先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁提運(yùn)梁工況分析驗(yàn)算

劉衛(wèi)華

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600)

0 前 言

近年來，預(yù)應(yīng)力小箱梁橋結(jié)構(gòu)因其抗扭剛度大、預(yù)制架設(shè)方便、節(jié)約材料等優(yōu)點(diǎn)而迅速發(fā)展，成為我國中小跨徑市政及公路橋梁的主要結(jié)構(gòu)型式[1]。預(yù)應(yīng)力小箱梁既有簡支結(jié)構(gòu)又有連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，適用跨度為20～40 m。先簡支后橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)施工工藝為先簡支架設(shè)后橋面連續(xù)施工，此方式張拉預(yù)應(yīng)力不產(chǎn)生次應(yīng)力，減少了混凝土收縮、徐變對(duì)結(jié)構(gòu)體系的影響，并且還能夠減少橋面伸縮縫數(shù)量，提高行車舒適性能。

1 工程概況

以珠海市金海公路大橋?yàn)楣こ虒?shí)例，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁進(jìn)行提運(yùn)梁驗(yàn)算。上部構(gòu)造預(yù)制小箱梁采用預(yù)制吊裝法施工，預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁就近預(yù)制，梁場(chǎng)采用一臺(tái)180 t龍門吊吊梁，通過運(yùn)梁車運(yùn)送至架梁現(xiàn)場(chǎng)，由2臺(tái)70 t門式起重機(jī)提梁上橋，橋上采用炮車進(jìn)行送梁、喂梁。

橋梁跨徑布置為3 m×33 m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，橋?qū)?6.25 m，梁高1.8 m。上部運(yùn)送小箱梁跨度分別為25/27/30/32.5/33/35 m。預(yù)制小箱梁吊裝重量見表1，門式起重機(jī)提梁布置圖1。

圖1 門吊提梁布置圖

表1 預(yù)制小箱梁吊裝重量表

預(yù)制主梁、端橫梁、封錨、調(diào)平層、現(xiàn)澆濕接縫混凝土均采用C50混凝土；橋面鋪裝采用瀝青混凝土?；炷林亓γ芏萺=26.0 kN/m3，彈性模量為Ec=3.45×104MPa。

預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa、公稱直徑d=15.2 mm的低松弛高強(qiáng)度鋼絞線，規(guī)格為6-φ15.24 mm、7-φ15.24 mm。

預(yù)應(yīng)力管道采用預(yù)埋圓形金屬波紋管成孔，管道摩擦系數(shù)μ=0.25；管道偏差系數(shù)k=0.001 51 m；預(yù)應(yīng)力鋼束松馳系數(shù)0.3； 預(yù)應(yīng)力鋼束回縮和錨具變形為6 mm；鋼束張拉齡期按7 d考慮。

33 m小箱梁采用矩形板式支座，型號(hào)為GJZ350×600×99。其材料和力學(xué)性能均應(yīng)符合《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4—2004)的規(guī)定。通過支座型號(hào)計(jì)算其剛度如表2所示。

表2 支座剛度計(jì)算表

3 計(jì)算分析

3.1 荷載

結(jié)構(gòu)自重按《公路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》(JTG D60—2004)第4.2.1條，鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土取γ=26.0 kN/m3[2]。二期恒載：采用門吊施工時(shí)，考慮10 cm厚C50混凝土調(diào)平層的重量。預(yù)加力：程序按照規(guī)范自動(dòng)考慮。張拉控制應(yīng)力為1 395 MPa?；炷潦湛s及徐變作用：程序按照規(guī)范自動(dòng)考慮。

結(jié)構(gòu)整體升溫、降溫按±20 ℃考慮；梯度溫度正溫差按(JTG D60—2015)第4.3.10條計(jì)算，考慮10 cm瀝青混凝土面層，梯度溫度負(fù)溫差取正溫差×(-0.5)考慮。

門式起重機(jī)自重按70 t考慮，共4組輪組，橫向跨度為33.77 m，縱向跨度9.665 m。

炮車自重8 t，共8組輪組，橫向跨度2.3 m，縱向跨度根據(jù)所吊箱梁跨度而定，如圖2所示。

圖2 炮車圖示(單位：mm)

3.2 縱向計(jì)算

對(duì)于橋梁寬跨比較大的上部結(jié)構(gòu)，梁格法為一類有效且實(shí)用的計(jì)算方法。此方法主要是將上部結(jié)構(gòu)用一個(gè)等效的平面梁格或空間構(gòu)架來模擬，把屬于主梁上每個(gè)區(qū)間段的抗彎、抗扭剛度分配到與之臨近的等效的梁格上[3]。

縱向采用梁格法按部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算模型由3片中梁和1片邊梁組成，采用MIDAS/Civil軟件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，按梁格法進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散，共劃分146個(gè)單元，124個(gè)節(jié)點(diǎn)。門式起重機(jī)荷載采用移動(dòng)荷載形式作用在第二片中梁右偏心0.73 m位置，炮車荷載采用移動(dòng)荷載形式作用在第二片中梁左偏心1.59 m位置，移動(dòng)荷載如圖3所示。經(jīng)對(duì)比門式起重機(jī)提梁、炮車空載工況控制驗(yàn)算。荷載效應(yīng)如表3所示，中梁Ⅱ彎矩包絡(luò)圖如圖4所示。

圖3 移動(dòng)荷載圖示

圖4 中梁Ⅱ彎矩包絡(luò)圖(單位：kN·m)

表3 荷載效應(yīng)表

3.3 橫向計(jì)算

橫向按普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用3片主梁進(jìn)行計(jì)算，采用MIDAS/Civil軟件進(jìn)行了橫向結(jié)構(gòu)分析，驗(yàn)算其裂縫寬度是否滿足要求。橫向計(jì)算模型見圖5，模型共劃分132個(gè)單元，136個(gè)節(jié)點(diǎn)。在門式起重機(jī)提梁荷載作用下，控制位置處內(nèi)力效應(yīng)及裂縫計(jì)算如表4所示。其中頂板、底板按受彎構(gòu)件計(jì)算受拉鋼筋應(yīng)力，腹板按偏心受壓構(gòu)件計(jì)算受拉鋼筋應(yīng)力，采用《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362—2018)公式6.4.3驗(yàn)算裂縫寬度[4]。

圖5 橫向計(jì)算模型

表4 控制位置內(nèi)力及裂縫檢算結(jié)果

4 結(jié) 語

通過以上縱、橫向分析模型計(jì)算及結(jié)果，可以得出以下結(jié)論。

(1)縱向計(jì)算，提梁工況考慮1.2的動(dòng)力系數(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)值組合作用下，構(gòu)件最大壓應(yīng)力不應(yīng)大于0.7fck’=0.7×32.4=22.7 MPa[4]。主梁上緣混凝土最大壓應(yīng)力為9.1 MPa，主梁下緣混凝土最大壓應(yīng)力為17.9 MPa，混凝土最大壓應(yīng)力滿足規(guī)范要求。主梁未出現(xiàn)拉應(yīng)力。

(2)橫向計(jì)算按圖紙配筋情況，在提梁工況作用下，最大裂縫寬度發(fā)生在底板，為0.18 mm，滿足規(guī)范要求。