載乘以0.7的折減系數(shù)。

15通規(guī)：汽車荷載類型、組成及適用范圍不變，但取消四級公路重型車輛少時，車道、車輛荷載可折減的規(guī)定。

1.2 加大車道集中荷載Pk

04通規(guī)：公路—Ⅰ級車道均布荷載標準值為qk=10.5kN/m，集中荷載按：橋梁計算跨徑小于或等于5m時，Pk=180kN；計算跨徑等于或大于50m時，Pk=360kN；計算跨徑在5～50m之間時，Pk=值采用直線內(nèi)插。公路—Ⅱ級車道荷載取公路—Ⅰ級的0.75倍。

15通規(guī)：橋梁計算跨徑小于或等于5m時，集中荷載Pk由180 kN調(diào)整為270kN，其余規(guī)定均和04規(guī)范一致。

1.3 提高單車道汽車荷載

04通規(guī)：橋梁橫向布置多車道汽車荷載時，應(yīng)考慮汽車荷載折減。汽車荷載折減系數(shù)見表1。

表1 汽車荷載橫向折減系數(shù)

15通規(guī)：橫向布置多車道時考慮折減，折減系數(shù)和04規(guī)范一致，但橫向布置一條車道時，考慮汽車荷載的提高，提高系數(shù)為1.2。

1.4 提高基本組合中車輛荷載系數(shù)

04通規(guī)：基本組合汽車荷載效應(yīng)分項系數(shù)γQ1=1.4。

15通規(guī)：基本組合中采用車道荷載計算時，分項系數(shù)γQ1=1.4，采用車輛荷載計算時，分項系數(shù)γQ1=1.8。

2 空心板梁通用圖驗算

2.1 計算模型

對比“15通規(guī)”和“04通規(guī)”的變化情況，可發(fā)現(xiàn)小跨徑、單車道橋梁承受的汽車荷載變化較大，而大跨徑、多車道橋梁汽車荷載變化較小，因此本次選取13m跨預(yù)制鋼筋混凝土空心板梁通用圖，驗算在“15通規(guī)”規(guī)定的荷載組合下，是否滿足規(guī)范要求。

假定橋梁設(shè)計寬度為(含2×0.5m防撞護欄)，設(shè)計荷載公路—Ⅱ級，橋梁橫向由2塊中板、2塊邊板組成?？招陌鍨镃40混凝土、中板寬1.2m，邊板寬1.5m，梁高60cm，梁板斷面設(shè)2個直徑38cm的圓形孔洞?？招陌辶旱撞吭O(shè)計17根直徑22mmHRB335鋼筋，頂部設(shè)置3根直徑18mmHRB335鋼筋和2根直徑10mmR235鋼筋。在兩梁端1/4跨范圍內(nèi)間距38cm設(shè)置3根直徑18mm HRB335斜向抗剪鋼筋，箍筋為直徑8mmR235鋼筋，四肢箍，在1/4跨范圍內(nèi)間距為10cm、1/4-3/4跨范圍內(nèi)間距為15cm。

按照鉸接板梁法計算各板梁橫向分布系數(shù)，邊板橫向分布系數(shù)為0.31，中板為0.27。采用M IDAS軟件建立邊板單梁桿系模型，模擬單梁的簡支體系?？紤]空心板梁自重、欄桿重量、二期鋪裝重量、混凝土收縮徐變、整體升溫20°，整體降溫-20°、梯度溫度荷載及汽車荷載。根據(jù)“15通規(guī)”，單車道汽車荷載提高1.2倍。荷載組合按照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2015)進行組合。

2.2 承載能力極限狀態(tài)驗算

(1)施工階段混凝土法向壓應(yīng)力驗算

根據(jù)“04混規(guī)”7.2.4條，受壓區(qū)混凝土邊緣的壓應(yīng)力≤0.8f′ck。f′ck為施工階段混凝土軸心抗壓強度標準值，取C40混凝土軸心抗壓強度的0.8倍，0.8f′ck=0.8×26.8×0.8=17.152MPa。施工階段法向壓應(yīng)力計算結(jié)果見圖1。計算顯示，施工階段混凝土最大法向壓應(yīng)力出現(xiàn)在跨中位置，最大為8.23MPa，小于允許壓應(yīng)力17.152MPa，滿足規(guī)范要求。

圖1 施工階段混凝土法向壓應(yīng)力驗算結(jié)果

(2)受拉區(qū)鋼筋拉應(yīng)力驗算

根據(jù)“04混規(guī)”7.2.4條，受拉鋼筋的拉應(yīng)力≤0.75 fsk。0.75 fsk=0.75×335=251.25Mpa。計算鋼筋的最大應(yīng)力為112.49Mpa小于允許應(yīng)力251.25Mpa，滿足規(guī)范要求。受拉區(qū)鋼筋拉應(yīng)力計算結(jié)果見圖2。

圖2 受拉區(qū)鋼筋拉應(yīng)力驗算結(jié)果

(3)正截面抗彎承載力驗算

根據(jù)“04混規(guī)”5.2.1-5.2.5條，經(jīng)計算空心梁的最大彎矩出現(xiàn)在跨中，最大彎矩為1184.9KN *m，結(jié)構(gòu)抗彎承載力1237.1KN*m，荷載產(chǎn)生的彎矩略小于抗彎承載力，滿足規(guī)范要求，但安全儲備較小。抗彎承載力驗算結(jié)果見圖3。

圖3 正截面抗彎承載力驗算結(jié)果

(4)斜截面承載力驗算

根據(jù)“04混規(guī)”5.2.7條，經(jīng)計算空心板梁的最大剪力出現(xiàn)在支座位置，剪力最大384.1KN，小于結(jié)構(gòu)抗剪承載力501KN，滿足規(guī)范要求?？辜舫休d力驗算結(jié)果見圖4。

圖4 斜截面抗剪承載力驗算結(jié)果

(5)剪扭組合承載力驗算

根據(jù)“04混規(guī)”5.2.7條，經(jīng)計算剪扭組合時，支座位置最大剪力為407.5KN，大于抗剪承載力316.2KN，不滿足規(guī)范要求。剪扭組合承載力驗算結(jié)果見圖5。

圖5 剪扭組合承載驗算結(jié)果

2.3 正常使用極限狀態(tài)驗算

根據(jù)“04混規(guī)”6.4條，鋼筋混凝土構(gòu)件Ⅱ類環(huán)境裂縫允許寬度不大于0.2mm。計算最大裂縫為0.12mm，出現(xiàn)在空心板梁跨中底部，滿足規(guī)范要求。裂縫驗算結(jié)果見圖6。

3 結(jié)論

“15通規(guī)”和“04通規(guī)”相比，取消了公路-Ⅱ級荷載折減，加大了車道集中荷載，提高了單車道汽車荷載，將荷載基本組合中車輛荷載的分項系數(shù)由1.4提高為1.8，對橋梁結(jié)構(gòu)影響較大，尤其是對小跨徑、單車道橋梁橋梁影響更大。鑒于此，本文按橋梁為單車道，對13m跨鋼筋混凝土空心板梁通用圖按“15通規(guī)”規(guī)定進行了驗算。經(jīng)驗算，13m跨鋼筋混凝土空心板梁承載能力極限狀態(tài)下混凝土壓應(yīng)力、鋼筋拉應(yīng)力，正截面抗彎、斜截面抗剪均滿足規(guī)范要求，但抗彎抗承載力儲備較??；剪扭組合驗算支座處抗剪承載力不滿足規(guī)范要求，應(yīng)加大箍筋；正常使用極限狀態(tài)下，裂縫寬度滿足規(guī)范要求。

圖6 受拉區(qū)鋼筋拉應(yīng)力驗算結(jié)果

［1］于天來，劉夏平，王嵐.橋梁工程［M］.北京：科學出版社，2005.

［2］JTG D60-2004.公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范［S］.

［3］JTG D60-2015.公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范［S］.

［4］JTG D62-2004.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］王小崗.鋼筋混凝土空心板梁計算的有限元法［J］.青海大學學報：自然科學版，2001，19(05).

［6］鄢余文，楊云蓉.公路橋梁新舊規(guī)范計算簡支空心板梁比較分析［J］.結(jié)構(gòu)工程師，2006，22(03).

［7］曾銀青.新舊規(guī)范計算預(yù)應(yīng)力砼空心板梁板的對比分析［J］.交通世界：建養(yǎng)機械，2009(12).

［8］劉世明，楊竹林，等.鋼筋混凝土斜腿鋼架橋靜力計算分析［J］.華北水利水電學院學報，2010，31(02) .

U445.7

A

1672-2469(2017)03-0077-03

DO I：10.3969/j.issn.1672-2469.2017.03.028

2017-02-28

王攀峰(1982年—)，男，工程師。