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      橋墩蓋梁的特殊設(shè)計(jì)及安全性驗(yàn)算

      2021-12-28 07:23:36劉會(huì)清
      山西交通科技 2021年5期
      關(guān)鍵詞:右幅標(biāo)志牌主筋

      劉會(huì)清

      (河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院,河北 石家莊 050011)

      0 引言

      山區(qū)高速公路的橋隧比高,橋梁上往往要設(shè)置交通標(biāo)志標(biāo)牌、攝像機(jī)[1]等,標(biāo)志的基礎(chǔ)預(yù)埋件往往要固定到橋梁的防撞護(hù)欄或蓋梁上,因此橋墩蓋梁就要作特殊設(shè)計(jì),采用一端加長或兩端加長的方式,來滿足安全設(shè)施基礎(chǔ)預(yù)埋件的尺寸要求。承平高速公路中的西水泉大橋位于兩隧道之間,單懸臂標(biāo)志牌及可變信息門架式標(biāo)志牌不可避免地設(shè)置在了橋梁上。加寬護(hù)欄不能滿足標(biāo)志牌基礎(chǔ)預(yù)埋的情況下,就應(yīng)采取加寬橋墩蓋梁長度的方法來解決這個(gè)問題。具體措施為:左幅13號(hào)橋墩,因要設(shè)置單懸臂標(biāo)志牌,橋墩蓋梁需一側(cè)加長作特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);右幅6號(hào)橋墩,因要設(shè)置門架式標(biāo)志牌單懸臂標(biāo)志牌,橋墩蓋梁需兩側(cè)加長作特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

      1 工程實(shí)例

      首都地區(qū)環(huán)線高速公路(G95)承德(李家營)至平谷(冀京界)段(以下簡稱承平高速)屬山嶺重丘區(qū),路線走向基本為東北-西南方向,路線全長59 176 m。主線橋梁總長15 602 m,隧道總長24 094 m,橋隧占路線長度的67.1%。

      西水泉大橋位于苗榆桶隧道和老虎仗隧道之間,上部結(jié)構(gòu)為40 m T梁的左右幅分離路基橋,橋?qū)?6.5 m,蓋梁寬16.4 m;左幅橋長759 m,右幅橋長689 m。交通標(biāo)志確定放置在左幅13號(hào)橋墩和右幅6號(hào)橋墩上,左幅13號(hào)橋墩外側(cè)需放置單懸臂標(biāo)志牌,右幅6號(hào)橋墩兩側(cè)需放置門架式標(biāo)志牌。左幅13號(hào)橋墩需一側(cè)加長尺寸,右幅6號(hào)橋墩需兩側(cè)加長尺寸,以保證標(biāo)志預(yù)埋件能夠嵌入蓋梁中。

      2 橋墩蓋梁的特殊設(shè)計(jì)

      下面以西水泉大橋左幅13號(hào)橋墩為例來闡述特殊尺寸蓋梁的設(shè)計(jì)。

      2.1 尺寸選擇

      該橋梁的分離斷面蓋梁的標(biāo)準(zhǔn)尺寸,見圖1。

      圖1 分離路基橋墩蓋梁標(biāo)準(zhǔn)尺寸(單位:cm)

      綜合考慮由交通工程提供的單懸臂或門架式標(biāo)志的預(yù)埋件尺寸,取其較大者,原蓋梁縱橋向尺寸滿足預(yù)埋要求,橫橋向自蓋梁最外緣需向外加長131 cm就能夠滿足預(yù)埋底座法蘭盤的要求。具體尺寸見圖2。

      圖2 一端加長后的蓋梁橫橋向、順橋向尺寸(單位:cm)

      2.2 配筋設(shè)計(jì)

      工程設(shè)計(jì)中,橋墩蓋梁配筋采用“橋梁通”軟件進(jìn)行計(jì)算分析。利用“橋梁通”軟件填入蓋梁尺寸,建立工況模型,上部恒載作用力取自上部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果,在承載能力極限狀態(tài)下[2]得出彎矩包絡(luò)圖和剪力包絡(luò)圖,在正常使用極限狀態(tài)下[2]得出裂縫配筋圖。根據(jù)彎矩包絡(luò)圖配置受彎鋼筋,根據(jù)剪力包絡(luò)圖配置彎起鋼筋和箍筋,再由裂縫配筋圖進(jìn)行主筋總根數(shù)的驗(yàn)算。

      2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)尺寸(橫橋向?qū)? 640 cm)橋墩蓋梁的配筋設(shè)計(jì)

      在承載能力極限狀態(tài)計(jì)算下的彎矩、剪力包絡(luò)圖見圖3。在正常使用極限狀態(tài)計(jì)算下的裂縫配筋圖見圖4。

      圖3 標(biāo)準(zhǔn)尺寸蓋梁彎矩、剪力包絡(luò)圖

      圖4 標(biāo)準(zhǔn)尺寸蓋梁裂縫驗(yàn)算圖

      根據(jù)計(jì)算結(jié)果,蓋梁鋼筋采用全骨架設(shè)計(jì),主筋直徑采用28 mm。采用的鋼筋骨架樣式及鋼筋骨架的排列片數(shù)分別見圖5、圖6。

      圖5 標(biāo)準(zhǔn)尺寸蓋梁鋼筋骨架圖

      圖6 標(biāo)準(zhǔn)尺寸蓋梁鋼筋骨架排列圖

      蓋梁配筋完成后,要進(jìn)行裂縫寬度的驗(yàn)算。該工程處于Ⅱ類環(huán)境,裂縫寬度根據(jù)規(guī)范[3]按0.2 mm控制,墩頂彎矩削峰0.85,驗(yàn)算結(jié)果見表1。

      表1 橋墩蓋梁鋼筋驗(yàn)算表

      由上述蓋梁跨中、柱頂及斜截面鋼筋配置及驗(yàn)算情況看,可得出以下結(jié)論:

      a)標(biāo)準(zhǔn)尺寸橋墩蓋梁的跨中正彎矩、柱頂負(fù)彎矩及斜截面抗剪承載能力[3-4]均滿足規(guī)范要求,此蓋梁采用主筋直徑28 mm、全骨架配置是合理的。

      b)橋墩蓋梁為安全起見,主筋直徑及根數(shù)均能滿足裂縫驗(yàn)算下的彎矩包絡(luò)圖,因此彎矩包絡(luò)圖以裂縫配筋圖為準(zhǔn)。

      2.2.2 特殊尺寸(橫橋向?qū)? 771 cm)橋墩蓋梁鋼筋配置

      西水泉大橋左幅13號(hào)橋墩蓋梁尺寸確定后,仍采用“橋梁通”軟件進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算過程同上,只在“蓋梁作用其他恒載”一項(xiàng)中,加入固定點(diǎn)位置的作用力[2]。此作用力取單懸式或門架式中作用力較大者并風(fēng)荷載的共同作用力來進(jìn)行加載,骨架鋼筋直徑取28 mm的情況下,蓋梁配筋驗(yàn)算結(jié)果見表2。

      表2 橋墩蓋梁鋼筋驗(yàn)算表

      分析結(jié)果如下:外側(cè)柱頂處及外側(cè)柱頂兩側(cè)40 cm處的負(fù)彎矩鋼筋根數(shù)不能滿足規(guī)范要求,跨中正彎矩配筋儲(chǔ)備量不足。因此需加大蓋梁骨架的根數(shù)或增加主筋直徑。蓋梁已經(jīng)采用全骨架,骨架根數(shù)已飽和,只有增加鋼筋直徑來再次計(jì)算并驗(yàn)算。

      骨架鋼筋直徑加大為32 mm,蓋梁配筋的包絡(luò)圖見圖7;裂縫配筋圖進(jìn)行驗(yàn)算,驗(yàn)算結(jié)果見表3。

      表3 橋墩蓋梁鋼筋驗(yàn)算表

      圖7 特殊尺寸蓋梁剪力包絡(luò)圖及裂縫驗(yàn)算圖

      由上述蓋梁跨中、柱頂及斜截面鋼筋配置及驗(yàn)算情況看,可得出以下結(jié)論:

      主筋直徑增大后,特殊尺寸橋墩蓋梁的跨中正彎矩、柱頂負(fù)彎矩及斜截面抗剪承載能力均滿足規(guī)范要求,因此蓋梁采用主筋直徑32 mm、全骨架配置。

      計(jì)算完成后需繪制蓋梁鋼筋圖,設(shè)計(jì)完成后的蓋梁鋼筋骨架圖見圖8,鋼筋骨架排列為全骨架,與標(biāo)準(zhǔn)尺寸蓋梁相同,不再附圖。

      圖8 特殊尺寸蓋梁鋼筋骨架圖

      右幅6號(hào)橋墩蓋梁設(shè)計(jì)參考左幅13號(hào)橋墩蓋梁設(shè)計(jì)方法進(jìn)行,右幅6號(hào)橋墩蓋梁為對(duì)稱結(jié)構(gòu),相對(duì)來說較易完成。

      2.3 結(jié)論

      蓋梁鋼筋的配置主要采用“橋梁通”軟件進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)彎矩、剪力包絡(luò)圖中給出的主筋根數(shù)進(jìn)行配筋,再利用裂縫配筋圖驗(yàn)算鋼筋總根數(shù)。在配筋及驗(yàn)算的過程中要注意:在彎矩包絡(luò)圖中,鋼筋抵抗彎矩時(shí)起彎點(diǎn)與h0/2范圍受力側(cè)水平筋不參與受力;而裂縫配筋圖中,鋼筋抵抗裂縫時(shí)無錨固長,截面受力側(cè)水平筋均參與受力。

      特殊蓋梁的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)尺寸蓋梁計(jì)算過程相同,只是計(jì)算過程繁瑣,迭代次數(shù)多。

      3 結(jié)語

      工程實(shí)踐中,常常會(huì)遇到特殊蓋梁設(shè)計(jì)的情況。在橋梁跨越管線設(shè)施或是重要溝渠等,會(huì)將橋墩柱間距加大或縮短,可能采用特殊尺寸的蓋梁情況?;ネㄊ搅Ⅲw交叉中變寬橋的蓋梁,更是普遍存在。這些特殊尺寸蓋梁的設(shè)計(jì)方法與上述類似,計(jì)算到配筋到驗(yàn)算三者缺一不可,才能達(dá)到蓋梁設(shè)計(jì)的完整性及安全性。

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