李華勝

(中國(guó)建筑第六工程局 橋梁分公司， 天津 300450)

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋預(yù)制梁施工期預(yù)壓荷載方案研究

李華勝

(中國(guó)建筑第六工程局 橋梁分公司， 天津 300450)

針對(duì)工地預(yù)制梁預(yù)計(jì)存梁期將超過設(shè)計(jì)期限的問題，為了防止預(yù)制主梁在超限存梁期內(nèi)反拱值過大，提出在存梁期間通過預(yù)壓重物來控制梁體變形的措施，并進(jìn)行了預(yù)壓荷載計(jì)算，推薦了預(yù)壓方案。該方案可節(jié)約工期，保證工程施工質(zhì)量，為類似的工程項(xiàng)目的實(shí)施提供了借鑒和參考。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋； 預(yù)制梁； 預(yù)壓方案； 計(jì)算

京新高速公路臨河至白疙瘩(蒙甘界)公路(阿拉善盟境內(nèi))工程部分橋梁上部結(jié)構(gòu)采用了標(biāo)準(zhǔn)跨徑為20 m的裝配式A類部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，預(yù)制主梁設(shè)計(jì)存梁期為90 d，不同存梁期理論上拱值見表1。因施工進(jìn)度及氣候原因，預(yù)計(jì)存梁期將超過90 d。為了防止預(yù)制主梁在超限存梁期內(nèi)反拱值過大，提出在存梁期間通過預(yù)壓重物來控制梁體變形的措施。因此，文章按照預(yù)壓重物在簡(jiǎn)支單梁跨中與二期恒載在成橋跨中產(chǎn)生的彎矩和撓度等效的原則計(jì)算了預(yù)壓重物的數(shù)值，并推薦了預(yù)壓荷載和實(shí)施要點(diǎn)，為工程的順利進(jìn)行提供了保證。

表1 反預(yù)拱值設(shè)置表mm梁位預(yù)制梁上拱值(理論值)鋼束張拉時(shí)存梁30d邊梁邊跨114215中跨78146中梁邊跨118222中跨82154預(yù)制梁上拱值(理論值)存梁60d存梁90d二期恒載撓度反預(yù)拱度建議值231242-1615716315-10238248-1716517115

1 計(jì)算參數(shù)

1.1 材料參數(shù)

京新高速公路臨河至白疙瘩(蒙甘界)公路(阿拉善盟境內(nèi))工程LBGL-6合同段橋梁上部結(jié)構(gòu)均采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑為20 m的裝配式A類部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。預(yù)制梁部分按先張法制作主梁，先簡(jiǎn)支后連續(xù)，按A類部分預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)荷載：公路-I級(jí)，主要材料及特性如下[1-3]：

1) 混凝土：預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁、橫梁及現(xiàn)澆接頭濕接縫混凝土均為C50。橋面鋪裝層采用10 cm厚C50混凝土和 9 cm厚瀝青混凝土。

2) 鋼絞線：采用符合GB/T 5224-2003技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的低松弛鋼絞線。

3) 非預(yù)應(yīng)力鋼筋：采用符合新規(guī)范的HPB300，HRB400鋼筋。凡鋼筋直徑≥12 mm者，采用HRB400熱軋螺紋鋼；凡鋼筋直徑<12 mm者，采用HPB300鋼。

4) 材料容重：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土γ=26 kN/m3，瀝青混凝土γ=23 kN/m3。

1.2 結(jié)構(gòu)尺寸

箱梁梁高120 cm，預(yù)制中梁寬240 cm，預(yù)制邊梁寬285 cm。橋梁橫斷面布置示意如圖1所示，預(yù)制梁橫截面構(gòu)造如圖2所示。

圖1 橫斷面布置(單位： mm)

圖2 預(yù)制梁橫斷面(單位： mm)

2 預(yù)壓荷載計(jì)算

2.1 計(jì)算原理

按照預(yù)壓重物在簡(jiǎn)支單梁跨中與二期恒載在成橋跨中產(chǎn)生的彎矩和撓度等效的原則采用如下公式計(jì)算預(yù)壓重物的數(shù)值。

η=Ss/SG2

式中：Ss為預(yù)壓荷載作用下，預(yù)制主梁跨中截面彎矩或撓度的計(jì)算值；SG2為二期恒載作用下，成橋狀態(tài)主梁跨中截面彎矩或撓度的計(jì)算值；η為預(yù)壓效率系數(shù)，取為1。

2.2 荷載效應(yīng)

利用橋梁專用有限元計(jì)算分析軟件MIDAS/Civil對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算分為成橋階段和存梁期兩個(gè)狀況進(jìn)行。成橋階段按連續(xù)梁計(jì)算，存梁期按簡(jiǎn)支梁計(jì)算。存梁期預(yù)壓荷載按滿跨均布荷載、跨中10 m范圍內(nèi)均布荷載以及跨中3 m范圍內(nèi)均布荷載3種方案設(shè)計(jì)。

2.2.1 成橋階段二期恒載效應(yīng)

成橋階段的二期恒載包括兩側(cè)防撞墻、100 mm厚C50混凝土橋面現(xiàn)澆層、90 mm厚瀝青混凝土橋面鋪裝、180 mm厚橫向濕接縫(寬度不等)以及現(xiàn)澆橫梁的重量。二期恒載由4根主梁均攤。

選取道德烏蘭大橋和丹勒格郭勒1號(hào)中橋進(jìn)行計(jì)算。建立了成橋階段的有限元計(jì)算模型，如圖3、圖4所示；計(jì)算了各主梁跨中在二期恒載作用下的彎矩，見表2。

a) 邊梁

b) 中梁

a) 邊梁

b) 中梁

表2 成橋階段主梁跨中荷載效應(yīng)(kN·m)橋名邊跨中跨邊梁中梁邊梁中梁道德烏蘭大橋6990717940354144丹勒格郭勒1號(hào)中橋6627647323832328

2.2.2 存梁期滿跨均布荷載效應(yīng)

按照簡(jiǎn)支梁計(jì)算滿跨均布預(yù)壓荷載時(shí)的跨中彎矩效應(yīng)，計(jì)算圖式如圖5。各主梁跨中彎矩見表3。

圖5 存梁期主梁滿布均布荷載作用計(jì)算圖式(單位： cm)

表3 主梁跨中荷載效應(yīng)梁位荷載/(kN·m-1)跨中彎矩/(kN·m)邊跨邊梁15369841456628邊跨中梁15872121426482中跨邊梁904057532389中跨中梁924147522344

由表3可知當(dāng)采用滿跨均布方式預(yù)壓主梁時(shí)，預(yù)壓荷載總重邊跨邊梁為30.83～29.21 t、邊跨中梁為31.83～28.61 t、中跨邊梁為18.05～10.63 t、中跨中梁為18.45～10.43 t；每延米預(yù)壓荷載重邊跨邊梁為1.56～1.48 t、邊跨中梁為1.61～1.45 t、中跨邊梁為0.92～0.54 t、中跨中梁為0.94～0.53 t。

2.2.3 存梁期跨中10 m均布荷載效應(yīng)

按照簡(jiǎn)支梁計(jì)算跨中10 m范圍內(nèi)均布預(yù)壓荷載時(shí)的跨中彎矩效應(yīng)，計(jì)算圖式如圖6。各主梁跨中彎矩見表4。

圖6 存梁期主梁滿布均布荷載作用計(jì)算圖式(單位： cm)

表4 主梁跨中荷載效應(yīng)梁位荷載/(kN·m-1)跨中彎矩/(kN·m)邊跨邊梁19869891886636邊跨中梁20371661846495中跨邊梁1154025682380中跨中梁1194165672345

由表4可知當(dāng)采用在跨中10 m范圍內(nèi)均布荷載方式預(yù)壓主梁時(shí)，預(yù)壓荷載總重邊跨邊梁為20.20～19.18 t、邊跨中梁為20.71～18.78 t、中跨邊梁為11.73～6.94 t、中跨中梁為12.14～6.84 t；每延米預(yù)壓荷載重邊跨邊梁為2.02～1.92 t、邊跨中梁為2.07～1.88 t、中跨邊梁為1.17～0.69 t、中跨中梁為1.21～0.68 t。

2.2.4 存梁期跨中3 m均布荷載效應(yīng)

按照簡(jiǎn)支梁計(jì)算跨中3 m范圍內(nèi)均布預(yù)壓荷載時(shí)的跨中彎矩效應(yīng)，計(jì)算圖式如圖7。各主梁跨中彎矩見表5。

由表5可知當(dāng)采用在跨中3 m范圍內(nèi)均布荷載方式預(yù)壓主梁時(shí)，預(yù)壓荷載總重邊跨邊梁為16.22～15.37 t、邊跨中梁為16.65～15.00 t、中跨邊梁為9.43～5.57 t、中跨中梁為9.67～5.45 t；每延米預(yù)壓荷載重邊跨邊梁為5.41～5.12 t、邊跨中梁為5.55～5.00 t、中跨邊梁為3.14～1.86 t、中跨中梁為3.22～1.82 t。

圖7 存梁期主梁滿布均布荷載作用計(jì)算圖式(單位： cm)

表5 主梁跨中荷載效應(yīng)梁位荷載/(kN·m-1)跨中彎矩/(kN·m)邊跨邊梁53070045026634邊跨中梁54471894906475中跨邊梁30840431822389中跨中梁31641481782336

3 預(yù)壓方案

3.1 方案的確定

根據(jù)跨中彎矩等效的原則，結(jié)合工程實(shí)際從以下方面考慮：

1) 項(xiàng)目施工地點(diǎn)為內(nèi)蒙古西部沙漠、戈壁地區(qū)，采用沙袋預(yù)壓時(shí)裝填材料可就地選取，經(jīng)濟(jì)費(fèi)用大大降低。

2) 采用滿跨均布荷載預(yù)壓主梁可保證預(yù)壓荷載在箱梁上均勻分布，既可避免集中荷載時(shí)因?qū)ο淞褐胁款A(yù)拱的過度抵消而破壞箱梁，又可避免在箱梁中部集中堆載時(shí)因堆載物過高導(dǎo)致箱梁傾覆，從而造成更大的安全隱患。

因此，采用滿跨均布荷載預(yù)壓主梁。

3.2 預(yù)壓荷載

預(yù)壓荷載總重邊跨邊梁為30.83～29.21 t、邊跨中梁為31.83～28.61 t、中跨邊梁為18.05～10.63 t、中跨中梁為18.45～10.43 t；每延米預(yù)壓荷載重邊跨邊梁為1.56～1.48 t、邊跨中梁為1.61～1.45 t、中跨邊梁為0.92～0.54 t、中跨中梁為0.94～0.53 t。預(yù)壓荷載重建議取上限值，支點(diǎn)位置及荷載布置見圖5。

3.3 實(shí)施要點(diǎn)

1) 按照?qǐng)D5、圖6或圖7所示臨時(shí)支座位置架設(shè)單梁，并應(yīng)保證所用臨時(shí)支座在整個(gè)存梁期內(nèi)具有足夠的變形和承載能力。

2) 測(cè)量并記錄每片主梁加載前、加載中及加載后整個(gè)存梁期的跨中變形，若累計(jì)上拱值超過表1所示計(jì)算值10 mm，應(yīng)采取控制措施。

3) 按照所選方案要求選擇試驗(yàn)荷載，裝載過磅，記錄荷載的原始數(shù)。

4) 加載預(yù)壓時(shí)注意將重物均勻地從臨時(shí)支點(diǎn)向跨中對(duì)稱布置，所加荷載在橫向應(yīng)對(duì)稱于預(yù)制梁底中線，防止主梁發(fā)生側(cè)傾和扭轉(zhuǎn)。

5) 加載過程中及加載后要嚴(yán)密觀測(cè)梁體變形，并觀察是否有裂縫產(chǎn)生。

6) 存梁期間應(yīng)注意對(duì)錨具的防護(hù)。

4 結(jié)語

在京新高速公路臨河至白疙瘩(蒙甘界)公路(阿拉善盟境內(nèi))工程施工過程中，針對(duì)因施工進(jìn)度及氣候等原因可能導(dǎo)致部分橋梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)制主梁儲(chǔ)存期將超過設(shè)計(jì)要求的90 d的問題，為防止預(yù)制主梁在超限存梁期內(nèi)反拱值過大，提出了在存梁期間通過預(yù)壓重物來控制梁體變形的措施，并按照預(yù)壓重物在簡(jiǎn)支單梁跨中與二期恒載在成橋跨中產(chǎn)生的彎矩和撓度等效的原則計(jì)算了預(yù)壓重物的數(shù)值，推薦了預(yù)壓荷載和實(shí)施要點(diǎn)。經(jīng)工程實(shí)施驗(yàn)證，該預(yù)壓方案有效地控制了梁體的變形，為工程的順利進(jìn)行提供了保證。

[1] JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JTG B01-2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[4] 霍洪媛，孫永鵬，陳記豪.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋懸臂施工掛籃預(yù)壓試驗(yàn)研究[J].華北水利水電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014(6)：42-46.

[5] 夏偉，李杰.南水北調(diào)大橋掛籃靜載預(yù)壓方案[J].河南城建學(xué)院學(xué)報(bào)，2011(1)：42-44.

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

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