单柱墩部分预应力盖梁设计

单柱墩部分预应力盖梁设计

李亚木　王　新　王乃家　姜庆林

(辽宁省交通勘测设计院,沈阳110005)

摘　要　本文通过对单柱墩部分预应力盖梁的扼要介绍,初浅探讨了部分预应力混凝土结构,及如何选择预应力度,结构优化等问题。以提高对部分预应力混凝土构件应用和认识。

关键词　单柱墩　部分预应力　盖梁　设计

同三国道主干线宁波市境高速公路的一部分处于山岭重丘区,其中的麻岙岭隧道段公路在麻岙岭隧道的出口,是跨径20+30+ 60×20+30+3×20+30+3×20+16+5×20=460m的桥梁,该桥两次跨甬临二级公路,两次跨甬临二级公路旁的河流。由于桥梁与甬临二级公路及河流的交角太小,桥梁下部采用半幅单圆柱墩,全幅错孔布置,墩柱直径2m,钻孔灌注桩,桩径2.2m。桥梁最高墩14m,最低墩5m。墩顶为部分预应力盖梁。桥梁上部分别采用跨径20m的先张法预应力空心板,梁高0.85m;跨径30m后张法预应力空心板,梁高1.2m。

盖梁梁长12.56m

,盖梁根部高2

.2m,悬壁端部梁高1.2m。由于纵向相邻两跨中各为跨径20m、30m的空心板,故墩中心桩号向30m跨径一侧偏移1.42c m,同时20m跨径一侧盖梁增高0.35m,以便梁表面高度齐平,如图1。

盖梁承受上部空心板恒载和汽车—超20级、挂车-120活载,以及盖梁本身的自重三部分。计算时把盖梁分成6个断面,如图2。

计算结果是汽车-超20级控制设计,所以不再介绍挂-120荷载的验算。如表1、表2。

图1

图2

表1　盖梁各截面弯矩值(kN?m)

0-01-12-23-34-45-5盖梁自重-1748.2-1393.0-816.8-409.1-150.7-22.4上部恒载-10138.7-8172.1-4995.2-2574.7-910.70活载-3587.3-2591.3-1852.5-967.5-336.80

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第22卷3期东　北　公　路

表2　盖梁各截面剪力值(kN)

0-01-12-23-34-45-5盖梁自重-619.3-545.5-400.7-270.4-155.8-56.6

上部恒载-3224.0-2604.0-1984.0-1364.0-744.00

活载-1042.6-900.7-725.5-516.9-275.00

按上表,主要控制设计的代表截面为0 -0,以下仅计算截面0-0的内力值。经过内力的恒载和活载组合,有如下计算结果:弯矩:-20060.3kN?m

剪力:-6315.9kN

墩支反力:8902.6kN。

根据以上内力值。进行如下计算分析:

1　按钢筋混凝土构件配筋计算

根据极限状态法,截面0-0,需要68根∞28的 级主筋(相当于52根∞32的 级主筋),来承担上述弯矩值。而上述剪力值,除混凝土本身承担一部分外,还需要∞10的箍筋,6肢,其间距15c m,同时需弯起筋∞28 级筋,31根。计算结果表明:按上述配筋,长期荷载作用下的盖梁,最大裂缝宽0. 197mm,短期荷载的作用下的平面梁,最大裂缝宽0.188mm。而这样,在横向宽2.2m的盖梁上,按一排布设68根主筋,是超筋设计,一排间距达3c m,已经太密,而无法布设。更主要的是不经济合理。

2　按全预应力混凝土构件配筋计算

按《桥规》进行计算,除需配置一定数量构造钢筋外,需要34∞32的精轧螺纹预应力筋(R b=1050M pa),来承担上述的弯矩值。而上述的剪力值,除混凝土承担一部分外,还需要∞12箍筋6肢,箍筋间距9c m。由于盖梁横向宽2.2m,需要布设34根∞32精轧螺纹,而且要求有效高度h。足够大,这是无法布置,也是不经济合理的。

3　按部分预应力混凝土配筋计算

由以上分析,在这种实际情况下,盖梁采用部分预应力配筋为好。按照部分预应力混凝土截面设计方法,首先根据盖梁的使用性能,确定预应力钢筋的数量,如下:

40号混凝土,后张法构件在荷载组合 的情况下,容许裂缝宽度取0.1mm,这与周围正常环境条件相符。其相当的容许名义拉应力值4.1M pa。在设计荷载作用下,盖梁上缘最大拉应力为10.22M pa。那么由纯预应力筋承担部分。

Ρhe=Ρw-[Ρh l]=10.22-4.1

=6.12M pa;

以下进行盖梁配筋计算:

N ye=Ρhe?A h (1+e y?y x r2=6.12

×4.84 (1+0.7×1.1 0.4033)

=10181600kN

(以上根据0-0截面计算,e y=0.7m;y x =1.1m;r2=0.4033m2

近似取Ρs=0.25?Ρk,取Ρk=0.9R b= 945M pa,则:

A y=N ye (Ρk-Ρs)=10181500 [(1-

0.25)?945?100]

=143.7c m2

计算结果相当:∞32精轧螺纹(R b=1 050M pa),17.8根。根据实际5-5截面的锚固布置要求,取18根∞32精轧螺纹(R b=1 050M pa)预应力钢筋,如图

3:

图3

盖梁的非预应力钢筋计算:根据《桥规》,有以下2公式:

R a?b?x=R y?A y+R g?A g①

M j=(1 rc)?R a?b?x?(ho-x 2)

②盖梁取40号混凝土,R a=23M pa;∞32精轧螺纹(R b=1050M pa)预应力钢筋,预应

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?东　北　公　路1999年

力损失25%,R y =0.75,Ρk =708.7M pa ; 级钢筋,R g =340M pa ;弯矩M j =20060.3M pa ;rc =1.25;ho =80c m ;b =220c m ,计算结果为:x =26.9c m ;A g =98.7c m 2

相当于12.2根∞32 级钢筋,换算为16.03根∞28 级钢筋。实际上取16根∞28

主筋。而剪力由混凝土和箍筋承担,箍筋取∞12 级钢筋,6肢,间距9c m 。

下面计算预应力度:消压弯矩:M o =Ρhe ?W o =6.12×

1775=10863kN ;

使用荷载作用下,0-0截面的弯矩:M =20060.3kN ;

预应力度:Κ=10863 20060.3=0.542这与纯钢筋混凝土构件的68根∞32 级钢筋;及全预应力钢筋混凝土构件的34∞32精轧螺纹相比,部分预应力构件12根∞32 级钢筋和11根∞28精轧螺纹,是简单易行,也是经济的。其具体验算值于此不再详细介绍。锚具细部如图4。

采用的YG M -32型锚具及垫板,配套千斤顶为YG -70型;预应力孔道采用的内径5c m 、外径5.3c m 的波纹管;∞32精轧螺纹采用的是鞍钢产品,R b =1050M pa ,控制张拉力759.8kN 。施工期间按超过控制力1%

的超张拉,张拉程序为

:

图4

0→初始预应→1.01×Ρk (持荷2m in )→Ρk →锚固。

张拉时采用双控法,对于该盖梁构件,预应力钢筋的推荐伸长值5.4mm 。张拉后,要按时注浆、封锚。待混凝土达到规定的龄期后,安装上部空心板,施工时注意空心板对称于盖梁中心安装,不要产生偏载。而对非预应力筋和箍筋的布置略。

D esign of Parttially P restressed Cap Beam on Single

Colum n P ier

Abs trac t T he paper introduce a partial p restressing cap bea m of single colum n p ier ,and discusses stucture of partial p restressing concrete ,and how to select p restress degree and structure op ti m izing ,to raise cogniti on to use partial p restressing concrete structure . Keyw o rd Single colum n p ier Partial p rdetressing Cap bea m

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