太平桥16m 部分预应力混凝土简支T 梁设计

刘 刚 （滁州市公路勘测设计院，安徽 滁州 239000）

1 工程概况

太平桥位于307省道明亳路凤阳县境内，横跨濠河。下行线一侧为老桥，建于1982年，上部为4m×16m钢筋混凝土工字梁微弯板组合梁结构，设计荷载为汽车-15级、挂-80级，下部为柱式墩、肋板式桥台配桩基础。上行线一侧为加宽部分，建于2002年，设计荷载为汽车-20级、挂-100级，上部为4m×16m预应力空心板结构，下部为桩柱式墩台配灌注桩基础。桥梁全宽为15.5m。

因桥梁所在地凤阳县为资源大县，超载车辆较多，桥梁负荷较大，且下行线一侧老桥荷载标准低、使用年限较长，工字梁底出现多处超限裂缝，经相关检测单位评定为五类桥，需将老桥上部工字梁微弯板组合梁全部拆除，重新预制安装梁板。该桥于2008年建成重新通车。

2 设计思路

老桥上部结构重建采用T梁结构，因受上行线一侧桥梁（预应力空心板结构）高程限制及超载车辆较多等因素影响，本次T梁是在限制梁高为1.2m并要求适当考虑更重荷载通行的背景下开展设计的。主要设计思路是：在标准图16m普通钢筋混凝土T梁的基础上，适当减少普通钢筋，增加了预应力钢筋，同时适当增加了腹板和T梁翼缘等关键部位的尺寸，整个T梁按照部分预应力混凝土B类构件进行设计。

与标准图16m普通钢筋混凝土T梁相比，此次设计时T梁梁高由1.3m减小为1.2m，腹板在跨中处由18cm增加为22cm、支点处由30cm增加为40cm，翼缘板边缘由15cm增加为20cm，并增大腋部尺寸（见图1）。

3 16m 部分预应力简支T 梁设计

3.1 基本资料

图1 T 梁断面（单位：cm）

计算跨径：L=15.5m

桥面净空：0.12+7+0.12（m）

主梁间距：1.88m（4片）

梁高：1.2m

设计荷载：公路—I级，γ0=1.0

材料：C50混凝土；ASTM-92a预应力钢铰线-15.24-2×4；普通钢筋采用HRB335

截面特性（见表1）。

3.2 内力计算

采用桥梁博士进行计算，主要计算结果见表2。

3.2.1 恒载内力

3.2.2 活载内力（见表3）

以最大梁为准，冲击系数μ=0.36。

3.2.3 内力组合（见表4）

基本组合（承载能力极限状态）：

短期组合（正常使用极限状态）：

长期组合（正常使用极限状态）：

3.3 结构设计计算

3.3.1 预应力钢筋估算

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）（以下简称《规范》）第6.3抗裂验算：正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行计算，并应符合下列要求——A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下：

各阶段截面几何特性 表1

恒载内力计算结果表 表2

活载内力计算结果表（不计冲击力） 表3

内力计算结果表 表4

计算本T梁跨中截面应当采用10根ASTM-92a预应力钢铰线-15.24-1860。

因为本结构拟作为B类构件，所以采用8根。

3.3.2 承载能力极限状态

3.3.2.1 正截面抗弯承载力

按照《规范》第5.1.5条，桥梁构件的承载能力极限状态计算应采用下列公式：

计算本T梁跨中正截面抗弯承载力R为3079 kN·m，远大于基本组合效应值2184.6 kN·m。

3.3.2.2 斜截面抗剪承载力

按照《规范》第5.2.6条确定抗剪计算截面，本T梁采用距支点h/2截面。

按照第5.2.7条矩形、T形和I形截面的受弯构件，当配置箍筋和弯起钢筋时，其斜截面抗剪承载力应符合下式要求：

计算本T梁距支点h/2截面斜截面抗剪承载力Vdu为1402kN，其中箍筋和混凝土提供了954k N，斜普通钢筋提供了298kN，预应力钢筋提供了150kN，远大于基本组合效应值679.9kN。

3.3.3 正常使用极限状态

3.3.3.1 裂缝宽度验算

按照《规范》第6.4.3条和第6.4.4条关于部分预应力混凝土B类构件的条款进行计算。

计算本T梁跨中截面在短期效应组合下纵向受拉钢筋应力σss为91MPa，裂缝宽度为0.0998mm，恰好满足《规范》第6.4.2条规定的部分预应力B类构件限值0.1mm，满足要求。

3.3.3.2 开裂弯矩验算

按照《规范》第6.5.1条至6.5.5条关于部分预应力B类构件的条款进行计算。

计算本T梁跨中截面在短期效应组合下弯矩为1242k N·m，开裂弯矩为1217k N·m，二者大致相当。即表明按计算挠度时开裂计算原理来说，本构件在正常使用极限状态短期效应组合下结构不开裂，全截面参加工作。

另外在不考虑预应力的情况下，本T梁开裂弯矩仅为652kN·m，因此增加了部分预应力后抗裂性能大幅提高。

3.3.3.3 挠度验算

按照《规范》第6.5.1条至6.5.5条关于部分预应力B类构件的条款进行计算。

正常使用极限状态短期效应组合计算的长期挠度为12.9mm，该值在消除结构自重产生的长期挠度后跨中截面最大挠度为4.8mm，远小于计算跨径的1/600（25.8mm），满足要求。

预应力的长期反拱值为6.2mm，预拱度理论值为6.7mm，实际采用10mm。

4 结 论

①该梁具有部分预应力混凝土结构的优越性，完全满足公路—I级荷载的各项要求。

②承载能力极限状态下：正截面抗弯承载力富余41%，斜截面抗剪承载力富余121%，因此可以抵抗超重荷载。

③正常使用极限状态下：抗裂性能大幅提高，开裂弯矩比普通钢筋混凝土T梁提高0.92倍，短期效应组合下结构不开裂，全截面参加工作。

本桥自建成投入使用已有6年多了，在超重车辆较多的情况下目前桥梁运营状况良好，说明针对太平桥实际情况采取的T梁设计方案是合理的、有效的。

[1] JTG D60—2004,公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社,2004.

[2] JTG D62—2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社,2004.