大懸臂倒T 蓋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

尹緒勝，馮 兵，王鳳鳴

（山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程推進(jìn)，城鎮(zhèn)人口規(guī)模不斷攀升，城鎮(zhèn)建設(shè)用地指標(biāo)越來越緊張，很多城市選擇修建高架快速路來緩解居民出行難的問題。近年來，國家大力倡導(dǎo)綠色可持續(xù)發(fā)展、大力發(fā)展預(yù)制拼裝建造方式，越來越多城市高架橋采用大懸臂蓋梁柱式墩+預(yù)制小箱梁這種結(jié)構(gòu)形式。

1 總體設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 道路橫斷面

雙向六車道、設(shè)計(jì)速度80 km/h 的城市高架快速路典型橫斷面布置見圖1，上下行各設(shè)置一個大型車道，中分帶護(hù)欄采用SAm 級混凝土護(hù)欄，橋?qū)捯话銥?5.6 m，地面路中央分隔帶寬度為8 m。

圖1 高架快速路標(biāo)準(zhǔn)段典型橫斷面/cm

上下口范圍的路面往往單側(cè)或雙側(cè)加寬，當(dāng)加寬值較大，需增設(shè)邊墩，見圖2。邊墩一般放置于側(cè)分帶中，立柱應(yīng)盡量平行于道路設(shè)計(jì)線一條線布置，有規(guī)律的重復(fù)變化，形成韻律、節(jié)奏，易于組織地面交通[1]。

圖2 高架上下口區(qū)段典型橫斷面/cm

1.2 橋墩布置

根據(jù)《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ193—2012）[2]要求，中分帶或側(cè)分帶布置的橋墩距離路緣石內(nèi)邊緣距離應(yīng)≮25 cm。為盡可能減小蓋梁懸臂長度，在滿足建筑限界要求的前提下，應(yīng)盡可能增大墩柱間距。

承臺平面不宜伸入地面路機(jī)動車道范圍內(nèi)，以避免路基強(qiáng)度剛度差異導(dǎo)致的不均勻沉降，當(dāng)條件受限，可以加大承臺埋深，一般≮1.5 m，還應(yīng)滿足管線管布設(shè)要求[3]。

1.3 橋墩與蓋梁形式

墩柱采用花瓶墩，曲線在視覺上更生動柔和，所表現(xiàn)的活力和動勢給人一種輕巧飄逸的感覺[1]，也可減小蓋梁懸臂長度，有利于蓋梁的整體受力，但應(yīng)注意墩柱頂部外傾后是否侵入地面道路建筑限界。另如，外傾過大，墩柱在恒載下會產(chǎn)生較大橫向彎矩，必要時設(shè)置墩柱中系梁。

如果采用平頭蓋梁，其梁高大、視覺效果較差；倒T 蓋梁大部分結(jié)構(gòu)高度隱藏于上部結(jié)構(gòu)中，不僅有效降低結(jié)構(gòu)的建筑高度，節(jié)約投資，而且極大地削減蓋梁的視覺體量，景觀效果較好。設(shè)計(jì)時應(yīng)控制構(gòu)造尺寸和配置牛腿加強(qiáng)鋼筋，可按照偏心受拉構(gòu)件驗(yàn)算牛腿承載力及裂縫寬度[4]。

2 構(gòu)造細(xì)節(jié)與計(jì)算要點(diǎn)

2.1 蓋梁構(gòu)造設(shè)計(jì)

倒T 型橫斷面典型圖見圖3。

圖3 倒T 型橫斷面

圖3中：h1 和bw—倒T腹板高度和寬度，cm；h2 和bf—支撐寬度和高度，cm；e—蓋梁偏心值，cm；F1 和F2—上部結(jié)構(gòu)支反力，kN；Db和Dh—蓋梁底部倒角，cm；a和b—上部反力與蓋梁中心距，cm。

腹板厚度bw一般不受抗剪要求控制[5]，通常根據(jù)鋼束布置確定。鋼束型號不宜過大，不宜設(shè)置平彎以方便施工，同時應(yīng)注意端部張拉空間要求。如布置橫向3 排鋼束，bw可采用130 cm。雖然腹板越寬對橋面連續(xù)的受力越有利，但也不是越大越好，標(biāo)準(zhǔn)雙柱蓋梁腹板寬度每增加10 cm，蓋梁重量增大約20 t，如采用預(yù)制裝配法施工，則運(yùn)輸?shù)跹b難度都將加大。

翼緣寬度bf，根據(jù)抗震措施要求確定。根據(jù)規(guī)范[6-7]對搭接寬度的要求，最低要求差值=（50+0.1L+0.8H+0.5Lk）-（70+0.5Lk）=（0.1L+0.8H）-20，聯(lián)長L越長，墩高H越大，所需的搭接寬度越大，當(dāng)墩高15 m，聯(lián)長90 m 時，兩者相當(dāng)。對于常規(guī)30 m 簡支橋面小箱梁、墩高10 m、聯(lián)長120 m，bf≥（50+0.1×120+0.8×10+0.5×30+8）cm=93 cm，可取為95 cm。

h1 一般取梁高與支撐高度之和，h2 在蓋梁端部根據(jù)牛腿受力確定，對于跨徑30 m 簡支小箱梁，則h1=（160+30）cm=190 cm，h2 在蓋梁端部一般≮100 cm；在蓋梁中部，蓋梁總高度h1+h2 根據(jù)蓋梁整體受力計(jì)算確定。

當(dāng)跨越路口或管線等障礙物時，往往采用不同的跨徑或結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)恒載反力差值較大時，須設(shè)置縱向偏心，一般原則為蓋梁兩側(cè)恒載反力導(dǎo)致的墩柱彎矩M=0，得到e=（F1×b-F2×a）/（F1+F2），墩柱偏向反力較大的一側(cè)。

2.2 計(jì)算要點(diǎn)分析

墩臺蓋梁與柱宜按照剛架計(jì)算，跨高比＜5 時，屬于深受彎構(gòu)件[8]。施工期間和汽車活載作用導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力較小，蓋梁計(jì)算不再考慮扭轉(zhuǎn)影響，受力模式主要以彎剪為主[9]；實(shí)體模型及梁單元模型計(jì)算結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布總體相同，采用桿系結(jié)構(gòu)基本可以滿足要求[10]，蓋梁一般按照部分預(yù)應(yīng)力A 類構(gòu)件設(shè)計(jì)。

2.2.1 施工過程分析、鋼束分批次張拉

通過計(jì)算分析，如果架梁前一次性張拉所有鋼束，蓋梁下緣拉應(yīng)力將達(dá)到3.74 MPa；蓋梁自重導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)內(nèi)力較小，僅占20%左右，同時考慮施工便利性，鋼束分兩批次張拉較為合理，各階段的蓋梁上下緣應(yīng)力見表1。

表1 各施工階段蓋梁上下緣應(yīng)力

2.2.2 溫度梯度影響

倒T 蓋梁頂緣較寬，一般取1.2 ～1.5 m 左右，直接接受日照，截面沿高度方向存在溫差的影響，應(yīng)按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D0—2015）[11]考慮梯度溫度效應(yīng)。蓋梁計(jì)算不考慮溫度梯度時上緣的頻遇組合應(yīng)力為1.48 MPa（壓），考慮時蓋梁上緣的頻遇組合應(yīng)力為-0.08 MPa（拉），不考慮溫度梯度偏不安全。

2.2.3 基礎(chǔ)變位影響

對于雙柱墩一般共用一個承臺，承臺整體剛度角度，可以忽略沉降影響。對于三柱或四柱墩，柱間距達(dá)17 m，上部梁板荷載的分布差異較大、基礎(chǔ)剛度也不同，應(yīng)適當(dāng)考慮支座沉降影響。對于典型四柱式橋墩，邊墩沉降導(dǎo)致的蓋梁中支點(diǎn)上緣產(chǎn)生2.39 MPa 拉應(yīng)力，中墩沉降在蓋梁中支點(diǎn)下緣產(chǎn)生2.08 MPa 拉應(yīng)力。

溫度梯度和基礎(chǔ)變位對蓋梁（尤其是非標(biāo)準(zhǔn)三柱或四柱橋墩蓋梁）影響非常大，設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮。邊墩盡量采用支座與蓋梁連接，以減小次內(nèi)力，但應(yīng)做好限位措施。

3 結(jié)語

大懸臂倒T 蓋梁的部分結(jié)構(gòu)高度隱藏在上部結(jié)構(gòu)中，不僅降低結(jié)構(gòu)建筑高度、節(jié)約造價(jià)，而且景觀效果較好，該種結(jié)構(gòu)形式在城市高架快速路中很有競爭力。