論天橋橋面鋪裝類型對結(jié)構(gòu)受力的影響分析

高艷秋

（河北省交通規(guī)劃設(shè)計院，石家莊050011）

1 引言

為滿足高速公路兩側(cè)居民的通行需求，高速公路跨越等級路及機耕路時常設(shè)置分離式立交或通道，但在山區(qū)高速的挖方段以及平原區(qū)高速存在一些限制因素的情況下，如低路基、下穿鐵路等，常采用天橋跨越高速。

查閱以往項目，天橋橋面鋪裝通常采用6cm瀝青混凝土+8cm防水混凝土鋪裝。防水混凝土鋪裝待天橋結(jié)構(gòu)施工完后可直接澆筑，瀝青混凝土鋪裝需同高速路面一同攤鋪，攤鋪機需要繞路上橋施工，施工相對麻煩。通常天橋路線較短，一般1km左右，且天橋數(shù)量較少，建設(shè)方考慮施工及后期維護管養(yǎng)方便，通常要求設(shè)計方將鋪裝變更為15cm混凝土。為滿足業(yè)主的需求，最近一些項目天橋橋面鋪裝設(shè)計為防水混凝土鋪裝，但在實踐過程中也存在一些問題，據(jù)此，對其中利弊進行探討。

2 工程概況

本工程為一座跨越某高速的機耕天橋，天橋全寬8m，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)箱梁，梁高2.5m，3孔一聯(lián)，跨徑組合為：30m+45m+30m，下部結(jié)構(gòu)橋墩采用雙柱式橋墩，橋臺采用肋板式，墩臺均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

設(shè)計荷載為公路-Ⅱ級，橋面寬度0.5m墻式護欄+凈寬7m+0.5m墻式護欄，橋面橫坡1.5%，平面位于直線上。

3 兩種鋪裝上部結(jié)構(gòu)的受力計算分析

根據(jù)JTG D60—2015《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》4.3.12 3計算橋梁結(jié)構(gòu)，由于豎向溫度梯度引起的效應(yīng)，可采用折線形豎向溫度梯度曲線，本橋在不同鋪裝作用下豎向日照正溫差計算的溫度基數(shù)見表1。

表1 豎向日照正溫差計算的溫度基數(shù)

混凝土上部結(jié)構(gòu)和帶混凝土橋面板的鋼結(jié)構(gòu)的豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5【1】。

2種鋪裝對上部結(jié)構(gòu)受力的影響主要體現(xiàn)在豎向梯度溫度效應(yīng)上。超靜定結(jié)構(gòu)體系的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，由于溫度效應(yīng)而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力有時會超過其活載產(chǎn)生的應(yīng)力，甚至超過混凝土的強度設(shè)計值，從而導(dǎo)致連續(xù)梁橋裂縫的產(chǎn)生【2】。

首先看一下相同條件下僅橋面鋪裝發(fā)生改變時，結(jié)構(gòu)受力的變化情況。

3.1 計算模型

采用30m+45m+30m單梁模型進行計算，計算模型見圖1，設(shè)計規(guī)范為公路15規(guī)范，采用公路Ⅱ級荷載。

圖1 計算模型

3.2 承載能力使用極限狀態(tài)驗算

2種鋪裝總厚度接近，鋪裝變化對持久狀況承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)抗彎強度影響較小，可以忽略。

3.3 瀝青混凝土橋面鋪裝持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗算

采用瀝青混凝土橋面鋪裝，結(jié)構(gòu)混凝土持久狀況短期效應(yīng)組合應(yīng)力、混凝土持久狀況標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合應(yīng)力的計算結(jié)果見表2和表3。

表2 混凝土持久狀況短期效應(yīng)組合應(yīng)力最值匯總表

表3 混凝土持久狀況標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合應(yīng)力最值匯總表

根據(jù)以上結(jié)果，結(jié)構(gòu)采用16根14φs15.2mm的鋼束以及16的主筋，受力是比較合理的。

3.4 混凝土橋面鋪裝持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗算

僅將鋪裝修改為15cm厚防水混凝土鋪裝，配束配筋均不變化的情況，結(jié)構(gòu)混凝土持久狀況短期效應(yīng)組合上緣最小主應(yīng)力為-1.813MPa（拉為負(fù)，壓為正），混凝土持久狀況標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合應(yīng)力上緣最大正應(yīng)力出現(xiàn)在跨中為15.349MPa。

此時結(jié)構(gòu)仍采用16根14φs15.2mm的鋼束以及的主筋，最小主應(yīng)力不滿足規(guī)范要求，且標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合上緣最大正應(yīng)力也已接近限值。

3.5 調(diào)整鋼束及配筋后混凝土鋪裝持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗算

對于混凝土橋面鋪裝的情況，因溫度應(yīng)力較大，為防止結(jié)構(gòu)開裂，需控制結(jié)構(gòu)短期效應(yīng)組合上緣最小正應(yīng)力、最小主應(yīng)力，使之滿足要求，需要加大預(yù)應(yīng)力鋼束及普通鋼筋配筋，調(diào)整為16根16φs15.2mm的鋼束以及的主筋。

調(diào)整鋼束及配筋后混凝土持久狀況短期效應(yīng)組合最小主應(yīng)力為-0.838MPa、混凝土持久狀況標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合最大主應(yīng)力為15.201MPa。

調(diào)整配束及配筋后結(jié)構(gòu)短期效應(yīng)組合滿足規(guī)范要求，增大鋼束及配筋后持久狀況承載能力極限狀態(tài)抗彎強度安全儲備過大，跨中截面上緣的最大正應(yīng)力仍然較大，接近臨界值，上緣混凝土有被壓裂的風(fēng)險。

3.6 溫度應(yīng)力分析

提取使用階段結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的應(yīng)力以及溫度應(yīng)力，對2種鋪裝作用下的溫度應(yīng)力進行分析。

使用階段結(jié)構(gòu)自重在跨中截面上緣產(chǎn)生的正應(yīng)力為5.365MPa，在支點截面上緣產(chǎn)生的正應(yīng)力為3.805MPa。

瀝青橋面鋪裝的溫度應(yīng)力，對于跨中截面，除自重外其他作用在上緣產(chǎn)生的正應(yīng)力為7.973MPa，其中，溫度應(yīng)力為5.687MPa；對于支點截面，除自重外其他作用在上緣產(chǎn)生的拉應(yīng)力為-2.823MPa，而溫度應(yīng)力為-3.069MPa，溫度應(yīng)力占的比重很大，且與結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的應(yīng)力幾乎相當(dāng)。

混凝土橋面鋪裝，對于跨中截面，除自重外其他作用在上緣產(chǎn)生的正應(yīng)力為9.979MPa，而溫度應(yīng)力則為7.694MPa，對于支點截面，除自重外其他作用在上緣產(chǎn)生的拉應(yīng)力為-1.997MPa，而溫度應(yīng)力則為-4.115MPa，溫度應(yīng)力占的比重很大，已經(jīng)明顯超過結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的應(yīng)力，應(yīng)該引起足夠的重視。

經(jīng)過上述對比，混凝土鋪裝溫度梯度效應(yīng)較瀝青鋪裝大很多，對結(jié)構(gòu)受力影響較大，如果采用混凝土鋪裝，對鋼束和配筋的要求更高，而且跨中上緣混凝土正應(yīng)力偏大，接近臨界值，有被壓裂的風(fēng)險，造價高且不安全。

4 建議與結(jié)論

通過計算，對結(jié)果進行分析，得出如下結(jié)論：

1）在一定的溫度梯度作用下，連續(xù)梁橋的溫度應(yīng)力對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，并且可能會與活載一起，成為橋梁設(shè)計的重要影響因素；

2）受梯度溫度影響，采用混凝土鋪裝比采用瀝青混凝土鋪裝跨中截面上緣的正應(yīng)力大2MPa左右，支點截面上緣的正應(yīng)力大1MPa左右；

3）采用6cm瀝青鋪裝+8cm防水混凝土鋪裝比采用15cm防水混凝土鋪裝從結(jié)構(gòu)受力上更加合理，可節(jié)約鋼束和鋼筋，更加經(jīng)濟，且不易開裂，更能保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全性以及材料使用的合理性；

4）建議天橋采用6cm瀝青鋪裝+8cm防水混凝土鋪裝；

5）天橋如采用混凝土鋪裝，對結(jié)構(gòu)進行詳細(xì)計算，確保結(jié)構(gòu)安全。