郝彥龍

(唐山市交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司)

1 前言

梁板結(jié)構(gòu)中，板是一種平面構(gòu)件，主要承受各種作用產(chǎn)生的彎矩和剪力;梁在梁板結(jié)構(gòu)中，一般為直線形(也有曲線形)構(gòu)件，主要承受各種作用產(chǎn)生的彎矩和剪力，有時(shí)也承受扭矩。小跨徑梁板結(jié)構(gòu)橋梁采用預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，即是在工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受外荷載之前，對(duì)受拉模塊中的鋼筋，施加預(yù)拉應(yīng)力，提高構(gòu)件的剛度，推遲裂縫出現(xiàn)的時(shí)間，增加構(gòu)件的耐久性。在結(jié)構(gòu)承受外荷載之前，預(yù)先對(duì)在外荷載作用下的受拉區(qū)施加壓應(yīng)力，以改善結(jié)構(gòu)使用的性能的結(jié)構(gòu)型式稱之為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。梁板結(jié)構(gòu)橋梁中預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)包括先張法、后張法。先張法是為了提高鋼筋混凝土構(gòu)件的抗裂性能以及避免鋼筋混凝土構(gòu)件過早出現(xiàn)裂縫，而在混凝土構(gòu)件預(yù)制過程中對(duì)其預(yù)先施加應(yīng)力以提高構(gòu)件性能的一種方法。

2 梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

梁板結(jié)構(gòu)橋梁多用于小跨徑橋梁設(shè)計(jì)之中，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，而且建筑高度較小。一般梁板結(jié)構(gòu)橋梁分為整體式板橋，包括矩形板、矮肋式板;裝配式板橋，包括實(shí)心板、空心板;裝配-整體組合式，包括先裝配板、再整體式板。

梁體結(jié)構(gòu)橋梁的建筑高度小;簡(jiǎn)單、制作、施工方便可工廠生產(chǎn);裝配式構(gòu)件重量小;但跨徑受到限制，一般鋼筋混凝土不超過15m，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)板橋不超過35m;按靜力計(jì)算模式：簡(jiǎn)支板橋，懸臂板橋，連續(xù)板橋;簡(jiǎn)支板橋：采用整體式或裝配式，前者跨徑4～8m，裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土板橋跨徑可達(dá)16m;懸臂板橋：一般做成雙懸臂，中間跨徑為8～10m，懸臂長(zhǎng)度為中間的0.3倍，板的跨中厚度約為跨徑的1/14～1/18，支點(diǎn)處為跨中的1.3～1.4倍。

若是連續(xù)板橋，即連續(xù)跨越形成超靜定結(jié)構(gòu)體系，縫少而平穩(wěn)，彎距降低跨徑增大，不需搭板，合理跨徑配置(支點(diǎn)卸載)，邊跨/中跨=0.7～0.8;若是整體式板橋，通常等截面或矮肋式板，受溫度、混凝土收縮、徐變影響易產(chǎn)生縱向裂紋，橋中可設(shè)縫釋放;若是空心矩形板，主要是為增大跨徑，減輕自重，一般預(yù)應(yīng)力混凝土空心板跨徑8～16m，板厚40～70cm，可做到 22m，板厚 80～90cm，構(gòu)造要求板厚(7 cm)，并抗剪復(fù)核。

3 先張法預(yù)應(yīng)力梁板結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)

3.1 先張法預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

先張法是在澆筑混凝土前張拉預(yù)應(yīng)力筋，并將張拉的預(yù)應(yīng)力筋臨時(shí)錨固在臺(tái)座或鋼模上，然后澆筑混凝土，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到不低于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的75%，保證預(yù)應(yīng)力筋與混凝土有足夠的粘結(jié)時(shí)，放松預(yù)應(yīng)力筋，借助于混凝土與預(yù)應(yīng)力筋的粘結(jié)，對(duì)混凝土施加預(yù)應(yīng)力的施工工藝。先張法多用于梁體結(jié)構(gòu)中的小構(gòu)件的制作，一般會(huì)在在固定的預(yù)制廠生產(chǎn)。

先張法預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)中最重要的是臺(tái)座的設(shè)計(jì)和制作。臺(tái)座在先張法構(gòu)件生產(chǎn)中是主要的承力構(gòu)件，它必須具有足夠的承載能力、剛度和穩(wěn)定性，以免因臺(tái)座的變形、傾覆和滑移而引起預(yù)應(yīng)力的損失，以確保先張法生產(chǎn)構(gòu)件的質(zhì)量。臺(tái)座的形式繁多，因地制宜，但一般可分為墩式臺(tái)座和槽式臺(tái)座兩種。

3.2 先張法預(yù)應(yīng)力墩式臺(tái)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

墩式臺(tái)座由承力臺(tái)墩、臺(tái)面與橫梁三部分組成，其長(zhǎng)度宜為50～150m。臺(tái)座的承載力應(yīng)根據(jù)構(gòu)件張拉力的大小，可按臺(tái)座每米寬的承載力為200～500kN設(shè)計(jì)臺(tái)座。承力臺(tái)墩一般埋置在地下，具有足夠的承載力、剛度和穩(wěn)定性。臺(tái)墩的穩(wěn)定性驗(yàn)算包括抗傾覆驗(yàn)算和抗滑移驗(yàn)算。臺(tái)墩的坑傾覆驗(yàn)算按照K1=M/M1=GL/(Pj×e1)進(jìn)行計(jì)算，K1為抗傾覆完全系數(shù)，應(yīng)不小于1.50;M為傾覆力矩(N·m)，由預(yù)應(yīng)力筋的張拉力產(chǎn)生;Pj為預(yù)應(yīng)力筋的張拉力(N);e1為預(yù)應(yīng)力筋的張拉力合作用點(diǎn)至傾覆點(diǎn)的力臂(m);M1為抗傾覆力矩(N·m)，由臺(tái)墩自重和主動(dòng)土壓力等產(chǎn)生;G為臺(tái)墩的自重(N);L為臺(tái)墩重心至傾覆點(diǎn)的力臂;Ep為臺(tái)墩左側(cè)面主動(dòng)土壓力的合力(N)，當(dāng)臺(tái)墩埋置深度很淺時(shí)，可忽略不計(jì);e2為主動(dòng)土壓力合力重心至傾覆點(diǎn)的力臂(m)。臺(tái)墩抗滑移驗(yàn)算按照K2=N1/Pj進(jìn)行計(jì)算，K2為抗滑移安全系數(shù)，應(yīng)不小于1.30;N1為抗滑移力，一般應(yīng)有臺(tái)面的抗滑移力N'，臺(tái)面右側(cè)面的被動(dòng)土壓力的合力Ep'和臺(tái)墩自重產(chǎn)生的摩阻力F組成，其中以N'為主要抗滑移力，當(dāng)臺(tái)面采用C10～C15混凝土?xí)r，厚60mm，臺(tái)面每米寬抵能力取150～250kN;厚80mm，臺(tái)面每米寬抵抗能力取200～250kN;厚100mm，臺(tái)面每米寬低抗能力取250～300kN;當(dāng)采用混凝土臺(tái)面，并與合墩共同工作時(shí)，一般可不進(jìn)行抗滑移驗(yàn)算，而應(yīng)驗(yàn)算臺(tái)面的承載能力。

臺(tái)面一般是在夯實(shí)的碎石墊層上澆筑一層厚度為60～100mm的混凝土而成。臺(tái)面主要需要進(jìn)行計(jì)算就是水平承載力N'，一般計(jì)算公式為 N'=φ ×Ac× fc/(K1× K2)，φ 為軸心受壓縱向彎曲系數(shù)，取=1;Ac為臺(tái)面截面面積(m2);fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度計(jì)算值(MPa);K1為臺(tái)面承載力超載系數(shù)，取1.2;K2為考慮臺(tái)面不均勻和其他影響因素的附加完全系數(shù)，取1.5。臺(tái)面伸縮縫可根據(jù)當(dāng)?shù)販夭詈徒?jīng)驗(yàn)設(shè)置，一般均為10m;也可采用預(yù)應(yīng)力滑動(dòng)臺(tái)面，不留伸縮縫。

臺(tái)座的兩端設(shè)置固定預(yù)應(yīng)力鋼絲的鋼制橫梁，一般用型鋼制作，在設(shè)計(jì)橫梁時(shí)，除考慮在張拉力的作用下有一定的強(qiáng)度外，應(yīng)特別注意其變形，以減少預(yù)應(yīng)力損失。

3.3 先張法預(yù)應(yīng)力槽式臺(tái)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

槽式臺(tái)座由鋼筋混凝土壓桿、上下橫梁及臺(tái)面組成。

槽式臺(tái)座一般低于地面，臺(tái)座的長(zhǎng)度一般不超過50m，承載力可大于1000kN以上。在槽式臺(tái)座中常采用四橫梁式成組張拉裝置，用千斤頂張拉，預(yù)應(yīng)力筋張拉后用錨固夾具將頂力筋直接錨固于橫梁上，錨固夾具都可以重復(fù)使用，要求工作可靠、加工方便、成本低或多次周轉(zhuǎn)使用;預(yù)應(yīng)力鋼絲的錨固夾具常采用圓錐齒板式錨固夾具，預(yù)應(yīng)力鋼筋常采用螺絲端桿錨固鋼筋。

槽式臺(tái)座由端柱、傳力柱、墊柱、橫梁等共同工作，其水平力幾乎全部傳給傳力柱，不存在傾覆和滑移問題，所以在槽式臺(tái)座的驗(yàn)算中主要進(jìn)行傳力柱的強(qiáng)度計(jì)算。若是已知張拉控制應(yīng)力為1 370MPa，φs15.20鋼鉸線截面面積為139.98mm2，先張法一片空心板鋼鉸線最多為15根(φs15.20)，設(shè)計(jì)的槽式張拉臺(tái)座由3個(gè)傳力柱承受2槽空心板張拉力，則可計(jì)算傳力柱正截面實(shí)際需要承受力 Nj，Nj=(1 370×106×139.98×10-6×15×2)/3=1 917 726 N。

槽式臺(tái)座承受預(yù)應(yīng)力筋張拉力的結(jié)構(gòu)型式屬于配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件，則其正截面承載能力Nu=φγb(RaA/γC+Rg'Ag'/γS)，Ra為混凝土抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度;Ry 為縱向鋼筋抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度;A為構(gòu)件截面面積;Ag'為縱向鋼筋截面面積;φ為縱向彎曲系數(shù);γb為構(gòu)件工作條件系數(shù);γC為在混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)采用值基礎(chǔ)上的混凝土安全系數(shù);γS為在鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)采用值基礎(chǔ)上的鋼筋安全系數(shù)。Ra值取決于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)，張拉臺(tái)座一般采用C20混凝土，其Ra=11 MPa。Rg'值決定于使用的熱軋鋼筋的強(qiáng)度，在套作中使用的多為Ⅱ級(jí)螺紋鋼Φ12和Φ16，Rg'=340MPa。以Ⅱ級(jí)螺紋鋼Φ12和 Φ16位標(biāo)準(zhǔn)，Ag'=4×π ×(16/2)2+4×π ×(12/2)2=1 256.6mm2;臺(tái)座傳力柱兩端固定視為均勻不移動(dòng)鉸，柱的長(zhǎng)細(xì)比λ=LO/b，LO為傳力柱的計(jì)算長(zhǎng)度，b為傳力柱截面的最短邊，則得到 λ =LO/b=8.0/0.57=14.04≈14，因此，由《鋼筋混凝土構(gòu)件的縱向彎曲系數(shù)φ》可知，Φ=0.92。另外，鋼筋的強(qiáng)度安全系數(shù) γS=1.25;混凝土的強(qiáng)度安全系數(shù) γC=1.25，工作條件系數(shù) γb=0.95。

4 結(jié)束語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力梁體結(jié)構(gòu)橋梁的先張法生產(chǎn)構(gòu)件，涉及到臺(tái)座、張拉機(jī)具和夾具及先張法張拉工藝，而其重點(diǎn)在于臺(tái)座的設(shè)計(jì)，所以，對(duì)于先張法臺(tái)座設(shè)計(jì)及其驗(yàn)算都要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，這不僅是施工的需要，也是保證橋梁質(zhì)量的重要保證之一。

［1］ 葉見曙，袁國(guó)干.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理［M］.北京：人民交通出版社，1997.

［2］ 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ041-2000)［S］.

［3］ 公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(JTGF80/1-2004)［S］.

［4］ 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 D62-2004)［S］.

［5］ 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)［S］.