大悬臂预应力盖梁设计与计算分析

罗鹏

中国华西工程设计建设有限公司深圳分公司 518000

摘要：以大悬臂预应力混凝土盖梁为分析对象，笼统的介绍了公路桥梁大悬臂预应力混凝土盖梁的设计背景、盖梁基本知识、技术标准、施工工作中应注意的几个问题。

关键词：大悬臂预应力；混凝土；盖梁设计；计算分析

1.设计背景

在城市桥梁建设中，周围环境对桥梁上下部分结构的选型影响较大，要使桥梁结构与周围环境在空间上相协调满足城市景观的要求，桥下也要有足够的行车道宽度。城市的交通工程难以在短时期内竣工，这就对城市的交通起了一定阻碍作用。然而城市的不可间断性也制约着工期，因而城市的上部结构一般采用预制拼装，下部结构要保证桥下有足够行车宽度和视野通透，使得车辆在道路中安全行驶。

2.盖梁设计概况

对某高架桥双墩柱大悬臂预应力盖梁进行了分析，从大悬臂预应力盖梁的受力模式和计算方法等方面进行了論述，分析了计算结果，可作为该类型盖梁设计的参考。

2.1 技术标准

（1）设计速度；

（2）设计荷载；

（3）桥梁宽度；

（4）地震烈度。

2.2 盖梁尺寸

盖梁尺寸对整个盖梁设计有重要的作用，它是设计和施工的基础。上部构造预应力混凝土小箱梁，下部结构受市政路干扰较大，采用了双墩柱 大悬臂预应力混凝土盖梁。盖梁截面采用倒T型形式，，T形结构尺寸设计可分为盖梁长度、两侧各悬臂、两墩柱中心间距、顺桥向顶宽度，两侧垫石平台宽度根部高度端部长度值。盖梁由根部到端部采用圆弧形过渡。在弧形处最好设置上监控摄像头和路面提供限速标志，防止司机的车速太快出现交通事故。

2.3 盖梁预应力钢束

预应力混凝土盖梁混凝土结构，预应力钢束采用的绞线，预应力钢束布置都要符合国家标准，相应有关参数如下：

（1）预应力管道采用塑料波纹管；

（2）管道摩擦系数；

（3）管道偏差系数；

（4）钢筋回缩和锚具系数；

（5）张拉控制应力。

2.4 盖梁施工步骤

（1）立模浇筑盖梁混凝土，待混凝土强度达到设计强度的90%时张拉钢束达到国家标准值；

（2）由中间向两端对称架设预制箱梁；

（3）架梁结束后张拉钢束；

（4）二期恒载施工。

3.预应力体系

盖梁采用高强度混凝土，预应力钢束采用高强度低松弛预应力钢绞线，抗拉强度超高，弹性模量超大。采用塑料波纹管，预应力灌浆采用真空灌浆工艺，提高了负荷量。每个盖梁的设计需要与施工实际工序结合，从施工的角度看，预应力拉张批次越少越有利，普遍情况下次数不要超过两次，拉张钢束的批次对施工阶段的盖梁受力影响很大，需要谨慎设计张拉批次。考虑到在预应力和结构件自重等施工荷载作用下，载面边缘混凝土的法向应力要满足公桥规的规范要求。

4.结构建模分析

盖梁的受力采用桥梁博士V3.1软件进行建模计算分析，桥墩立柱一般采用实体墙式墩和常规桥墩形式，但是如果在设计过程中采用实体墙式墩，建模不恰当会降低计算的准确性，与实际情况有一定的偏差，所以在施工过程中有3中建模方式。

（1）因模型采用平面杆系，不能真实的反映出桥墩横向宽度内部和盖梁之间衔接的情况，这样设计不仅增加了盖梁悬臂长度，耗费了材料，投入了大笔资金，最重要的是对计算引起一定的偏差，因而采用将盖梁和立柱一起建模模型，保证了数据的准确性。盖梁采用桥梁博士进行有限元分析。由于桩基采用嵌岩桩，桩底嵌入粗粒花岗岩微风化 带，地质条件较好，因此按刚性地基假定，将桥墩底端考虑为固结。

（2）建立盖梁模型，将盖梁与桥墩中心连接处假想为固定衔接，在立柱横向宽度内将节点假设为活动衔接。这种模型的建立能较接近实际情况，并且在处理数据时简捷快速，方便的计算结果。

（3）在建立盖梁模型中如果删去盖梁在桥墩横向范围内的部分，只思考悬臂部分作用就会对钢束引伸量等其他结构产生不良影响，增加了计算结果的难度。

由上述所列的三个模型我们可以清楚地知道模型建立的利弊，在选择时要慎重考虑，防止为后期工程的建设埋下不必要隐患。

5.施工阶段控制应力

为了保证架设预制梁和成桥时盖梁混凝土不被拉坏，盖梁设计要在正常使用阶段应力满足公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范要求。盖梁施工控制应力直接决定预应力束的布束形式和预应力的张拉次序。

6.施工阶段划分为

（1）浇筑盖梁；

（2）架设小箱梁；

（3）浇筑现浇层钢束；

（4）张拉下排，桥面铺装及防撞墙等二期恒载施工。小箱梁盖梁采用国标钢束，钢束均从盖梁顶过。钢束分上下两排布置，上下排布置的股数由于受力不同而不同。

7.运营阶段应力分析

因为使用阶段预应力混凝土受弯构件正截面混凝土的压应力和预应力钢筋的拉应力运营阶段要按长期荷载作用、短期荷载作用进行分析验算。

8.预应力盖梁设计与应用

以城轨某独柱高价车站大悬臂盖梁设计为例子，和铁路桥涵、建筑两类规范的混凝土结构设计理论相比较，在同一预应力盖梁的构件设计中，分别采用容许应力法和极限状态法进行强度检算，使得极限状态法强度安全储备系数较高且经济适用。但是容许应力法相对来说比较保守以现代规范推荐的容许应力法进行盖梁预应力设计，通过采用联众钢束线形布置方式，对二者比较应力指标，可降低施工阶段拉应力并获得较高强度的安全系数，最好再提出高架车站大悬臂盖梁设计中预应力束形调整的相关因素。

9.计算方法

计算方法要求的内容进行内力、应力等承载力计算，按构件结构验算在施工阶段、使用阶段应力等方面是否符合规范要求。计算采用Midas 2010进行空间杆系分析，避免了人为分析中可能由于粗心而犯不必要的错误。

10.承载能力极限状态强度验算

按照桥梁承载能力状态计算要求，主梁一定要坚固，前期的基础准备必须打扎实。况且主梁应满足各个方面的要求如下：

（1）正截面抗弯强度验算；

（2）斜截面抗剪强度验算；

（3）持久状况正常使用极限状态验算；

（4）正应力验算；

（5）长期、短期效应组合正截面混凝土的拉应力图；

（6）主拉应力验算。

11.施工注意事项

（1）应严格按照设计，遵守设计规则，对各个阶段的工程设计查找书籍看看設计环节是否满足理论应用，在设计完之后对方案进行实际状况的吻合评估。

（2）在施工前必须要对盖梁支架或托架进行设计，它们是承担整个桥梁的基础，在桥梁构件中占有举足轻重的地位，本工程的预应力盖梁为后张预应力混凝土构件，因此需要采用托架或支架法浇筑盖梁。

（3）严格控制张拉工艺，应及时查明原因，失败是成功之母，我们也应该感谢失败，这样能提前认识到我们在设计时哪个环节没有控制好。张拉过程中应尽量减少预应力损失。

12.结语

预应力采用T形式大悬臂结构，将桥梁的上下部分结构融为一体，同时体现出了柔、轻、巧的特性。盖梁桥下空间大，既要能让大量的车辆通过，又要不发生任何安全事故。由于大量的车辆加起来对桥梁的负重大，桥梁横桥向跨越能力就要增强，在结构耐性和承受重力的要求就相对高。但预应力盖梁设计相对复杂，施工技术难度较大，在设计方案是增加了难度，这就要求设计者要有丰富的经验和把各个城市桥梁的特性汇总起来，找到适合我们城市桥梁的构件特点。在建模时要尽可能反应实际情况，提高模型计算的准确性，布置预应力时，尽量将预应力钢束布置在盖梁结构的上缘，固端钢束弯起角度也尽量一致，来减少施工难度和预应力损失。大悬臂预应力混凝土盖梁的设计方案不仅使桥梁上下部结构充分协调，满足景观要求和通行要求，而且通过计算证明了该方案在技术上安全可行，可作为上跨城市道路高架桥的盖梁设计的参考。

参考文献：

[1]李红鸽.独柱大悬臂盖梁和双柱墩式高架桥动力性能对比研究[J].国防交通工程与技术.2012（01）

[2]刘忠伟，卢启煌.双墩柱大悬臂预应力盖梁的计算[J].山西建筑.2010（14）

[3]俞露.大悬臂预应力混凝土盖梁设计分析[J].中国市政工程.2010（02）