预应力混凝土连续箱梁桥预制梁施工期预压荷载方案研究

李华胜

(中国建筑第六工程局 桥梁分公司， 天津 300450)

预应力混凝土连续箱梁桥预制梁施工期预压荷载方案研究

李华胜

(中国建筑第六工程局 桥梁分公司， 天津 300450)

针对工地预制梁预计存梁期将超过设计期限的问题，为了防止预制主梁在超限存梁期内反拱值过大，提出在存梁期间通过预压重物来控制梁体变形的措施，并进行了预压荷载计算，推荐了预压方案。该方案可节约工期，保证工程施工质量，为类似的工程项目的实施提供了借鉴和参考。

预应力混凝土连续箱梁桥； 预制梁； 预压方案； 计算

京新高速公路临河至白疙瘩(蒙甘界)公路(阿拉善盟境内)工程部分桥梁上部结构采用了标准跨径为20 m的装配式A类部分预应力混凝土连续箱梁，预制主梁设计存梁期为90 d，不同存梁期理论上拱值见表1。因施工进度及气候原因，预计存梁期将超过90 d。为了防止预制主梁在超限存梁期内反拱值过大，提出在存梁期间通过预压重物来控制梁体变形的措施。因此，文章按照预压重物在简支单梁跨中与二期恒载在成桥跨中产生的弯矩和挠度等效的原则计算了预压重物的数值，并推荐了预压荷载和实施要点，为工程的顺利进行提供了保证。

表1 反预拱值设置表mm梁位预制梁上拱值(理论值)钢束张拉时存梁30d边梁边跨114215中跨78146中梁边跨118222中跨82154预制梁上拱值(理论值)存梁60d存梁90d二期恒载挠度反预拱度建议值231242-1615716315-10238248-1716517115

1 计算参数

1.1 材料参数

京新高速公路临河至白疙瘩(蒙甘界)公路(阿拉善盟境内)工程LBGL-6合同段桥梁上部结构均采用标准跨径为20 m的装配式A类部分预应力混凝土连续箱梁。预制梁部分按先张法制作主梁，先简支后连续，按A类部分预应力构件设计。设计荷载：公路-I级，主要材料及特性如下[1-3]：

1) 混凝土：预应力混凝土小箱梁、横梁及现浇接头湿接缝混凝土均为C50。桥面铺装层采用10 cm厚C50混凝土和 9 cm厚沥青混凝土。

2) 钢绞线：采用符合GB/T 5224-2003技术标准的低松弛钢绞线。

3) 非预应力钢筋：采用符合新规范的HPB300，HRB400钢筋。凡钢筋直径≥12 mm者，采用HRB400热轧螺纹钢；凡钢筋直径<12 mm者，采用HPB300钢。

4) 材料容重：预应力钢筋混凝土γ=26 kN/m3，沥青混凝土γ=23 kN/m3。

1.2 结构尺寸

箱梁梁高120 cm，预制中梁宽240 cm，预制边梁宽285 cm。桥梁横断面布置示意如图1所示，预制梁横截面构造如图2所示。

图1 横断面布置(单位： mm)

图2 预制梁横断面(单位： mm)

2 预压荷载计算

2.1 计算原理

按照预压重物在简支单梁跨中与二期恒载在成桥跨中产生的弯矩和挠度等效的原则采用如下公式计算预压重物的数值。

η=Ss/SG2

式中：Ss为预压荷载作用下，预制主梁跨中截面弯矩或挠度的计算值；SG2为二期恒载作用下，成桥状态主梁跨中截面弯矩或挠度的计算值；η为预压效率系数，取为1。

2.2 荷载效应

利用桥梁专用有限元计算分析软件MIDAS/Civil对结构进行计算。计算分为成桥阶段和存梁期两个状况进行。成桥阶段按连续梁计算，存梁期按简支梁计算。存梁期预压荷载按满跨均布荷载、跨中10 m范围内均布荷载以及跨中3 m范围内均布荷载3种方案设计。

2.2.1 成桥阶段二期恒载效应

成桥阶段的二期恒载包括两侧防撞墙、100 mm厚C50混凝土桥面现浇层、90 mm厚沥青混凝土桥面铺装、180 mm厚横向湿接缝(宽度不等)以及现浇横梁的重量。二期恒载由4根主梁均摊。

选取道德乌兰大桥和丹勒格郭勒1号中桥进行计算。建立了成桥阶段的有限元计算模型，如图3、图4所示；计算了各主梁跨中在二期恒载作用下的弯矩，见表2。

a) 边梁

b) 中梁

a) 边梁

b) 中梁

表2 成桥阶段主梁跨中荷载效应(kN·m)桥名边跨中跨边梁中梁边梁中梁道德乌兰大桥6990717940354144丹勒格郭勒1号中桥6627647323832328

2.2.2 存梁期满跨均布荷载效应

按照简支梁计算满跨均布预压荷载时的跨中弯矩效应，计算图式如图5。各主梁跨中弯矩见表3。

图5 存梁期主梁满布均布荷载作用计算图式(单位： cm)

表3 主梁跨中荷载效应梁位荷载/(kN·m-1)跨中弯矩/(kN·m)边跨边梁15369841456628边跨中梁15872121426482中跨边梁904057532389中跨中梁924147522344

由表3可知当采用满跨均布方式预压主梁时，预压荷载总重边跨边梁为30.83～29.21 t、边跨中梁为31.83～28.61 t、中跨边梁为18.05～10.63 t、中跨中梁为18.45～10.43 t；每延米预压荷载重边跨边梁为1.56～1.48 t、边跨中梁为1.61～1.45 t、中跨边梁为0.92～0.54 t、中跨中梁为0.94～0.53 t。

2.2.3 存梁期跨中10 m均布荷载效应

按照简支梁计算跨中10 m范围内均布预压荷载时的跨中弯矩效应，计算图式如图6。各主梁跨中弯矩见表4。

图6 存梁期主梁满布均布荷载作用计算图式(单位： cm)

表4 主梁跨中荷载效应梁位荷载/(kN·m-1)跨中弯矩/(kN·m)边跨边梁19869891886636边跨中梁20371661846495中跨边梁1154025682380中跨中梁1194165672345

由表4可知当采用在跨中10 m范围内均布荷载方式预压主梁时，预压荷载总重边跨边梁为20.20～19.18 t、边跨中梁为20.71～18.78 t、中跨边梁为11.73～6.94 t、中跨中梁为12.14～6.84 t；每延米预压荷载重边跨边梁为2.02～1.92 t、边跨中梁为2.07～1.88 t、中跨边梁为1.17～0.69 t、中跨中梁为1.21～0.68 t。

2.2.4 存梁期跨中3 m均布荷载效应

按照简支梁计算跨中3 m范围内均布预压荷载时的跨中弯矩效应，计算图式如图7。各主梁跨中弯矩见表5。

由表5可知当采用在跨中3 m范围内均布荷载方式预压主梁时，预压荷载总重边跨边梁为16.22～15.37 t、边跨中梁为16.65～15.00 t、中跨边梁为9.43～5.57 t、中跨中梁为9.67～5.45 t；每延米预压荷载重边跨边梁为5.41～5.12 t、边跨中梁为5.55～5.00 t、中跨边梁为3.14～1.86 t、中跨中梁为3.22～1.82 t。

图7 存梁期主梁满布均布荷载作用计算图式(单位： cm)

表5 主梁跨中荷载效应梁位荷载/(kN·m-1)跨中弯矩/(kN·m)边跨边梁53070045026634边跨中梁54471894906475中跨边梁30840431822389中跨中梁31641481782336

3 预压方案

3.1 方案的确定

根据跨中弯矩等效的原则，结合工程实际从以下方面考虑：

1) 项目施工地点为内蒙古西部沙漠、戈壁地区，采用沙袋预压时装填材料可就地选取，经济费用大大降低。

2) 采用满跨均布荷载预压主梁可保证预压荷载在箱梁上均匀分布，既可避免集中荷载时因对箱梁中部预拱的过度抵消而破坏箱梁，又可避免在箱梁中部集中堆载时因堆载物过高导致箱梁倾覆，从而造成更大的安全隐患。

因此，采用满跨均布荷载预压主梁。

3.2 预压荷载

预压荷载总重边跨边梁为30.83～29.21 t、边跨中梁为31.83～28.61 t、中跨边梁为18.05～10.63 t、中跨中梁为18.45～10.43 t；每延米预压荷载重边跨边梁为1.56～1.48 t、边跨中梁为1.61～1.45 t、中跨边梁为0.92～0.54 t、中跨中梁为0.94～0.53 t。预压荷载重建议取上限值，支点位置及荷载布置见图5。

3.3 实施要点

1) 按照图5、图6或图7所示临时支座位置架设单梁，并应保证所用临时支座在整个存梁期内具有足够的变形和承载能力。

2) 测量并记录每片主梁加载前、加载中及加载后整个存梁期的跨中变形，若累计上拱值超过表1所示计算值10 mm，应采取控制措施。

3) 按照所选方案要求选择试验荷载，装载过磅，记录荷载的原始数。

4) 加载预压时注意将重物均匀地从临时支点向跨中对称布置，所加荷载在横向应对称于预制梁底中线，防止主梁发生侧倾和扭转。

5) 加载过程中及加载后要严密观测梁体变形，并观察是否有裂缝产生。

6) 存梁期间应注意对锚具的防护。

4 结语

在京新高速公路临河至白疙瘩(蒙甘界)公路(阿拉善盟境内)工程施工过程中，针对因施工进度及气候等原因可能导致部分桥梁上部结构预制主梁储存期将超过设计要求的90 d的问题，为防止预制主梁在超限存梁期内反拱值过大，提出了在存梁期间通过预压重物来控制梁体变形的措施，并按照预压重物在简支单梁跨中与二期恒载在成桥跨中产生的弯矩和挠度等效的原则计算了预压重物的数值，推荐了预压荷载和实施要点。经工程实施验证，该预压方案有效地控制了梁体的变形，为工程的顺利进行提供了保证。

[1] JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[2] JTG B01-2003，公路工程技术标准[S].

[3] JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[4] 霍洪媛，孙永鹏，陈记豪.预应力混凝土连续箱梁桥悬臂施工挂篮预压试验研究[J].华北水利水电大学学报(自然科学版)，2014(6)：42-46.

[5] 夏伟，李杰.南水北调大桥挂篮静载预压方案[J].河南城建学院学报，2011(1)：42-44.

1008-844X(2016)04-0113-05

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