預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁

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預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁設(shè)計(jì)黃姑塘大橋是平湖市平湖乍浦至上海興塔馬路上的一座大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋。該文重點(diǎn)介紹該橋橋跨布置以及布局設(shè)計(jì)和計(jì)算。

1.工程概況黃姑塘大橋是平湖市平湖乍浦至上海興塔馬路（01省道至平興馬路段）工程的關(guān)鍵操縱性工程。主橋上部布局為(72+120+72)m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，引橋上部為5x25預(yù)應(yīng)力混凝土(后張)T梁，先簡支后連續(xù)。黃姑塘（即平金線）平湖段規(guī)劃為Ⅲ級航道，現(xiàn)狀河道寬度約50米，規(guī)劃河道將在其現(xiàn)狀河道南邊拓寬開挖，開挖后其河床寬度將達(dá)成110米左右。平金線通航凈寬60m，凈高7.Om，最高通航水位1.93m（1985國家高程基準(zhǔn)），測時(shí)水位1.10m。

2.主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(1)橋面寬度：K8+100~K16+780.185段路基寬度27.5m時(shí)，橋梁斷面布置0.5m護(hù)欄+12.5m行車道+0.5m護(hù)欄（單幅）。

(2)設(shè)計(jì)荷載：馬路-l級。(3)設(shè)計(jì)洪水頻率：按100年一遇設(shè)計(jì)。(4)通航標(biāo)準(zhǔn)：黃姑塘（平金線Ⅲ級航道）雙向通航，有效通航凈寬不小于60m，凈高不小于7m，橋下最高通航水位1.96m（85高程）。(5)地震根本烈度：地震撼峰值加速度為0.05g，地震根本烈度為VI度，抗震設(shè)防措施等級為VII級。

(6)馬路橋涵布局的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年。

3.總體設(shè)計(jì)橋型方案設(shè)計(jì)過程中，力求表達(dá)使用安好、橋梁耐久、合理適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)穩(wěn)當(dāng)?shù)脑敲?，并根?jù)黃姑塘大橋主孔通航河道寬度，主橋選擇變截面連續(xù)梁方案，橋型效果圖見圖1。

4.主橋布局設(shè)計(jì)4.1箱梁構(gòu)造設(shè)計(jì)主橋上部布局采用預(yù)應(yīng)力砼(C55)變截面連續(xù)箱梁，為三向預(yù)應(yīng)力布局，縱向按全預(yù)應(yīng)力體系操縱。箱梁為分開的單箱單室截面，左（右）幅頂寬13.5m，底寬7.5m，兩側(cè)翼緣寬均為3m。連續(xù)箱梁中跨墩頂支點(diǎn)處梁高7m，跨中最小梁高為3m，跨中梁高與跨徑之比為1/40，支點(diǎn)處梁高與跨徑之比為1/17.14，跨中梁高與支點(diǎn)處梁高之比為1/2.33。底板采用變厚度布置，由支點(diǎn)向跨中逐步裁減，根部厚度為90cm，跨中厚度為30cm。頂板厚度在支點(diǎn)處為70cm，跨中為28cm；

腹板厚度由支點(diǎn)向跨中由170~90~70~50cm漸次變化。為提高邊跨端部和主墩支座處抗剪才能，腹板在邊墩支點(diǎn)處加大到130cm，底板加厚到70cm；

腹板在主墩支點(diǎn)處加大到170cm，底板加厚到200cm。橫隔板的布置：本橋只在主墩支點(diǎn)和邊墩支點(diǎn)上布置橫隔板，主墩支點(diǎn)處橫隔板厚度為300cm，邊墩支點(diǎn)處橫隔板厚度為200cm。

4.2箱梁預(yù)應(yīng)力體系主橋上部布局按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，采用三項(xiàng)預(yù)應(yīng)力，腹板束：采用s15.2-19鋼絞線，頂板束按照施工劃分節(jié)段，分批直接錨固在腹板內(nèi)；

頂板束：采用十s15.2-17鋼絞線，頂板束按照施工劃分節(jié)段，分批直接錨固在頂板內(nèi)靠近腹板范圍內(nèi)；

頂?shù)装搴蠑n束：采用s15.2-15鋼絞線，合攏束通過鋸齒塊直接錨固在頂?shù)装蹇拷拱宓奈恢锰?。預(yù)應(yīng)力布置圖詳見圖3。

箱梁頂板橫向預(yù)應(yīng)力采用3$S15.2鋼鉸線（扁束），以50cm的間距布設(shè)，交替單端張拉錨固，錨下操縱應(yīng)力為ocon=0.75fpk，單根張拉噸位為195.3kN。箱梁豎向預(yù)應(yīng)力、采用直徑為JL32的高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度930Mpa，張拉操縱應(yīng)力ocon=0.90fpk，設(shè)計(jì)張拉噸位為673.1kN。豎向預(yù)應(yīng)力筋以50cm根本間距布置。

4.3下部構(gòu)造主墩采用鋼筋混凝土實(shí)心矩形墩，墩頂采用橫系梁連接，下接低樁承臺(tái)，根基采用鉆孔灌注樁，主墩單根墩柱平面尺寸為3.5X2.5m，墩頂橫系梁平面尺寸為2×2.5m，橫系梁高度采用2—1.8—2m弧形漸變；

低樁承臺(tái)厚3．Om。

邊墩（過渡墩）：過渡墩采用鋼筋混凝土實(shí)心矩形墩接L型蓋梁，低樁承臺(tái)，鉆孔灌注樁根基。

5.布局計(jì)算5.1主橋縱向受力計(jì)算主橋布局的靜力計(jì)算分析擬平面桿系理論為根基，采用DrBridgeV3.2舉行布局分析計(jì)算。全聯(lián)共劃分87個(gè)單元88個(gè)節(jié)點(diǎn)，成橋后在26號節(jié)點(diǎn)設(shè)固定鉸支承，2、63、87號節(jié)點(diǎn)設(shè)滑動(dòng)鉸支承。施工流程為：下部布局施工完成后，在主墩11、12號兩側(cè)搭臨時(shí)支撐，立模澆筑0號和1號塊，其余塊（除合攏段及邊跨現(xiàn)澆段外）均以掛籃懸臂對稱澆筑，并張拉各階段預(yù)應(yīng)力鋼束，直到16號塊；

然后按先邊跨后中跨的依次依次合攏；

結(jié)果舉行橋面系施工。按此流程逐階段計(jì)算布局各截面內(nèi)力、應(yīng)力和位移，每個(gè)懸臀的施工包括掛籃就位、梁段澆筑、張拉預(yù)應(yīng)力鋼束及掛籃前移4個(gè)階段。成橋運(yùn)營計(jì)算包括恒載、活載、支點(diǎn)沉降及溫度等工況，按模范舉行荷載組合。

(1)計(jì)算參數(shù)：設(shè)計(jì)環(huán)境類別為l類；

相對濕度80%；

豎向梯度溫度效應(yīng)：豎向日照正溫差T1=14℃．T2=5.5℃，A=300mm；

豎向日照負(fù)溫差T1=-7℃．T2=-2.75t，A=300mm；

整體升降溫：±20℃；

預(yù)應(yīng)力管道成型為塑料紋管：管道摩擦系數(shù)μ=0.17，管道偏差系數(shù)k=0.0015；

錨具：錨具變形、鋼筋回縮按6mm（一端）；

墩、臺(tái)不平勻沉降：交錯(cuò)墩沉降24mm、主墩沉降40mm：變高度箱梁：對稱分節(jié)段澆筑，鋼束張拉齡期按15天考慮，合龍溫度：14~18℃，要求在一天內(nèi)溫度最低時(shí)合龍。

(2)計(jì)算結(jié)果：承載才能極限狀態(tài)根本組合設(shè)計(jì)內(nèi)力包絡(luò)圖如下：中支點(diǎn)最大負(fù)彎矩-941594kN．m，相應(yīng)截面抗力-1260904kN．m：中跨跨中最大負(fù)正彎矩170598kN．m，相應(yīng)截面抗力205254kN．m：箱梁各驗(yàn)算截面的極限彎距抗力（未計(jì)入普遍鋼筋）均大于設(shè)計(jì)彎距，箱梁承載才能得志要求，布局受力安好；

箱梁在耐久狀況下預(yù)應(yīng)力構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)值組合作用下，箱梁最大正應(yīng)力為17.2MPa。C55混凝土容許壓應(yīng)力為0.5×35.5=17.75MDa，箱梁最大壓應(yīng)力小于模范容許值，使用階段箱梁壓應(yīng)力得志模范要求。耐久狀況下預(yù)應(yīng)力構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)合作用下，箱梁最大主壓應(yīng)力為15.2MPa。C55混凝土容許主壓應(yīng)力為0.6×35.5＝21.3Mpa。箱梁最大主壓應(yīng)力小于模范容許值，使用階段箱梁主壓應(yīng)力得志模范要求。

短期效應(yīng)組合下，全橋均未展現(xiàn)拉應(yīng)力，個(gè)別位置展現(xiàn)-0.7Mpa主拉應(yīng)力，現(xiàn)澆全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件短期效應(yīng)組合下容許主拉應(yīng)力為-0.4×2.74＝-1.10Mpa。正常使用極限狀態(tài)下拉應(yīng)力、主拉應(yīng)力均小于模范限值，箱梁抗裂性得志全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的要求。經(jīng)計(jì)算，本聯(lián)現(xiàn)澆箱梁布局承載才能極限狀態(tài)下箱梁強(qiáng)度得志模范要求；

使用階段箱梁最大壓應(yīng)力滿足模范要求；

使用階段箱梁抗裂性得志模范要求。

5.2短期效應(yīng)組合并考慮長期效應(yīng)組合影響的活載撓度計(jì)算據(jù)《馬路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)模范》（JTGD62-2022），全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件全截面的抗彎剛度為：B0=0.95EcI0。參照第6.5.3條，受彎構(gòu)件在荷載短期效應(yīng)組合下并考慮荷載長期效應(yīng)的影響撓度長期增大系數(shù)ηθ=1.412