裝配式大懸臂倒T型預應(yīng)力混凝土蓋梁設(shè)計

程 苗

(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司南京分公司，江蘇 南京 210000)

城市高架橋在保證橋上有足夠的行車道寬度的同時又需要在橋下預留更多空間，滿足地面道路的交通需求。在結(jié)構(gòu)形式的選擇中，既要考慮施工期間對地面交通和周邊環(huán)境的影響，又要考慮施工難度、施工速度和景觀效果等多方面因素。預制小箱梁+大懸臂倒T型預應(yīng)力混凝土蓋梁的結(jié)構(gòu)形式能很好地滿足這些需求，往往成為工程設(shè)計的優(yōu)選方案。

傳統(tǒng)大懸臂蓋梁一般采用現(xiàn)澆工藝，施工期間需搭設(shè)大量支架，對地面交通帶來較大影響。近年來，隨著國家大力推行預制裝配式建筑及建筑工業(yè)化，預制裝配式大懸臂倒T型預應(yīng)力混凝土蓋梁在全國各地城市高架橋建設(shè)項目中得到了廣泛應(yīng)用。蓋梁節(jié)段采用工廠化預制，結(jié)構(gòu)質(zhì)量有保障，景觀效果較好，現(xiàn)場拼裝期間對地面交通和周圍環(huán)境影響小，施工速度快，符合安全、實用、經(jīng)濟、環(huán)保和美觀的設(shè)計原則。

1 工程概況

沂河路快速化改造工程作為臨沂市快速內(nèi)環(huán)南線的一部分，是臨沂市“三環(huán)十五射”骨架路網(wǎng)規(guī)劃中的重要一環(huán)，也是溝通高新區(qū)、羅莊區(qū)及經(jīng)濟開發(fā)區(qū)等區(qū)域組團的重要交通干道。

該工程是在現(xiàn)有沂河路的基礎(chǔ)上，按城市快速路標準進行改造。工程西起G2京滬高速收費站，東至溫泉路(規(guī)劃快速內(nèi)環(huán)東線)以東，全長約20.1 km，主要采用“主線高架+地面輔路”形式。主線高架為雙向6車道，設(shè)計車速80 km/h，地面快速路設(shè)計車速80 km/h，地面輔路設(shè)計車速50～60 km/h，匝道設(shè)計車速30～40 km/h。

2 裝配式大懸臂倒T型預應(yīng)力混凝土蓋梁設(shè)計

主線高架橋25.1 m標準橋?qū)捫∠淞合虏拷Y(jié)構(gòu)采用直立雙柱+大懸臂倒T型預應(yīng)力混凝土蓋梁形式。蓋梁全長24.8 m，懸臂長約9.25 m。蓋梁中心高度3.6 m，懸臂端高度漸變至約2.98 m，縱橋向頂面寬1.2 m，底面寬2.3～3.2 m。蓋梁分為三段，兩側(cè)為工廠化預制節(jié)段，中間為現(xiàn)場澆筑濕接段。墩柱采用雙立柱，中心間距4.5 m，立柱尺寸為1.8(2.0)m(順橋向)×1.8 m(橫橋向)，角點處采用=0.15 m的圓倒角。為了不讓橋面排水管外漏影響橋梁美觀，在蓋梁挑臂底面及立柱外側(cè)設(shè)排水管槽。標準橋墩基礎(chǔ)根據(jù)立柱高度分別采用4根直徑1.5 m或1.8 m的鉆孔灌注樁，承臺厚度為2.6 m或2.8 m，同時預制立柱對應(yīng)位置處設(shè)0.2 m深的凹槽。

橋墩結(jié)構(gòu)整體效果簡潔、有序，線條順暢、挺拔，視線較開闊，墩柱通過蓋梁底緣曲線延伸，并與小箱梁外側(cè)弧形挑臂銜接，既顯得造型別致又不失結(jié)構(gòu)的安全感，也與其他現(xiàn)狀高架橋型的流暢線形相協(xié)調(diào)。

蓋梁預制節(jié)段采用C50混凝土，現(xiàn)澆濕接段采用C55收縮補償混凝土，立柱采用C40混凝土。預應(yīng)力鋼束采用符合《預應(yīng)力混凝土用鋼絞線》(GB/T5224—2014)標準的φ15.2 mm高強度低松弛鋼絞線，每股公稱截面面積為139 mm，標準強度=1 860 MPa，彈性模量=1.95×105 MPa。預應(yīng)力錨具采用優(yōu)質(zhì)的群錨體系，管道采用鍍鋅金屬波紋管，真空輔助壓漿工藝。管道摩擦系數(shù)=0.25，管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)=0.0015。

蓋梁共布置10束預應(yīng)力鋼束，分為N1、N2、N3、N4和N5五種形狀，每種2束。其中N1～N3采用φ15.2-17型鋼束，N4和N5采用φ15.2-15型鋼束，錨下張拉控制應(yīng)力=0.75=1 395 MPa。

蓋梁鋼束張拉應(yīng)分批進行，具體張拉批次為：蓋梁拼裝完成、現(xiàn)澆濕接段混凝土達到預應(yīng)力張拉要求后張拉N2-1、N4-1、N5-1；小箱梁吊裝完畢、二期鋪裝前張拉N1-2、N3-2。鋼束張拉應(yīng)遵循對稱、均衡張拉的原則，以蓋梁中心線為基準，采用由近及遠的順序張拉。

3 結(jié)構(gòu)計算分析

3.1 計算模型建立

采用midas Civil 2020有限元程序建立橋墩蓋梁計算模型。蓋梁、立柱和承臺采用梁單元進行模擬。

3.2 主要計算參數(shù)

(1)恒載

一期恒載：預應(yīng)力混凝土、鋼筋混凝土容重=26 kN/m；二期恒載：瀝青混凝土容重=24 kN/m；防撞護欄：15 kN/m/側(cè)，中央防撞護欄10 kN/m。

(2)汽車荷載

汽車荷載采用城-A級，并按公路-Ⅰ級驗算。車道荷載折減系數(shù)按照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)規(guī)定取值；沖擊系數(shù)按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)第4.3.2條計算。

(3)不均勻沉降

由于兩個立柱在同一個承臺上面，故不考慮不均勻沉降影響。

(4)溫度

考慮整體升溫30 ℃，整體降溫30 ℃。

3.3 正常使用極限狀態(tài)抗裂驗算

頻遇組合下蓋梁截面上下緣的最小正應(yīng)力，見圖1。

頻遇組合下蓋梁截面主拉應(yīng)力，見圖2。

圖1 頻遇組合蓋梁截面上下緣正應(yīng)力圖(單位：MPa)

圖2 頻遇組合蓋梁截面主應(yīng)力圖(單位：MPa)

由圖2可知，在頻遇組合下，蓋梁正截面均為壓應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。同時，在頻遇組合下，蓋梁斜截面最大主拉應(yīng)力為0.3 MPa<0.5=1.325 MPa，滿足規(guī)范要求。故蓋梁在頻遇組合下的抗裂驗算滿足要求。

準永久組合下蓋梁截面上下緣的最小正應(yīng)力，見圖3。

由圖3可知，在準永久組合效應(yīng)組合下，蓋梁正截面均為壓應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。

圖3 準永久組合蓋梁截面上下緣正應(yīng)力圖(應(yīng)力/MPa)

3.4 正常使用極限狀態(tài)應(yīng)力驗算

標準組合下蓋梁截面上下緣的最大正應(yīng)力，見圖4。

標準組合下蓋梁截面主壓應(yīng)力，見圖5。

由圖5可知，在標準組合下，蓋梁正截面最大壓應(yīng)力11.2 MPa<0.5=0.5×32.4=16.2 MPa，滿足規(guī)范要求；同時，在標準效應(yīng)組合下，蓋梁斜截面最大主壓應(yīng)力11.2 MPa<0.6=0.6×32.4=19.44 MPa，滿足規(guī)范要求。

3.5 承載能力極限狀態(tài)強度驗算

基本組合下蓋梁彎矩及承載力和剪力及承載力包絡(luò)圖，見圖6，圖7。

圖4 標準組合蓋梁截面上下緣正應(yīng)力圖(單位：MPa)

圖5 標準組合蓋梁截面主應(yīng)力圖(單位：MPa)

圖6 基本組合下蓋梁彎矩及承載力包絡(luò)圖(單位：kN·m)

圖7 基本組合下蓋梁剪力及承載力包絡(luò)圖(單位：kN)

由圖6、圖7可知，在基本組合下，蓋梁全截面最大(最小)設(shè)計彎矩均小于截面極限承載彎矩，滿足規(guī)范要求。按規(guī)范規(guī)定的蓋梁抗剪計算位置處最大(最小)設(shè)計剪力小于截面抗剪承載力，滿足規(guī)范要求。另外，截面的抗剪截面尺寸也滿足規(guī)定。

4 結(jié) 語

(1)預制裝配式大懸臂倒T型蓋梁具備標準化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、機械化施工和信息化管理等眾多優(yōu)勢，已經(jīng)成為城市高架橋設(shè)計的優(yōu)選方案。但由于國內(nèi)預制裝配式橋梁起步較晚，相應(yīng)規(guī)范體系還不夠完善，諸如裝配工藝、施工質(zhì)量控制、結(jié)構(gòu)耐久性等課題還需要進一步研究。

(2)結(jié)合臨沂市沂河路快速化改造工程采用的預制裝配式大懸臂倒T型預應(yīng)力混凝土蓋梁，介紹了該類型蓋梁的設(shè)計思路和設(shè)計方法，可為同類型蓋梁設(shè)計提供借鑒和參考。