大悬臂预应力盖梁设计及强度分析

1、大悬臂预应力盖梁设计及强度分析 摘要：本文以某过渡墩大悬臂盖梁为例，介绍大悬臂预应力混凝土盖梁设计及强度分析验算。 关键词：不等跨过渡墩 大悬臂 倒T 承载能力计算 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 1概述 装配式预制梁桥受力明确，构造简单，易于标准化和规模化施工，是中小跨径桥梁中应用最为广泛的桥梁结构形式。盖梁作为预制梁桥重要的承重构件，承受上部结构的荷载并将其传递给桥墩。采用预制梁桥就不可避免地遇到盖梁设计问题。近年来，大悬臂盖梁以其线条简洁、造型美观、桥下空间易于利用等特点，在城市桥梁中得到越来越广泛地利用。在城市桥梁中，因为影响布跨的因素较多，常常出现连接非等跨桥梁的过

2、渡墩。这样，过渡墩的大悬臂盖梁除了要进行抗弯和抗剪的设计外，还有比普通盖梁更加突出的抗扭设计问题。本文以某过渡墩大悬臂盖梁为例，介绍大悬臂预应力混凝土盖梁设计及强度分析验算。 2工程实例及计算模型 某桥梁过渡墩两侧分别接40米和25米小箱梁，采用盖梁接双柱式桥墩。为降低盖梁高度，增加桥下净空，使盖梁视觉上更轻巧美观，本桥墩选择了倒T型盖梁。倒T型盖梁一般梁高较高，可以提供较普通盖梁有更好的强度，对结构的纵向抗震也有好处。 本桥墩盖梁横桥向宽26.9米，悬臂长度9.55米。盖梁根部梁高4.4米，悬臂端梁高3.45米。盖梁截面全宽3.3米，倒T部分腹板宽1.5米。本桥墩两侧桥跨长度相差较大，为减小

3、桥墩顺桥向弯矩，设置了30厘米的偏心。盖梁构造及配筋如下图1图3所示： 图1 盖梁一般构造 图2 盖梁预应力钢束布置 图3 盖梁钢筋布置示意 3盖梁计算 31计算内容 对于大悬臂盖梁来说，主要计算内容在于其悬臂部分的结构计算。本次计算将桥墩盖梁简化为三维杆系计算模型，验算盖梁悬臂控制截面在外荷载作用下的抗弯、抗剪及抗扭承载能力是否满足规范要求。 32计算方法 除自重外，盖梁主要承受上部传来的荷载。上部恒载按实际重量计算，活载根据车轮作用的最不利位置采用杠杆法得出各支座反力。盖梁两侧小箱梁各恒、活载支座反力如下表： 支座反力表单位：KN 本次计算内力采用MIDAS CIVIL软件，按公路钢筋混凝

4、土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004（以下简称“规范”）对结构进行结构验算。 3.3施工步骤 （1）桥墩及盖梁施工。 （2）张拉第一批预应力钢束。 （3）架设上部主梁。 （4）张拉第二批预应力钢束。 （5）施工桥面系。 （6）使用阶段（汽车荷载）。 3.4分析过程 3.4.1抗弯计算 盖梁悬臂为静定结构，沿横桥向承受各支座反力，受力明确，抗弯计算方法与普通盖梁悬臂相同，计算结果可由程序直接给出。本盖梁抗弯钢筋采用直径d28mm，间距10cm，共15根；预应力钢束采用4束17S15.24和4束19S15.24，共144根。由此可验证横梁横桥向配筋，尤其是预应力钢束配置是否合理。计

5、算选项取图1所示各支座位置截面作为典型截面，验算盖梁悬臂抗弯承载能力。计算最不利位置为4号截面，抗弯承载能力安全度为1.33。 盖梁悬臂翼缘A-A截面（图4）计算，反力P按40米跨径一侧的较大值考虑（P值取40米跨一侧半幅桥支座反力合计值=11017KN），取盖梁横桥向整体断面计算抗弯承载能力。由此可验证图3中N5号大箍筋配置（直径d16间距10cm，共126根）是否满足截面横向抗弯要求。计算抗弯承载能力9222kN?m，设计值5619 kN?m，安全度为1.64。此方法可较好的计算翼缘截面，但因盖梁悬臂横桥向为变截面，因此以翼缘截面作整体计算结果偏于保守，设计可作参考。 图4 3.4.2抗剪

6、计算 横桥向取图1所示C-C截面为计算截面，按照规范第5.2.7条及5.2.9条公式进行计算。C-C截面抗剪计算方法与普通盖梁悬臂相同。本盖梁计算截面高3.9米，同一截面内配6肢直径d16的箍筋，间距10cm。斜截面内混凝土和箍筋提供了较好的抗剪承载能力。经计算，抗剪承载能力为31925KN，设计剪力值8195KN，安全度较高，为3.89。 盖梁悬臂翼缘B-B（如图4所示）截面计算，剪力值同抗弯计算中反力P，按40米跨径一侧的较大值考虑。取盖梁横桥向整体断面作抗剪承载能力及抗剪截面验算。由此可根据规范第5.2.11条验证截面各箍筋（图3中N6号和N7号钢筋，直径d16，间距10cm，同一截面共

7、126根）配置及斜钢筋（图3中N8号钢筋，直径d28，间距10cm，同一截面共126根）是否满足规范要求。经计算，抗剪承载能力为50330KN，设计剪力值11545KN，安全度较高，为4.36。此方法可较好的计算翼缘截面，但因盖梁悬臂横桥向为变截面，因此以翼缘截面作整体计算结果偏于保守，设计可作参考。 3.4.3抗扭计算 本盖梁两侧桥孔跨径相差较大，由此带来的荷载差值使悬臂各截面出现了较大的扭矩。取图1所示各支座位置截面作为典型截面进行抗扭计算，以此验证悬臂的抗扭承载能力。根据规范第5.5.5条，将截面划分为3个矩形（如图4所示）计算其抗扭抵抗矩。由此可验算截面尺寸及截面边缘各类型钢筋配置是否

8、满足抗扭设计要求。具体计算结果如下表： 悬臂截面抗扭承载能力计算结果一览表单位：kN/kN?m 本盖梁悬臂属于T形弯剪扭构件，其纵向钢筋和箍筋应按规范第5.5.6条规定配置。即： 按受弯构件正截面抗弯承载能力计算所需的钢筋截面面积，布置抗弯纵向钢筋（图3中N1号钢筋）。 按规范5.5.4条抗扭承载能力计算公式计算所需的抗扭纵向钢筋（图3中N1a、N2、N3、N4号钢筋）截面面积，并沿周边均匀对称布置。 按规范5.5.4条抗扭承载能力计算公式计算所需抗扭箍筋，与按抗剪承载能力计算公式计算所需的抗剪箍筋数量相加，统一布置箍筋。 翼缘截面按规范5.5.1条纯扭构件抗扭承载能力计算公式计算所需的抗扭纵筋和箍筋（图3中N1N6号钢筋）。 4结语 连接不等桥跨的大悬臂桥墩盖梁受力较复杂，很多计算上的假定只能本着使结构更安全的原则进行，难免过于保守。另外，此种的计算方法也有相当的局限性，一方面保证了结构的安全，另一方面也在一定程度上会造成材料的浪费。计算方法是值得长期探索