中小跨度濕接法預制空心板梁設計★

張永杰

(寧波市城建設計研究院有限公司，浙江 寧波 315012)

中小跨度預制空心板梁橋因其具有結(jié)構(gòu)形式簡單，預制、吊裝方便，易于工廠化、標準化施工等優(yōu)點，獲得了廣泛的應用。但傳統(tǒng)的板梁采用鉸縫連接，鉸縫易開裂。針對此問題，雖然國內(nèi)外各設計院、研究機構(gòu)進行了深入的研究和多項改進，但其固有的問題仍然無法得到根本的解決，鉸縫破壞造成的結(jié)構(gòu)病害仍然存在。

為保證中小跨度橋梁預制結(jié)構(gòu)的連接安全，對預制板梁的其他連接方式進行研究、應用，提出新型的安全、可靠、耐久的連接方式對于整個市政、交通行業(yè)均有積極意義，并具有重要的社會意義和經(jīng)濟意義。

1 工程概況

興寧東路延伸段工程橋梁總長152.0 m，橋跨布置為(16+20+25+30+25+20+16)m。橋梁總寬36 m，橫橋向分為三幅橋梁，兩側(cè)為4.5 m的人非混行道橋梁，中間為27.0 m的車行道橋梁，人非混行道橋梁與車行道橋梁結(jié)構(gòu)分離并且結(jié)構(gòu)形式不同(見圖1)。

車行橋橋梁上部結(jié)構(gòu)：16 m,20 m跨采用C50后張法預應力混凝土空心板梁，此兩種板梁即為此次主要論述的結(jié)構(gòu)；25 m,30 m跨采用C50預制小箱梁，此兩種小箱梁以交通部專家委員會編制的《公路橋涵通用圖—裝配式預應力混凝土箱形連續(xù)梁橋上部構(gòu)造》為模板進行設計。人非混行道橋梁上部結(jié)構(gòu)采用變高度的鋼桁架結(jié)構(gòu)。

橋梁下部結(jié)構(gòu)：橋臺均采用重力式橋臺，下接承臺和鉆孔灌注樁基礎；車行道橋墩采用大挑臂預應力蓋梁式橋墩；人非混行道橋墩采用蓋梁式橋墩。

2 結(jié)構(gòu)設計

本工程有16 m及20 m兩種中小跨度預制空心板梁，采用后張法結(jié)構(gòu)設計，梁高分別為80 cm和100 cm；腹板厚度36 cm；底板預制寬度采用125 cm，兩側(cè)翼緣各預制10 cm，頂板寬度145 cm；頂板厚度及后澆帶厚度均為14 cm，后澆帶寬度30 cm；橋面橫坡由腹板變高調(diào)整，底板水平；板梁空心斷面采用矩形斷面，可采用鋼模成孔，利于成孔、脫模。

板梁中板及邊板預制段橫斷面如圖2所示。

3 結(jié)構(gòu)計算

3.1 計算方式

板梁采用吊裝架設施工，具體施工順序為：下部結(jié)構(gòu)施工(同時工廠預制后張法空心板梁)→吊裝預制空心板梁→澆筑后澆帶→橋面系施工。本工程先利用Midas建立整橋的空間實體單元模型計算荷載橫向分布系數(shù)，然后建立空間梁單元模型計算單塊板梁結(jié)構(gòu)受力。

3.2 荷載橫向分布系數(shù)計算

為更準確的計算此類板梁的荷載橫向分布系數(shù)，使結(jié)果更有通用性，對板梁分別采取不同斷面，不同車道數(shù)量加載的方式計算對比，以7.5 m,10.5 m,14 m凈寬為標準斷面，每種斷面均按單車道、雙車道直至最大加載數(shù)量布置車道計算，最終取最大數(shù)據(jù)作為此種板梁的橫向分布系數(shù)，其計算結(jié)果見圖3。

由圖3可見，荷載橫向分配系數(shù)的最大值均在10.5 m斷面雙車道布置情況。16 m板梁荷載橫向分布系數(shù)邊板、中板分別為0.466 m,0.442 m；20 m板梁荷載橫向分布系數(shù)邊板、中板分別為0.451,0.430。

3.3 板梁結(jié)構(gòu)計算

3.3.1結(jié)構(gòu)預應力配束

板梁中、邊板預應力布置形式相同，鋼束規(guī)格不一，鋼束布置圖如圖4，圖5所示。

3.3.2正常使用極限狀態(tài)應力計算結(jié)果

各跨徑板梁正常使用極限狀態(tài)上下緣最大(最小)應力及使用階段正截面混凝土最大壓應力計算結(jié)果如表1所示。

表1 正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)應力 MPa

對比橋規(guī)中控制應力，各板梁應力均滿足規(guī)范要求。

3.3.3板梁剛度計算結(jié)果

各跨徑板梁在使用階段考慮長期效應影響后的撓度計算值如表2所示。

表2 使用階段結(jié)構(gòu)撓度值

結(jié)構(gòu)構(gòu)件應具有一定的剛度，依據(jù)規(guī)范主梁的最大撓度不應超過計算跨徑的1/600。由表2數(shù)據(jù)可知，結(jié)構(gòu)撓度滿足規(guī)范要求，且此計算值并未考慮鋪裝對結(jié)構(gòu)剛度的影響。

3.3.4板梁承載能力極限狀態(tài)計算結(jié)果

各跨徑板梁承載能力極限狀態(tài)內(nèi)力數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)抗力如表3所示。

表3 承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)抗力

表3中彎矩抗力數(shù)據(jù)中除預應力外，普通鋼筋按13根C20鋼筋計算。

由表3可知，結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)內(nèi)力均滿足規(guī)范要求，且富余量較充足。

4 結(jié)論

對以上計算結(jié)果比較，可以得到以下結(jié)論：

1)荷載橫向分配系數(shù)的最大值均在10.5 m斷面雙車道情況。

2)結(jié)構(gòu)各計算結(jié)果表明，板梁擬定的結(jié)構(gòu)尺寸滿足規(guī)范要求。

中小跨度濕接法板梁在寧波地區(qū)得到應用，在借鑒以往鉸縫連接板梁及其他單位相關研究的基礎下，大膽嘗試，小心論證，終于在興寧東路工程中取得成功，本工程的成功應用也為同類橋梁的設計和施工提供范例。