总502期
2019年第16期（6月 上）
折叠篮0 引言
在桥梁总体设计中，下部结构的选型对整个设计方案影响较大，受地形条件、被交路交叉净空、角度等影响，合理选用公路桥梁下部结构形式，通过桥梁上部结构与下部结构的结合，可以减少特殊跨径上部结构形式，保证上部结构的标准化施工，加快施工速度，保证施工质量。在承张高速公路燕窝铺大桥设计中，受S256承围支线、河流交叉角度影响，采用三柱不等跨门架墩整幅跨越被交路与河流，桥梁上部结构跨越孔径不变。当然，相对分幅下部结构，由于墩柱个数减少，盖梁跨度增大，因此普通钢筋混凝土盖梁一般不易满足要求，须采用预应力混凝土结构。事实上，在地形条件受限的情况下，经常会因为桥下净空和视线等要求而采用门架墩，可见预应力混凝土盖梁是具有普遍意义的。三柱门架式桥墩盖梁，左右幅不等跨且相差较大，上部结构的施工顺序对盖梁的受力有较大影响；由于形成刚架体系，墩柱的刚度对整个体系的内力分配也存在影响。 1 工程背景
承张高速公路标准断面宽度26m ，为双向四车道，分为左右两幅，左右幅宽度均为12.75m ，即0.5m + 11.75m （车行道）+ 0.5m （防撞护栏）+ 0.5m （桥间净距）+ 0.5m （防撞护栏）+11.75m （车行道）+ 0.5m （防撞护栏）。路线受沿线选矿厂及燕窝铺村村庄影响，沿燕窝铺村西侧穿越，同时跨越牤牛河及承围支线（S256），河流基本与承围支线平行，与路线交角16°，交角较大；由于地方政
府不同意对被交路进行改移，初步方案采用70m 钢筋混凝土组合梁跨越被交路，但钢金混凝土组合梁结构造价较高，结合现场实际地形，与承围支线交叉的13、14号桥墩通过布孔可以采用整幅三柱不等跨门架墩，跨越承围支线建筑界限，避免对承围支线进行改线。综合考虑，上部结构采用左幅18～40m 、右幅17～40m 预应力混凝土连续T 梁，下部结构采用柱式墩、桩基础，13、14号桥墩采用整幅三柱门架式预应力盖梁。1.1 设计概况
以13号桥墩为例，桥梁墩高20.6ｍ，盖梁顶部全宽
30.75ｍ，墩柱中距9.2+18.5ｍ，盖梁悬臂端部至墩柱中心距离为1.525ｍ。盖梁高2.5ｍ，宽2.8ｍ。墩柱采用直径2.0m 圆形墩，主要尺寸见图1。盖梁采用C50混凝土，墩柱采用C40混凝土，桩基采用C30混凝土。盖梁左右侧墩柱中心距离的比值为2.01，远大于传统盖梁间距，故盖梁内需要配置预应力钢束以改善盖梁受力状态。按照A 类预应力混凝土构件进行盖梁设计，预应力钢绞线采用抗拉强度标准值fpk=1860MPa 、公称直径d=15.2mm 的高强低松弛钢绞线。预应力管道采用金属波纹管，真空辅助灌浆工艺，管道摩擦系数取0.25，局部偏差系数取0.0015，张拉端锚具变形、钢束回缩按每端6mm 考虑。盖梁内共布置18束预应力钢束，采用17Φs15.2mm 型钢束。盖梁预应力钢束布置图如2所示。1.2 基础数据
盖梁设计考虑作用于其上的主要荷载有：恒载，包括预制T 梁自重，二期恒载及桥墩重量，上部结构
荷载通过支座传递至盖梁；活载，公路—Ⅰ级荷载，横桥向在桥面范围内的盖梁上行车，考虑车道的不利布置，按横向加载进行计算；温度作用，考虑整体升降温25℃，并按照规范要求考虑盖梁非线性温度变化。桩基持力层位于中风化闪长岩，因此不考虑基础沉降。
制作交通工具收稿日期：2019-05-14
作者简介：王新（1981—），男，高级工程师，主要从事桥梁结构设计与研究工作。
微型振动马达三柱门架式预应力盖梁设计与计算
王新
（中交远洲交通科技集团有限公司，河北 石家庄 050051）
摘要：以承张高速公路燕窝铺大桥三柱门架式预应力盖梁为例，首先对工程背景进行简要介绍，认真分析了该工程的设计概况和基础数据，然后阐述三柱门架式预应力盖梁的设计过程及计算要点，讲述如何控制施工及成桥阶段的应力，以保证结构安全。
关键词：三柱门架；预应力；盖梁中图分类号：U445.6
文献标识码：
B
图1 盖梁构造图
2 上部结构施工顺序对盖梁的受力影响
ipanel三柱门架式预应力盖梁的钢束张拉与上梁顺序有密切的相互影响，甚至直接影响结构的安全。而且对于本工程，13、14号桥墩的上梁顺序相互影响，如果二者协调不好，容易出现两种结果：预应力施加过量或者预应力不足。在未上梁前超量张拉预应力束易引起盖梁端上挠，从而盖梁下部产生拉应力，甚至造成盖梁下缘开裂。施工过程中预应力施加不足，即上梁片数过多、从而超过已张拉钢束的承受能力，则会引起盖梁支点上缘、跨中下缘拉应力超过允许值，甚至造成盖梁上缘开裂。故必须安排好钢束张拉和上梁次序的关系，保证施工过程安全。计算必须严格控制施工阶段的应力值。钢束布置见图2，三排钢束从下至上分别命名为钢束1～钢束3，六片T 梁从左至右分别为梁1～梁6。对于单幅上
梁顺序，如以单片梁计，有720种方案，故以两片梁一组，一般存在4种方案，见表1：
表1 架梁顺序的4种方案
分类架梁顺序
方案1从左至右: ①→②→③→④→⑤→⑥方案2从右至左: ⑤→⑥→③→④→①→②方案3由内向外: ③→④→①→②→⑤→⑥方案4
由外向内: ⑤→⑥→①→②→③→④
而对于整幅，则将达到16种方案，因此上梁顺序方案较多，同时，由于13、14号桥墩大跨径盖梁不位于同一桥幅，从桥梁架梁施工的整体方向来看，必然存在从大跨径桥幅侧开始上梁的不利情况。对于钢束张拉顺序，从施工的角度出发，预应力张拉批次越少越有利，一般情况下在单幅上梁完成后进行一次分批张拉。故考虑从大跨径桥幅开始上梁，上梁顺序采用方案1，暂定施工顺序如：支架浇注预应力盖梁，待混凝土强度和弹性模量达到设计强度的100%后，张拉3束预应力钢束N2并立刻灌浆。右幅完全架梁后，张拉预应力钢束N1、3束预应力钢束N2、3束预应力钢束N3，张拉后立刻灌浆。左幅完全架梁后，张拉剩余的预应力钢束N3，张拉后立刻灌浆。计算结果发现在右幅完全架梁以后中支点上缘拉应力为3.7MPa ，跨中下缘拉应力达到3.3MPa ，远远超出规范要求，见图3～图4。
因此必须对钢束张拉批次进行细化，增加一个张拉批次，细化阶段如：右幅小桩号架梁后，张拉3束预应力钢束N2、3束预应力钢束N3，张拉后立刻灌浆。右幅完全架梁后，张拉预应力钢束N1，张拉后立刻灌浆。至于上梁顺序，经反复核算，方案1～方案4对盖梁应力影响不大，为方便施工，左幅采用方案2，右幅采用方案1。
图2 盖梁钢束构造图
图
4 盖梁下缘应力图
图3 盖梁上缘应力图
3 墩柱刚度对整个体系内力分配的影响
在盖梁的内力计算及配筋过程中，边界条件的简化模拟也非常重要，一般要求采用刚架模型。由于墩柱与盖梁刚性连接，导致该位置附近的盖梁截面受力较为复杂，往往成为盖梁结构的控制截面。预应力盖梁张拉后，墩柱会产生明显的横桥向位移，墩柱的横桥向计算应考虑预应力盖梁的作用。13号桥墩在张拉预应力钢束施工过程中，墩柱顶最大弯矩4124kN·m ，对应竖向力为1933kN ；墩柱底最大弯矩1318kN·m ，对应竖向力为12359kN 。同时，
墩柱刚度对整个体系内力分配也存在影响。墩柱直径为2.1m 时，在短期组合下，墩柱顶最大弯矩8517kN·m ，对应竖向力为8930kN ；墩柱底最大弯矩1202kN·m ，对应竖向力为9760kN 。墩柱直径为2m 时，在短期组合下，墩柱顶最大弯矩8052kN·m ，对应竖向力为8886kN ；墩柱底最大弯矩1237kN·m ，对应竖向力为9044kN 。墩柱直径为1.8m 时，在短期组合下，墩柱顶最大弯矩7194kN·m ，对应竖向力为8812kN ；墩柱底最大弯矩1776kN·m ，对应竖向力为
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表2 空心板桥B点在张拉前后的横向应力对比分析表
应力1#缝2#缝3#缝4#缝5#缝6#缝7#缝
加固前组合（MPa）最大0.460.430.490.550.570.590.59最小-0.71-0.73-0.74-0.75-0.78-0.81-0.81
加固后（MPa）最大-0.120.870.850.850.850.840.83最小-1.26-0.29-0.39-0.47-0.51-0.55-0.59
根据表1A点铰缝和表2 B点空心板横向应力的分析发现，加固后A点和B点的最大横向拉应力均有所降低，施加公路-I级荷载后，最大拉应力不超过2.0MPa，加固前为拉应力的甚至变为压应力，同时压应力均有所增加，这对于结构的承载时有力的，即实现了对于装配式空心板横向体外预应力设计的目的。
5 结论
鉴于受力简单、施工方便的特点，装配式空心板桥结构在当前中小型桥梁结构中得到了较为广泛的应用。基于某实际空心板桥结构，首先针对桥梁主要病害进行了分析，发现病害主要的原因是由于铰缝病害引起的，并对于铰缝破坏的原因从设计、计算理论和构造三方面进行了分析，提出了采取横向预应力加固的思路；针对横向预应力设计，详细介绍了加固设计原理和针对本项目的加固设计方案；最后建立有限元模型，施加公路-I级荷载，通过对比加固前后的底部应力，发现横向预应力能够有效降低其横向拉应力，对于结构的承载具有有力作用。本文研究对于横向预应力在桥梁加固中的推广应用起到了一定的促进作用。
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（编辑：蔡海霄）
8690kN。随着墩柱刚度变柔，墩柱顶弯矩逐渐减小，墩柱底弯矩逐步增大，墩柱越柔，对于整个体系内力分配越均匀。结合墩柱强度、稳定性及裂缝配筋计算及本桥其他墩柱直径尺寸，采用2m直径墩柱。
数据监控反光书包4 结语
由承张高速公路燕窝铺大桥13、14号桥墩三柱门架式预应力盖梁设计可见，三柱门架式预应力盖梁设计上除了需满足跨越能力，盖梁结构安全及耐久性外，须考虑盖梁施工过程安全以及墩柱刚度对体系内力的影响，以达到工程的安全和可控性，达到设计上结构安全与外形美观的统一。结构计算时应准确模拟盖梁施工过程，合理选择预应力钢束张拉顺序和张拉时机，确保盖梁施工及运营阶段的结构安全。
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（编辑：钱宇宁）
（上接第97页）
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