大跨预应力门架墩设计与计算

2015-01-08祁巍聂拥军

城市道桥与防洪 2015年6期

祁巍，聂拥军

（深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳 518029）

1 概述

近年来随着城市高架桥的大量建设和公路路网的密集，相交道路在平面上发生冲突的问题也就随之增多。为了不影响下方道路的使用，通常可采用的措施有：采用大跨径桥梁一跨跨越；利用下方道路的分隔带设置独柱或偏心桥墩；采用门架墩通过设置刚性横梁将墩柱放在路幅以外。

门架墩的方案在经济上和工期上有一定优势，上部结构选择预制小箱梁或空心板结构，采用吊机或架桥机架梁，施工工期短，对既有运营线路影响小，因此得以广泛使用。

门架墩柱间距（20 m左右）很大时，称为大跨度门架墩，盖梁需采用预应力结构。待混凝土立柱施工完成后，在不中断下穿道路交通的情况下，搭设支架浇筑盖梁混凝土，张拉盖梁预应力钢束，架设预制上部结构小箱梁，铺筑桥面铺装和浇注防撞墙[1][2]。

2 工程背景

谢常公路跨线桥是东莞市镇际联网路29号路工程中的一座大桥，桥梁全长680.56 m，上部结构为4×30 m+3×35 m装配式预应力混凝土小箱梁，先简支后结构连续，全桥共6联。由于桥下位置是AB匝道，道路中间无立墩位置，因此需要设置大跨预应力门架墩，将墩立在匝道外侧。

6#桥墩位于全桥第二联，A匝道和B匝道从盖梁中间下穿，因此盖梁采用双墩柱大跨度预应力门架墩盖梁，上接8片预制吊装小箱梁，下接矩形墩、承台和钻孔灌注桩基础（见图1）。

图1 6#桥墩横断面图

3 大跨度预应力门架墩设计

3.1 盖梁构造尺寸

上部结构横断面确定后，盖梁挡块与箱梁腹板之间考虑5 cm间隙，确定盖梁总长为24.6 m。考虑预应力盖梁地面车辆通行净空、净宽，高架桥路线单向横坡，采用门架墩方案，跨中正弯矩控制设计方案，通过初步试算确定盖梁高度为2.4 m，两墩柱中心间距为22.5 m，盖梁中心到端部采用等高度。通过初步分析，盖梁与双墩柱固结体系为超静定结构，预应力损失较大，墩梁固结处弯矩较大，对墩柱受力不利，因此改用一个墩梁固结，一个墩顶放置单向盆式支座方案。

上述盖梁尺寸满足桥下净空、净宽要求，受力满足抗剪、抗弯要求。综合结构受力、施工、钢筋布置构造等要求，考虑到城市景观效果，盖梁顺桥向宽为2.2 m。

预应力盖梁一般构造尺寸如图2所示。

3.2 预应力钢束布置

图2 预应力盖梁构造图

预应力混凝土盖梁采用A类预应力混凝土构件，混凝土等级为C50。盖梁共布置17根预应力钢束，采用15.24低松弛高强钢绞线，锚下张拉控制应力为1 339.2 MPa，两端张拉。

3.3 预应力盖梁施工工序

预应力盖梁施工步骤如下：

（1）搭设支架、立模浇注盖梁C50混凝土。

（2）待混凝土强度达95%且龄期不小于7 d，对称张拉N1、N3、N5钢束，预应力管道压浆。

（3）待压浆强度达100%，折除盖梁模板和脚手架。架设前后跨小箱梁，小箱梁需从墩柱中心向两侧对称吊装。

（4）待盖梁两侧小箱梁吊装完毕，对称张拉N2、N4钢束，压浆并封锚。

（5）待压浆强度达100%，浇注接缝，施工现浇层、桥面铺装及防撞护栏等。

（6）成桥、运营。

表1为钢束参数表；图3为钢束布置图。

表1 钢束参数表

图3 钢束布置图

4 结构建模及计算参数取值

根据盖梁的几何尺寸及其以弯矩、剪力、轴力（预应力引起）为主的受力特点，采用 MIDAS软件梁单元建模进行计算分析。

（1）由于墩柱底接承台，承台下群桩基础，故模型按实际墩柱高度建模，墩底固结。

（2）由于盖梁处上部结构为端横梁，故桥面单元高度按端横梁实际高度取值，弹性模量按C50取值，重力取0。

（3）横桥向桥面单元按实际车行道宽度建模，桥面单位与盖梁单元之间采用弹性连接模拟板式橡胶支座，竖向刚度取1e7 kN·m，横向和纵向刚度取 100 kN·m。

（4）小箱梁自重、二期恒载等根据施工顺序，按实际位置施加。

（5）温度荷载考虑整体升降温，不考虑温度梯度的影响。

（6）采用 MIDAS横向移动荷载进行横向加载计算。横向车轮荷载=冲击系数×[（左侧桥孔长度×均布荷载+右侧桥孔长度×均布荷载）/2+集中荷载（以左、右侧较大跨径计）×1.2（剪力效应，算承载力时考虑，算裂缝时不考虑）]。

图4、图5为其结构计算模型。

图4 结构计算模型（一）

图5 结构计算模型（二）

5 计算结果分析

5.1 正截面抗弯强度验算（见图6）

图6 正截面抗弯强度云图

5.2 斜截面抗剪强度验算（见图7）

图7 斜截面抗剪强度云图

5.3 施工阶段混凝土应力（见表2）

表2 施工阶段混凝土应力一览表（单位：MPa，拉应力为正，压应力为负）

按照新《公桥规》第7.2.8条规定，在预应力和构件自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力应符合下列规定：压应力σcct≤0.70 fck’，拉应力σctt≤0.70 ftk’。该桥施工时混凝土强度已达到标准强度95%，故压应力允许值0.70 fck’＝0.70×0.95×32.4＝-20.55（MPa），拉应力允许值0.70 ftk’＝0.70×0.95×2.65＝（1.76）MPa。由表2可见，施工阶段混凝土应力满足要求[3][4][5]。