大悬臂预应力混凝土盖梁的设计及工程应用

郝 一 果

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

大悬臂预应力混凝土盖梁的设计及工程应用

郝 一 果

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

结合太原市某高架桥的实际地形，简要介绍了预应力混凝土T梁桥的大悬臂预应力混凝土盖梁的设计实例，为今后类似工程提供参考。

大悬臂，预应力混凝土盖梁，设计

在城区范围内，桥梁建设受周边环境影响很大，一方面受上、下部结构造型影响，另一方面受周边规划用地情况等约束。对于高架桥而言，桥下既要有足够的行车空间，还要使桥梁整体造型与周围环境总体协调，另外，城市桥梁受工期因素制约很大，因此，城市桥梁的上部结构一般采用预制拼装结构，下部结构要满足桥下行车空间和视野通透的要求。

太原市某高架桥主线上部结构为预制装配式预应力连续T梁，同时为满足辅路行车空间并兼顾美观要求，该路段需设独柱大悬臂预应力混凝土盖梁。

1 设计标准

本工程道路设计等级为城市主干道，设计车速为60 km，高架桥为主线双向六车道，桥面宽23.5 m，结构设计基准期为100年，汽车荷载等级为城—A级。

2 盖梁设计

盖梁作为桥梁结构中承上启下的重要构件，将上部结构的恒载和活载传递给下部的墩柱和基础。实际工程中，由于桥梁的跨径、斜度、桥宽、荷载标准等的变化，使盖梁各有其特殊性，这就需要对盖梁通过一系列的计算来完成设计。

2.1盖梁构造尺寸

本工程两侧建筑物较多，辅路需要充分利用桥下空间，同时，由于墩高约30 m，结合景观设计，主线桥墩采用矩形空心薄壁墩，盖梁采用“T”形大悬臂预应力混凝土盖梁，矩形桥墩尺寸为700 cm×240 cm，盖梁悬臂根部高350 cm，端部高150 cm，盖梁全长2 225 cm，两端悬臂各长762.5 cm，具体构造尺寸见图1。

2.2盖梁预应力布置

根据盖梁的截面尺寸、受力特点，初步确定钢束布置位置、线形和数量，然后对施工阶段和成桥阶段进行验算，最终确定预应力布置方案，见图2。

盖梁预应力采用后张法张拉施工工艺，盖梁主体及封锚均采用C50混凝土，盖梁中布置了13束预应力钢束，其中，T1,T2共10束，采用9-φs15.2高强低松弛预应力钢绞线，T3共3束，采用5-φs15.2钢绞线，钢绞线抗拉强度标准值为fpk=1 860 MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa。预应力管道分别采用D80和D60的金属波纹管，管道局部偏差影响系数K=0.001 5，管道摩阻系数μ=0.2，锚具回缩变形6 mm，锚下张拉控制应力为1 320.6 MPa。T1,T2为单端张拉，张拉端伸长量14.3 cm，T3为双向张拉，张拉端伸长量7.4 cm。各钢束除转折点外，定位钢筋网片每间隔0.8 m(直线段)，0.5 m(曲线段)设置一处并焊接牢固，锚垫板必须与钢绞线保持垂直，张拉完毕后，钢绞线留长3 cm～5 cm，严禁用电弧切割。

2.3预应力盖梁的受力分析

盖梁采用桥梁通用软件《桥梁博士》建模计算，共划分为20个单元，采用软件横向加载功能进行盖梁的设计计算。利用平面杆系单元程序模拟盖梁计算的优点是建模快、计算简单，缺点是局部区域(如墩柱与盖梁连接处及支座垫石附近等)应力可能偏差较大，但精度足以满足工程要求，通过适当的构造处理可避免局部的不利状况。

由于该桥上部结构为T梁，支座间距2.3 m，横向计算时，不能直接将车轮加载于盖梁上。为此，在盖梁顶设置了虚拟桥面单元来模拟行车道板，盖梁与相应虚拟桥面单元进行主从约束连接。各工况下应力计算结果见图3～图6，各图仅示出了一半盖梁(1号～10号单元，其中，1号～7号单元处于悬臂范围)。

根据现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，长期效应组合作用下，预应力混凝土盖梁不应出现拉应力；短期效应组合作用下，预应力构件拉应力、主拉应力不应超过0.7×2.65=1.86 MPa；最大压应力、主压应力不应超过0.5×32.4=16.2 MPa；根据计算结果，盖梁在长期、短期效应组合作用下均受压；最大压应力、最大主压应力分别为7.6 MPa和7.7 MPa，均满足规范要求。

经计算，盖梁承载力极限状态下的抗弯强度和抗剪强度均满足要求，此处未予列出，此外，悬臂盖梁在活载作用下会出现承受扭矩的情况，但数值一般较小，实际设计中，主要考虑盖梁弯剪作用，通过普通钢筋的加强布置来满足抗扭的要求。

3 盖梁施工

预应力盖梁的施工顺序如下：

1)现浇盖梁混凝土。盖梁尺寸较大，混凝土浇筑时需采取措施降低水化热的影响，提前做好施工养护的方案并严格执行。

2)待混凝土强度、弹性模量均达到设计值的95%且不小于7 d的龄期后方可张拉，张拉时采用应力、伸长量“双控”。

3)钢束张拉顺序:由内向外、均匀对称张拉2T1,2T2→1T3→2T1,2T2→2T3→1T1,1T2→压浆、补强钢筋封锚。

4)待压浆达到设计强度95%且不小于7 d后，由内向外对称吊装架设主梁。

5)浇筑湿接头、横隔板、桥面铺装等。

4 结语

预应力盖梁作为桥梁工程中承上启下的重要构件，一般需要做特殊设计，这就需要在明确盖梁受力原理的基础上，预设控制目标，并有很强的责任心来反复调整、验算，才能达到满足受力、节省材料、便于施工的设计目标。

该工程建成投入使用以来，在满足了主线、辅路分离的同时，节省了桥下空间，也提升了该段道路的景观效果，取得了良好的社会效益。

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

[2] 王银桥，李朝晖，陈 泉,等.大悬臂预应力混凝土盖梁受力特性分析[J].城市道桥与防洪，2007(5)：100-102.

Thedesignandapplicationoflargecantileverpre-stressedconcretecapbeam

HaoYiguo

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

Combined with the actual terrain of a viaduct bridge located at Taiyuan, it simply introduces the design of large cantilever pre-stressed concrete cap beam in the paper， which provide the design experience to the similar bridge in the future.

large cantilever, pre-stressed concrete cap beam, design

1009-6825(2017)29-0172-02

2017-08-05

郝一果(1981- )，男，工程师

U448.35

A