锚固横梁设计

2012-07-13孙景环

黑龙江交通科技 2012年2期

关键词：剪应力腹板横梁

孙景环

(河北路桥集团有限公司)

锚固横梁设计

孙景环

(河北路桥集团有限公司)

介绍了锚固横梁设计和锚固横梁内力计算。

锚固;横梁;设计

1 锚固横梁设计

(1)构造。

在顶板、腹板和底板之间设置钢筋混凝土横梁进行锚固(图1)。横梁位于9#块末端，厚度1.8 m，锚固横梁与牛腿横隔梁的净距为2.30 m。

通过植筋的方式将横梁与原箱梁顶板、腹板、底板连接在一起。浇筑横梁混凝土时，在顶板的中间开口(开口宽度30 cm)，从桥面上浇筑，以保证横梁混凝土密实性。

图1 锚固横梁构造

(2)采用自密实混凝土。

为了加强锚固横梁与原梁的可靠连接，除了采用植筋技术将钢筋锚固外，确保混凝土的浇筑质量是问题的关键。锚固横梁体积小，钢筋密集，施工空间狭小，混凝土无法振捣，采用一般的混凝土是很难控制质量的。经过对国内已有桥梁加固实例的调查研究，新增设的锚固横梁采用自密实混凝土浇筑技术。

自密实混凝土简介具有如下特点。

①高流态自密实混凝土在20世纪70年代由前西德发明，20世纪90年代中期在日本得到广泛应用。

②高流态自密实混凝土不用振捣而能自行密实，即混凝土自己流满整个模板，无需振动捣实而依靠自重密实。

③自密实混凝土在国内得到逐步应用，从20世纪90年代末开始浇筑量已超过数万立方，主要用于暗挖、密筋、形状复杂等无法浇筑或浇筑困难，解决扰民问题，缩短工期。

④本加固工程的锚固横梁内钢筋密集、空间狭小，无法振捣，普通混凝土无法浇筑密实，难以确保施工质量。采用自密实混凝土可解决上述问题。

(3)横梁与箱梁接触面的处理。

为加强横梁混凝土与原梁混凝土的连接，增强横梁的抗剪力，需要先凿除原梁顶板、腹板和底板的混凝土表面约2 cm左右，然后在横梁范围内，将原梁表面做成宽锯齿状的横向沟槽。沟槽深度不小于3 cm，宽度为20 cm。

2 锚固横梁内力计算

采用Ansys Ver 10.0中的Solid 95块体单元，对锚固横梁进行空间有限元分析，计算在体外索张拉作用下的应力，如图2。体外索的设计张拉吨位以40%控制，即每束的最终张拉力为1 250 kN，考虑到以后调索的可能，计算时体外索的张拉吨位以50%控制，即每束张拉力为1 560 kN，按同时张拉6束计算。

图2 锚固横梁有限元计算图式

(1)横梁与顶板、腹板间的抗剪计算。

图3为自顶板中心开始与横梁与顶板、腹板、底板接触处横梁的剪应力包络图变化情况(其中1～16点为顶板，16～29点为腹板，29～34点为底板)。顶板内的剪应力自顶板中心向腹板逐渐增大，最大值发生在上承托中心，为2 654.8 kPa。腹板内的最大剪应力发生在下承托与腹板交界处，为3 311.5 kPa。底板内的剪应力较小，最大值为2 148.1 kPa。

图4为横梁与箱梁接触处各点的剪应力包络图沿横梁厚度方向的变化情况。可以看出，最大剪应力发生在锚固面附近，此后在沿横梁厚度方向基本均匀分布。

进行锚固钢筋计算时，可以偏安全地取顶板剪应力的最大值、腹板剪应力的最大值及底板剪应力最大值计算，并认为沿横梁厚度方向均匀分布。顶板内的剪应力取为2 654.8 kPa，腹板内的剪应力取为 3 311.5 kPa，底板内的剪应力取为2 148.1 kPa。

张拉体外束引起的剪力由横梁混凝土体和锚固钢筋共同承受。混凝土的容许剪切应力为2.4 MPa计算，考虑到新旧混凝土之间的连接问题，计算时按0.8折减。

采用规格为Φ16×190直径为160 mm的HRB335钢筋作为植入筋，锚固深度为19 cm，每根锚栓的设计抗剪力为33.0 kN。