钢筋混凝土空心板梁通用图在桥梁新通规下的验算

王攀峰

钢筋混凝土空心板梁通用图在桥梁新通规下的验算

王攀峰

(河北省水利水电第二勘测设计研究院，河北石家庄050021)

钢筋混凝土空心板梁是小跨径桥梁中一种广泛应用的结构形式，《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）发布后，空心板梁通用图是否能继续使用是桥梁设计者关心的问题。文章介绍了“15通规”和“04通规”的变化情况，并以13m跨钢筋混凝土空心板梁通用图为例，对其进行了承载能力和正常使用极限状态验算，为桥梁设计者提供了参考和借鉴。

空心板梁；桥梁；桥梁通用图

钢筋混凝土简支空心板梁在小跨径桥梁中得到广泛应用。因此，诸多省市交通管理部门根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)(简称04通规)和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)(简称04混规)编制了钢筋混凝土空心板梁设计通用图。

2015年12月，《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)(简称15通规)发布。作者针对“15通规”和“04通规”的变化情况，计算、复核13m预制钢筋混凝土空心板梁通用图在“15通规”规定的荷载组合下，其承载能力极限状态和正常使用极限状态是否满足规范要求。

1 桥梁通规变化情况

1.1 取消公路—Ⅱ级折减

04通规：汽车荷载分为公路—Ⅰ级、公路—Ⅱ级。四级公路上重型车辆少时，设计荷载可采用公路—Ⅱ级车道荷载乘以0.8的折减系数，车辆荷载乘以0.7的折减系数。

15通规：汽车荷载类型、组成及适用范围不变，但取消四级公路重型车辆少时，车道、车辆荷载可折减的规定。

1.2 加大车道集中荷载Pk

04通规：公路—Ⅰ级车道均布荷载标准值为qk=10.5kN/m，集中荷载按：桥梁计算跨径小于或等于5m时，Pk=180kN；计算跨径等于或大于50m时，Pk=360kN；计算跨径在5～50m之间时，Pk=值采用直线内插。公路—Ⅱ级车道荷载取公路—Ⅰ级的0.75倍。

15通规：桥梁计算跨径小于或等于5m时，集中荷载Pk由180 kN调整为270kN，其余规定均和04规范一致。

1.3 提高单车道汽车荷载

04通规：桥梁横向布置多车道汽车荷载时，应考虑汽车荷载折减。汽车荷载折减系数见表1。

表1 汽车荷载横向折减系数

15通规：横向布置多车道时考虑折减，折减系数和04规范一致，但横向布置一条车道时，考虑汽车荷载的提高，提高系数为1.2。

1.4 提高基本组合中车辆荷载系数

04通规：基本组合汽车荷载效应分项系数γQ1=1.4。

15通规：基本组合中采用车道荷载计算时，分项系数γQ1=1.4，采用车辆荷载计算时，分项系数γQ1=1.8。

2 空心板梁通用图验算

2.1 计算模型

对比“15通规”和“04通规”的变化情况，可发现小跨径、单车道桥梁承受的汽车荷载变化较大，而大跨径、多车道桥梁汽车荷载变化较小，因此本次选取13m跨预制钢筋混凝土空心板梁通用图，验算在“15通规”规定的荷载组合下，是否满足规范要求。

假定桥梁设计宽度为(含2×0.5m防撞护栏)，设计荷载公路—Ⅱ级，桥梁横向由2块中板、2块边板组成。空心板为C40混凝土、中板宽1.2m，边板宽1.5m，梁高60cm，梁板断面设2个直径38cm的圆形孔洞。空心板梁底部设计17根直径22mmHRB335钢筋，顶部设置3根直径18mmHRB335钢筋和2根直径10mmR235钢筋。在两梁端1/4跨范围内间距38cm设置3根直径18mm HRB335斜向抗剪钢筋，箍筋为直径8mmR235钢筋，四肢箍，在1/4跨范围内间距为10cm、1/4-3/4跨范围内间距为15cm。

按照铰接板梁法计算各板梁横向分布系数，边板横向分布系数为0.31，中板为0.27。采用M IDAS软件建立边板单梁杆系模型，模拟单梁的简支体系。考虑空心板梁自重、栏杆重量、二期铺装重量、混凝土收缩徐变、整体升温20°，整体降温-20°、梯度温度荷载及汽车荷载。根据“15通规”，单车道汽车荷载提高1.2倍。荷载组合按照《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)进行组合。

2.2 承载能力极限状态验算

(1)施工阶段混凝土法向压应力验算

根据“04混规”7.2.4条，受压区混凝土边缘的压应力≤0.8f′ck。f′ck为施工阶段混凝土轴心抗压强度标准值，取C40混凝土轴心抗压强度的0.8倍，0.8f′ck=0.8×26.8×0.8=17.152MPa。施工阶段法向压应力计算结果见图1。计算显示，施工阶段混凝土最大法向压应力出现在跨中位置，最大为8.23MPa，小于允许压应力17.152MPa，满足规范要求。

图1 施工阶段混凝土法向压应力验算结果

(2)受拉区钢筋拉应力验算

根据“04混规”7.2.4条，受拉钢筋的拉应力≤0.75 fsk。0.75 fsk=0.75×335=251.25Mpa。计算钢筋的最大应力为112.49Mpa小于允许应力251.25Mpa，满足规范要求。受拉区钢筋拉应力计算结果见图2。

图2 受拉区钢筋拉应力验算结果

(3)正截面抗弯承载力验算

根据“04混规”5.2.1-5.2.5条，经计算空心梁的最大弯矩出现在跨中，最大弯矩为1184.9KN *m，结构抗弯承载力1237.1KN*m，荷载产生的弯矩略小于抗弯承载力，满足规范要求，但安全储备较小。抗弯承载力验算结果见图3。

图3 正截面抗弯承载力验算结果

(4)斜截面承载力验算

根据“04混规”5.2.7条，经计算空心板梁的最大剪力出现在支座位置，剪力最大384.1KN，小于结构抗剪承载力501KN，满足规范要求。抗剪承载力验算结果见图4。

图4 斜截面抗剪承载力验算结果

(5)剪扭组合承载力验算

根据“04混规”5.2.7条，经计算剪扭组合时，支座位置最大剪力为407.5KN，大于抗剪承载力316.2KN，不满足规范要求。剪扭组合承载力验算结果见图5。

图5 剪扭组合承载验算结果

2.3 正常使用极限状态验算

根据“04混规”6.4条，钢筋混凝土构件Ⅱ类环境裂缝允许宽度不大于0.2mm。计算最大裂缝为0.12mm，出现在空心板梁跨中底部，满足规范要求。裂缝验算结果见图6。

3 结论

“15通规”和“04通规”相比，取消了公路-Ⅱ级荷载折减，加大了车道集中荷载，提高了单车道汽车荷载，将荷载基本组合中车辆荷载的分项系数由1.4提高为1.8，对桥梁结构影响较大，尤其是对小跨径、单车道桥梁桥梁影响更大。鉴于此，本文按桥梁为单车道，对13m跨钢筋混凝土空心板梁通用图按“15通规”规定进行了验算。经验算，13m跨钢筋混凝土空心板梁承载能力极限状态下混凝土压应力、钢筋拉应力，正截面抗弯、斜截面抗剪均满足规范要求，但抗弯抗承载力储备较小；剪扭组合验算支座处抗剪承载力不满足规范要求，应加大箍筋；正常使用极限状态下，裂缝宽度满足规范要求。

图6 受拉区钢筋拉应力验算结果

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U445.7

A

1672-2469(2017)03-0077-03

DO I：10.3969/j.issn.1672-2469.2017.03.028

2017-02-28

王攀峰(1982年—)，男，工程师。