大懸臂雙柱預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計(jì)的影響因素分析

張崢

廣東順設(shè)工程咨詢有限公司 廣東 佛山 528000

引言

近年來，為解決城市道路擁堵問題，城市交通建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，城市高架橋承擔(dān)起立體化城市交通發(fā)展的重要一環(huán)。單幅橋梁為雙向六車道在城市高架橋中已經(jīng)很常見，以至于對(duì)于預(yù)制小箱梁來說，橋梁蓋梁橫向長度達(dá)到25m以上。在此長度下，蓋梁選擇普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)往往不經(jīng)濟(jì)，需要較大的梁高或較多的墩柱；因此城市高架橋常常采用大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁。本文結(jié)合廣東省佛山市倫桂路項(xiàng)目中蓋梁的設(shè)計(jì)，分析墩高、蓋梁跨徑等因素對(duì)蓋梁設(shè)計(jì)的影響。

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程概況

廣東省佛山市倫桂路項(xiàng)目，引橋上部結(jié)構(gòu)為30m跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，橋?qū)?7.5m，采用單幅雙向六車道。下部結(jié)構(gòu)蓋梁長27m，橋墩采用方柱式，基礎(chǔ)為承臺(tái)樁基礎(chǔ)。該橋梁設(shè)計(jì)速度80km/h，荷載等級(jí)為公路Ⅰ級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)[1]。

1.2 蓋梁尺寸

預(yù)應(yīng)力蓋梁混凝土等級(jí)采用C40，鋼筋采用HRB400，鋼束采用ΦS15.24低松弛高強(qiáng)度鋼絞線，按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算。為減少墩柱個(gè)數(shù)，采用雙柱式大懸臂蓋梁，墩柱采用1.8×1.8m的方柱墩，立柱高度約2～10m，支座由左至右為支座1～9，結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示：

圖1 蓋梁結(jié)構(gòu)尺寸圖

2 蓋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響因素

2.1 蓋梁受力特點(diǎn)

蓋梁是連接上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件，它通過支座承擔(dān)上部荷載，與橋墩剛性連接，使上部荷載得以較均勻地分配到橋墩，受力體系明確。蓋梁為典型的彎剪構(gòu)件，雖然在施工過程中和活載作用下，蓋梁還會(huì)承受扭矩，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，但數(shù)值很小且不是永久作用，一般不控制設(shè)計(jì)[1]。

2.2 影響大懸臂蓋梁內(nèi)力的因素

橋墩的高低對(duì)蓋梁內(nèi)力的計(jì)算有較大的影響，在最新的《公規(guī)》[2]規(guī)定墩臺(tái)蓋梁與橋墩宜按剛架計(jì)算。考慮到基礎(chǔ)土體對(duì)基礎(chǔ)的作用，若為樁柱式基礎(chǔ)，墩底約束可設(shè)置彈性約束應(yīng)是更合理的，若為承臺(tái)樁基礎(chǔ)或樁頂有系梁連接的墩柱，可設(shè)置為剛性約束。本項(xiàng)目蓋梁跨徑較大，故需考慮橋墩對(duì)蓋梁的約束作用，蓋梁與墩柱按剛架計(jì)算；基礎(chǔ)為承臺(tái)樁基礎(chǔ)，土體作用對(duì)橋墩影響不大，故將墩底設(shè)為剛性約束[2]。

3 計(jì)算分析

取上部恒載包括小箱梁、二期鋪裝（含護(hù)欄）以集中荷載形式加載至支座1～9位置處，恒載作用見表1，汽車荷載通過橫向布置按《通規(guī)》[3]進(jìn)行模擬。

表1 蓋梁上部恒載作用

3.1 墩高對(duì)蓋梁內(nèi)力的影響

3.1.1 計(jì)算模型的建立。采用橋博V4.4，按照該項(xiàng)目蓋梁跨徑10m，跨中截面高度2.2m，分別建立間隔1m的墩高2～10m的蓋梁模型，墩底采用固定約束，建立橋博模型。

3.1.2 計(jì)算結(jié)果分析。取蓋梁的跨中、支點(diǎn)處為控制截面，按基本組合計(jì)算得到跨中、支點(diǎn)截面處的蓋梁彎矩。結(jié)果見圖2。

圖2 基本組合下不同墩高的蓋梁跨中處的彎矩包絡(luò)

由圖2可以看出，蓋梁跨中彎矩由墩高控制，墩高在8m以下時(shí)，基本組合下的最大彎矩為蓋梁下緣受拉，墩高超過8m，為上緣受拉。蓋梁跨中在基本組合下的最小彎矩均為上緣受拉。從圖2可以看出，隨著墩高的增加，蓋梁的彎矩包絡(luò)逐漸向蓋梁上緣受拉方向增大。

3.2 蓋梁跨徑對(duì)蓋梁內(nèi)力的影響

3.2.1 計(jì)算模型的建立。采用橋博V4.4，按照該項(xiàng)目跨中截面高度2.2m，墩高5m的尺寸，分別建立間隔1m的跨徑5～15m的蓋梁模型，墩底采用固定約束，建立橋博模型。

3.2.2 計(jì)算結(jié)果分析。取蓋梁的跨中、支點(diǎn)處為控制截面，按基本組合計(jì)算得到跨中、支點(diǎn)截面處的蓋梁彎矩。計(jì)算見圖3、圖4。

圖3 基本組合下不同跨徑的蓋梁跨中處的彎矩包絡(luò)

圖4 基本組合下不同跨徑的蓋梁墩柱頂處的彎矩包絡(luò)

由圖3可以看出，隨著蓋梁跨徑的增大，蓋梁跨中彎矩從上緣受拉向下緣受拉變化，基本組合下的最大彎矩在蓋梁跨徑小于8.5m時(shí)為上緣受拉，且彎矩隨蓋梁跨徑增大而減?。淮笥?.5m為下緣受拉，且彎矩隨蓋梁跨徑增大而增大?；窘M合下的最小彎矩在跨徑小于14m時(shí)，上緣受拉，且彎矩隨跨徑增大而減?。豢鐝匠^14m，蓋梁下緣受拉，彎矩隨跨徑逐步增大?；窘M合下的跨中最大最小彎矩隨跨徑變化情況曲線幾乎一致[3]。

從圖4可以看出，墩頂彎矩在跨徑為5m～15m之間均為上緣受拉，且彎矩大小隨跨徑的增加而減小。彎矩變化的速率幾乎為常數(shù)，這是因?yàn)楫?dāng)蓋梁跨徑在5m～15m之間時(shí)蓋梁的墩頂彎矩仍以懸臂控制為主。實(shí)際上，經(jīng)過計(jì)算，墩頂彎矩以懸臂控制與跨徑控制的交界跨徑基本為15m，懸臂與跨徑比值約為0.4。

4 結(jié)束語

本文依托于佛山市倫桂路，對(duì)大懸臂蓋梁的內(nèi)力影響因素進(jìn)行探討，取蓋梁跨中、墩頂為控制截面，分析了墩高、蓋梁跨徑對(duì)蓋梁內(nèi)力的影響，主要得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

隨著墩高的增加，蓋梁的跨中彎矩包絡(luò)逐漸由下緣受拉向以蓋梁上緣受拉轉(zhuǎn)變。

隨著蓋梁跨徑的增大，蓋梁跨中彎矩從蓋梁上緣受拉向下緣受拉變化，當(dāng)為蓋梁下緣受拉時(shí)，彎矩隨跨徑增大而增大。

對(duì)于大懸臂蓋梁來說，墩頂彎矩的大小隨跨徑的增加而減小，此時(shí)的彎矩變化的速率幾乎為常數(shù)。當(dāng)懸臂與跨徑比值小于某一值時(shí)（對(duì)于本文蓋梁來說，此值為0.4），墩頂彎矩以跨徑控制，且隨跨徑增大而增大。