门式刚构预应力设计探讨

刘建辉

（深圳远征天元建筑设计有限公司，广东 深圳 518048）

门式刚构预应力设计探讨

刘建辉

（深圳远征天元建筑设计有限公司，广东 深圳 518048）

以实际工程为例，介绍了深圳南山区后海填海区中心路北段单跨23 m门式刚构桥设计，分析了门式刚构预应力设计的的方法，该桥的设计可为同类桥梁工程设计提供参考。

门式刚构桥；梁高；预应力；内力

0 引言

随着桥梁设计技术的提高、计算软件的完善，对桥梁的景观设计要求越来越高。在单孔桥中除简支梁桥以外，还有门式刚构桥和斜腿刚构桥。而门式刚构桥是较好的可选桥型，特别是当桥面标高受到限制且河中不允许设置桥墩时尤其如此。当跨径较小时门式刚构桥可以采用普通钢筋混凝土结构，而对于跨径较大的门式刚构桥则需要在梁体设置预应力束。门形刚构桥为超静定结构，在附加荷载作用下，会产生内力，当支承刚度较大时，引起内力更大，即预加应力、混凝土收缩、徐变以及结构温度产生的效应，这样设计时应尽量让结构足够的柔，有利于梁体设计。现以实际工程设计为例，探讨预应力设计的方法。

1 工程概况

中心路位于广东深圳后海滨路的东侧，科苑大道的西侧,呈南北走向，北起于环北路，东至望海路，中央绿化带布有一条中心河（中央绿化带及中心河由深圳水规院设计），以东滨路为界划分为中心路北段和中心路南段。其中，中心路北段位于深圳市南山后海中心区范围内，南山后海中心区由滨海大道、沙河西路、东滨路以及后海滨路形成边界。本桥位于中心路北段，桥梁所跨越的中心河作为景观绿化带，为了配合景观设计方案，在该桥位修建桥梁时，沟中不设置墩台。经方案比选，并根据管委会的要求和有关部门同意，确定采用门式刚构桥方案。主要技术标准：1)设计时速：30 km／h。2)设计荷载：汽车：公路—Ⅰ级；人群3．5 kN／m2。3)桥宽布置：3.50 m(人行道) +1.50 m(分隔带)+3.50 m(行车道)+3.50 m(行车道) +1.50 m(分隔带)+3.50 m(人行道)=17．0 m。4)桥上纵坡：1．408%；桥面横坡：1．5%。5)地震基本烈度：地震基本烈度为6度，地震动峰值加速度系数为0．05g。

2 结构总体设计

2.1桥型布置

桥梁孔跨布置受规划路路面标高5.436m，景观设计沟底标高2.20 m、景观河宽度以及观景平台的影响。由于受桥下净空要求限制，必须采用相对较小的梁高，综合考虑箱形结构和现浇空心板结构，采用现浇空心板结构能较好的满足降低梁高的要求。为了进一步减小梁的高度，将梁根部设计一个倒角，这样既符合受力要求，又使得建成后的桥梁整体上比较美观。门式刚构由竖撑以及支承其上的梁体组成，基础采用钻孔灌注桩。

本桥跨径为23米，纵向随道路设计线变化，梁高1．0 m（1/23），在梁端处设50 cm×50 cm的倒角，竖撑高4．7 m，竖撑结构中心线与承台顶面中点距为2.10 m。梁体预应力混凝土结构，竖撑为普通钢筋混凝土结构。为景观设计要求，两侧设置清水混凝土挡土墙。结构设计采用梁格分析方法，整体建模计算。模型如图1所示。

图1 整体模型示意图(单位：cm)

2.2 桥梁横向设计

为了考虑桥下景观要求，桥梁横向按道路全宽单幅桥设计，梁体采用现浇空心板结构。箱梁顶宽17 m，空心板顶、底板均为0．2 m等厚，腹板厚为0.25 m。梁高1.0m。

2.3 基础设计

为了抵抗较大的基顶水平推力和弯矩，设计采用了群桩基础，全桥的每侧采用10根两排1．2 m钻孔灌注桩，承台厚2 m。

2.4 预应力体系

梁体纵向采用国家标准预应力钢绞线，单根钢绞线直径15．2 mm，钢绞线面积A=139mm2，标准抗拉强度fPK=l 860 MPa，张拉控制应力采用0．75fPK，弹性模量E=1．95×105Mpa。梁部纵向束布置方式为：底、顶板不设通长束；全部为腹板通长弯起束，两端张拉，锚于梁端。

2.5 主要建筑材料

梁体、竖撑采用C50混凝土，承台为C30混凝土，钻孔桩为C30水下混凝土，梁体预应力束为1860级低松弛15．2 mm钢绞线。

3 预应力设计分析

3.1 门式刚架内力分析

由于本桥结构无支座，所受的内力和连续梁结构的内力具有很大的差异，因此门式刚架的预应力设计，需要单独分析和设计。

3.2 门式刚架预应力设计

在设计门式刚架预应力时，采取两种预应力形式进行比较，一种采取惯常的方法，按照内力图设计预应力的方法，如图2所示。另一种参考荷载平衡方法-预应力结构设计（林同炎），如图3所示。

图3 预应力设计方法二

经过计算设计比较，采取荷载平衡的方法，更能改善门式刚架结构的内力，而且线型简单利于调整，所以采取第二种预应力设计方法。在计算中，需要注意结构次内力的影响。

4 结语

随着社会的发展，人们对城市桥梁建设的要求越来越高，一方面由于桥下净空限制，对桥梁孔跨和建筑高度提出了新的要求；另一方面由于景观需要，更加注重桥梁造型。对于单孔桥，虽然简支结构比较经济，但满足不了上述两点要求。文中介绍的门式刚构桥是比较好的桥型之一，可为同类工程的设计提供参考。

[1]刘效尧，赵立成．公路桥涵设计手册——梁桥(下)[M]．北京：人民交通出版社，2000．

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[4]范立础．预应力混凝土连续梁桥[M]．北京：人民交通出版，1988．

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1007-6344（2015）06-0080-01