城市高架橋大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計探討

【摘要】文章以某城市高架橋大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁為研究對象，結(jié)合有限元分析軟件，對預(yù)應(yīng)力蓋梁進(jìn)行計算分析，探討了上部結(jié)構(gòu)為30mT梁、下部結(jié)構(gòu)為雙柱大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計經(jīng)驗、計算方法以及施工過程中需要注意的事項，為以后類似工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】城市高架橋；大懸臂蓋梁；預(yù)應(yīng)力

【中圖分類號】U445.4" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2024）03-0136-03

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口增長的同時也加劇了道路交通擁堵。為進(jìn)一步疏散交通密度，提高運(yùn)輸效率，采用高架橋的設(shè)計優(yōu)勢巨大。此外，為最大限度縮短施工斷流時間，高架橋上部結(jié)構(gòu)通常采用預(yù)制梁，相應(yīng)的下部結(jié)構(gòu)需要設(shè)置蓋梁，如果綜合考慮景觀效果和提高橋下空間利用率，通常做法是采用雙柱墩接大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁方案[1]。本文通過對大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁進(jìn)行計算分析，旨在探究設(shè)計經(jīng)驗、計算方法以及施工技術(shù)，為以后類似工程提供借鑒。

1 工程概況

某高速公路抬升改造項目全長約23.6km，采用高架加地面道路形式。高架為雙向八車道設(shè)計，設(shè)計速度為80km/h，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度為34.5m；地面道路采用雙向六車道設(shè)計，設(shè)計速度60km/h，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度為53m。高架標(biāo)準(zhǔn)橫斷面，如圖1所示。

經(jīng)過綜合比選，高架橋上部結(jié)構(gòu)采用30m預(yù)制T梁，橫向布置15片，主梁間距2.31m，下部結(jié)構(gòu)采用大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁接雙柱花瓶墩、承臺樁基礎(chǔ)方案。

2 蓋梁構(gòu)造設(shè)計

為最大限度利用現(xiàn)有紅線內(nèi)土地，盡可能釋放橋下空間，故采用大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁方案。蓋梁總長34.45m，懸臂長10.945m，蓋梁端部高度1.5m，漸變至跨中最大高度3.28m，并設(shè)置2.5m×0.765m倒角，中部標(biāo)準(zhǔn)高度2.6m，蓋梁寬度2.9m，采用2.0m×2.2m雙柱花瓶墩，基礎(chǔ)采用承臺樁基礎(chǔ)，承臺尺寸為13.0m×8.3m×2.8m，下設(shè)8根1.5m樁基礎(chǔ)[2]。橋墩一般構(gòu)造圖如圖2所示。

3 結(jié)構(gòu)建模

大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁的計算分析采用橋梁博士V4.4建立有限元計算模型，蓋梁采用梁單元模擬，蓋梁與墩柱采用剛臂連接，樁基按照實(shí)際土層參數(shù)進(jìn)行模擬[3]。有限元模型如圖3所示。

將上部結(jié)構(gòu)、二期鋪裝及護(hù)欄等荷載簡化為集中力通過支座加載在蓋梁上，汽車荷載為公路 -Ⅰ級，需在蓋梁上建立虛擬橫梁，然后利用橋梁博士橫向車輛荷載分析功能施加在虛擬橫梁上，模擬出車輛行駛過程中蓋梁的實(shí)際受力狀態(tài)。

根據(jù)大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁的受力特點(diǎn)并依據(jù)結(jié)構(gòu)計算進(jìn)行蓋梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力設(shè)計，蓋梁采用C50混凝土，共配置14根17Φ15.24高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，分兩排布置，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1860MPa，張拉控制應(yīng)力為0.72fpk=1339.2MPa，預(yù)應(yīng)力管道采用預(yù)埋塑料波紋管，孔道摩阻系數(shù)為0.17，局部偏差系數(shù)為0.0015，錨固回縮量單端為6mm，考慮到盡可能方便快捷施工，鋼束分兩批對稱張拉，兩端錨固[4]。鋼束布置形式如圖4所示。

大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁采用支架法現(xiàn)澆施工，具體步驟如下：

（1）搭設(shè)支架，綁扎鋼筋后立模后澆筑混凝土。

（2）養(yǎng)護(hù)待強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到90%，且齡期不小于7d，張拉第一批鋼束N1、N2。

（3）架設(shè)T梁，兩端對稱架設(shè)，由中間到兩側(cè)。

（4）張拉第二批鋼束N1’、N2’。施工橋面鋪裝。安裝護(hù)欄及其他附屬設(shè)施。

（5）10年收縮徐變。

4 結(jié)構(gòu)受力分析

4.1 承載能力極限狀態(tài)驗算

蓋梁按照預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件進(jìn)行驗算。在承載能力極限狀態(tài)下，抗彎及抗剪承載力均能滿足規(guī)范要求，如圖5所示。

4.2 正常使用極限狀態(tài)驗算

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362―2018）要求，對蓋梁應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)驗算。包括頻遇組合下正截面抗裂驗算、準(zhǔn)永久組合正截面抗裂驗算、使用階段斜截面抗裂驗算、使用階段主壓應(yīng)力驗算及鋼束應(yīng)力驗算[5]。驗算結(jié)果表明，蓋梁滿足預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件要求，如圖6―9所示。

4.3 施工階段驗算

30mT梁采用架橋機(jī)進(jìn)行架設(shè)，由于架橋機(jī)荷載較大，因此模擬架橋機(jī)架設(shè)梁板的過程并驗算該預(yù)應(yīng)力蓋梁結(jié)構(gòu)顯得尤為重要。

（1）搭設(shè)支架，綁扎鋼筋立模后澆筑混凝土；養(yǎng)護(hù)待強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到90%，且齡期不小于7d，張拉第一批鋼束N1、N2（如圖10所示）。

（2）架設(shè)T梁，兩端對稱架設(shè)，由中間到兩側(cè)（如圖11所示）。

（4）張拉第二批鋼束N1’、N2’（如圖12所示）。

（5）施工橋面鋪裝，安裝護(hù)欄及其他附屬設(shè)施（如圖13所示）。

4.4 變形分析

在成橋運(yùn)營階段，大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁端部最大豎向位移8.11mm，滿足規(guī)范要求值；蓋梁最大轉(zhuǎn)角為0.002rad，遠(yuǎn)小于支座轉(zhuǎn)角限值。

5 施工要點(diǎn)

（1）采用滿堂支架法施工，必要時需對支架進(jìn)行預(yù)壓，減少支架非彈性變形影響。

（2）預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)分批次進(jìn)行，采用兩端對稱張拉。張拉控制采用應(yīng)力與伸長量雙控，應(yīng)力控制為主，伸長量為輔。理論伸長量與實(shí)際伸長量誤差控制在±6%。

（3）架橋機(jī)荷載較大，架設(shè)梁板時，盡量保證由蓋梁端部向中間對稱架設(shè)。

6 結(jié)語

通過結(jié)合實(shí)際工程案例，對大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計及驗算進(jìn)行了闡述，計算結(jié)果表明，該高架橋大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計參數(shù)均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)安全可靠。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和最大限度利用橋下凈空等因素并進(jìn)一步節(jié)省建設(shè)用地，橋墩采用大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁方案對其他工程具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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[2] 徐超.大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁的設(shè)計與計算[J].科

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[5] 張安宇.雙柱花瓶墩預(yù)應(yīng)力蓋梁計算分析[J].城市道橋

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[作者簡介]潘健（1992—），男，湖北黃岡人，研究生，研究方向：橋梁工程勘察設(shè)計。