大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析

1、大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析 摘要：本文以某過(guò)渡墩大懸臂蓋梁為例，介紹大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析驗(yàn)算。 關(guān)鍵詞：不等跨過(guò)渡墩 大懸臂 倒T 承載能力計(jì)算 中圖分類號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 1概述 裝配式預(yù)制梁橋受力明確，構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；┕ぃ侵行】鐝綐蛄褐袘?yīng)用最為廣泛的橋梁結(jié)構(gòu)形式。蓋梁作為預(yù)制梁橋重要的承重構(gòu)件，承受上部結(jié)構(gòu)的荷載并將其傳遞給橋墩。采用預(yù)制梁橋就不可避免地遇到蓋梁設(shè)計(jì)問(wèn)題。近年來(lái)，大懸臂蓋梁以其線條簡(jiǎn)潔、造型美觀、橋下空間易于利用等特點(diǎn)，在城市橋梁中得到越來(lái)越廣泛地利用。在城市橋梁中，因?yàn)橛绊懖伎绲囊蛩剌^多，常常出現(xiàn)連接非等跨橋梁的過(guò)

2、渡墩。這樣，過(guò)渡墩的大懸臂蓋梁除了要進(jìn)行抗彎和抗剪的設(shè)計(jì)外，還有比普通蓋梁更加突出的抗扭設(shè)計(jì)問(wèn)題。本文以某過(guò)渡墩大懸臂蓋梁為例，介紹大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析驗(yàn)算。 2工程實(shí)例及計(jì)算模型 某橋梁過(guò)渡墩兩側(cè)分別接40米和25米小箱梁，采用蓋梁接雙柱式橋墩。為降低蓋梁高度，增加橋下凈空，使蓋梁視覺上更輕巧美觀，本橋墩選擇了倒T型蓋梁。倒T型蓋梁一般梁高較高，可以提供較普通蓋梁有更好的強(qiáng)度，對(duì)結(jié)構(gòu)的縱向抗震也有好處。 本橋墩蓋梁橫橋向?qū)?6.9米，懸臂長(zhǎng)度9.55米。蓋梁根部梁高4.4米，懸臂端梁高3.45米。蓋梁截面全寬3.3米，倒T部分腹板寬1.5米。本橋墩兩側(cè)橋跨長(zhǎng)度相差較大，為減小

3、橋墩順橋向彎矩，設(shè)置了30厘米的偏心。蓋梁構(gòu)造及配筋如下圖1圖3所示： 圖1 蓋梁一般構(gòu)造 圖2 蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼束布置 圖3 蓋梁鋼筋布置示意 3蓋梁計(jì)算 31計(jì)算內(nèi)容 對(duì)于大懸臂蓋梁來(lái)說(shuō)，主要計(jì)算內(nèi)容在于其懸臂部分的結(jié)構(gòu)計(jì)算。本次計(jì)算將橋墩蓋梁簡(jiǎn)化為三維桿系計(jì)算模型，驗(yàn)算蓋梁懸臂控制截面在外荷載作用下的抗彎、抗剪及抗扭承載能力是否滿足規(guī)范要求。 32計(jì)算方法 除自重外，蓋梁主要承受上部傳來(lái)的荷載。上部恒載按實(shí)際重量計(jì)算，活載根據(jù)車輪作用的最不利位置采用杠桿法得出各支座反力。蓋梁兩側(cè)小箱梁各恒、活載支座反力如下表： 支座反力表單位：KN 本次計(jì)算內(nèi)力采用MIDAS CIVIL軟件，按公路鋼筋混凝

4、土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D62-2004（以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范”）對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。 3.3施工步驟 （1）橋墩及蓋梁施工。 （2）張拉第一批預(yù)應(yīng)力鋼束。 （3）架設(shè)上部主梁。 （4）張拉第二批預(yù)應(yīng)力鋼束。 （5）施工橋面系。 （6）使用階段（汽車荷載）。 3.4分析過(guò)程 3.4.1抗彎計(jì)算 蓋梁懸臂為靜定結(jié)構(gòu)，沿橫橋向承受各支座反力，受力明確，抗彎計(jì)算方法與普通蓋梁懸臂相同，計(jì)算結(jié)果可由程序直接給出。本蓋梁抗彎鋼筋采用直徑d28mm，間距10cm，共15根；預(yù)應(yīng)力鋼束采用4束17S15.24和4束19S15.24，共144根。由此可驗(yàn)證橫梁橫橋向配筋，尤其是預(yù)應(yīng)力鋼束配置是否合理。計(jì)

5、算選項(xiàng)取圖1所示各支座位置截面作為典型截面，驗(yàn)算蓋梁懸臂抗彎承載能力。計(jì)算最不利位置為4號(hào)截面，抗彎承載能力安全度為1.33。 蓋梁懸臂翼緣A-A截面（圖4）計(jì)算，反力P按40米跨徑一側(cè)的較大值考慮（P值取40米跨一側(cè)半幅橋支座反力合計(jì)值=11017KN），取蓋梁橫橋向整體斷面計(jì)算抗彎承載能力。由此可驗(yàn)證圖3中N5號(hào)大箍筋配置（直徑d16間距10cm，共126根）是否滿足截面橫向抗彎要求。計(jì)算抗彎承載能力9222kN?m，設(shè)計(jì)值5619 kN?m，安全度為1.64。此方法可較好的計(jì)算翼緣截面，但因蓋梁懸臂橫橋向?yàn)樽兘孛妫虼艘砸砭壗孛孀髡w計(jì)算結(jié)果偏于保守，設(shè)計(jì)可作參考。 圖4 3.4.2抗剪

6、計(jì)算 橫橋向取圖1所示C-C截面為計(jì)算截面，按照規(guī)范第5.2.7條及5.2.9條公式進(jìn)行計(jì)算。C-C截面抗剪計(jì)算方法與普通蓋梁懸臂相同。本蓋梁計(jì)算截面高3.9米，同一截面內(nèi)配6肢直徑d16的箍筋，間距10cm。斜截面內(nèi)混凝土和箍筋提供了較好的抗剪承載能力。經(jīng)計(jì)算，抗剪承載能力為31925KN，設(shè)計(jì)剪力值8195KN，安全度較高，為3.89。 蓋梁懸臂翼緣B-B（如圖4所示）截面計(jì)算，剪力值同抗彎計(jì)算中反力P，按40米跨徑一側(cè)的較大值考慮。取蓋梁橫橋向整體斷面作抗剪承載能力及抗剪截面驗(yàn)算。由此可根據(jù)規(guī)范第5.2.11條驗(yàn)證截面各箍筋（圖3中N6號(hào)和N7號(hào)鋼筋，直徑d16，間距10cm，同一截面共

7、126根）配置及斜鋼筋（圖3中N8號(hào)鋼筋，直徑d28，間距10cm，同一截面共126根）是否滿足規(guī)范要求。經(jīng)計(jì)算，抗剪承載能力為50330KN，設(shè)計(jì)剪力值11545KN，安全度較高，為4.36。此方法可較好的計(jì)算翼緣截面，但因蓋梁懸臂橫橋向?yàn)樽兘孛?，因此以翼緣截面作整體計(jì)算結(jié)果偏于保守，設(shè)計(jì)可作參考。 3.4.3抗扭計(jì)算 本蓋梁兩側(cè)橋孔跨徑相差較大，由此帶來(lái)的荷載差值使懸臂各截面出現(xiàn)了較大的扭矩。取圖1所示各支座位置截面作為典型截面進(jìn)行抗扭計(jì)算，以此驗(yàn)證懸臂的抗扭承載能力。根據(jù)規(guī)范第5.5.5條，將截面劃分為3個(gè)矩形（如圖4所示）計(jì)算其抗扭抵抗矩。由此可驗(yàn)算截面尺寸及截面邊緣各類型鋼筋配置是否

8、滿足抗扭設(shè)計(jì)要求。具體計(jì)算結(jié)果如下表： 懸臂截面抗扭承載能力計(jì)算結(jié)果一覽表單位：kN/kN?m 本蓋梁懸臂屬于T形彎剪扭構(gòu)件，其縱向鋼筋和箍筋應(yīng)按規(guī)范第5.5.6條規(guī)定配置。即： 按受彎構(gòu)件正截面抗彎承載能力計(jì)算所需的鋼筋截面面積，布置抗彎縱向鋼筋（圖3中N1號(hào)鋼筋）。 按規(guī)范5.5.4條抗扭承載能力計(jì)算公式計(jì)算所需的抗扭縱向鋼筋（圖3中N1a、N2、N3、N4號(hào)鋼筋）截面面積，并沿周邊均勻?qū)ΨQ布置。 按規(guī)范5.5.4條抗扭承載能力計(jì)算公式計(jì)算所需抗扭箍筋，與按抗剪承載能力計(jì)算公式計(jì)算所需的抗剪箍筋數(shù)量相加，統(tǒng)一布置箍筋。 翼緣截面按規(guī)范5.5.1條純扭構(gòu)件抗扭承載能力計(jì)算公式計(jì)算所需的抗扭縱筋和箍筋（圖3中N1N6號(hào)鋼筋）。 4結(jié)語(yǔ) 連接不等橋跨的大懸臂橋墩蓋梁受力較復(fù)雜，很多計(jì)算上的假定只能本著使結(jié)構(gòu)更安全的原則進(jìn)行，難免過(guò)于保守。另外，此種的計(jì)算方法也有相當(dāng)?shù)木窒扌?，一方面保證了結(jié)構(gòu)的安全，另一方面也在一定程度上會(huì)造成材料的浪費(fèi)。計(jì)算方法是值得長(zhǎng)期探索