太平桥16m部分预应力混凝土简支T梁设计.pdf

2 01 4年第 3期( 总 1 9 7期 ) 安徽建筑 太平桥 1 6 m部分预应力混凝土简支 T梁设计 De s i g n f o r P r e s t r e s s e d Co n c r e t e Si mp l e T Gi r d e r wi t h 1 6 m Se c t i o n o f Ta i p i n g Br i d g e 刘 刚 ( 滁 州 市 公 路 勘 测 设 计院， 安 徽 滁 州 2 3 9 0 0 0 ) 摘 要 ： 本 T梁是在限制梁高为1 2 m， 并要求适当考虑更重荷载通行 的 背景 下开展设计 ， 主要 设计思路是 ： 在标准 图 1 6 m普 通钢 筋混凝土 T梁的基 础上 ， 适 当减 少了普通钢 筋， 增 加了预应力钢 筋 ， 同时适 当增 加 了腹板和 T梁翼缘等关键部位的尺寸， 整个 T梁按照部分预应力混 1 5 土 凝土B类构件进行设计。 本T梁设计方案能够大幅提高桥梁的承载能 f 力， 起到增强桥梁抵抗超载破坏的能力。 l 关键词： 限 制粱高； 抗超载； 部分预应力； T 梁设计 l 中图分类号 ： U 4 4 8 _ 2 3 1 文献标识码 ： B 2 O 文章编号 ： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 1 4 4 0 2 1 工程概 况 太平桥位于 3 0 7省道明毫路凤阳县境内， 横跨濠河。下行 线一侧为老桥， 建于 1 9 8 2 年 ， 上部为 4 m1 6 m钢筋混凝土工 字梁微弯板组合梁结构， 设计荷载为汽车 一 l 5级、 挂 一 8 0级， 下 部为柱式墩 、 肋板式桥台配桩基础。 上行线一侧为加宽部分， 建 于 2 0 0 2年， 设计荷载为汽车 一 2 0级 、 挂 一 1 0 0级 ， 上部为 4 m X 工 1 6 m预应力空心板结构， 下部为桩柱式墩台配灌注桩基础。桥 程 梁全宽为 1 5 5 m。 因桥梁所在地凤阳县为资源大县 ， 超载车辆较多 ， 桥梁负 荷较大 ， 且下行线一侧老桥荷载标准低、 使用年限较长， 工字梁 应 底出现多处超限裂缝 ， 经相关检测单位评定为五类桥 ， 需将老 川 桥上部工字梁微弯板组合梁全部拆除， 重新预制安装梁板。该 桥于 2 0 0 8年建成重新通车。 2 设计思路 老桥上部结构重建采用 T梁结构 ，因受上行线一侧桥梁 ( 预应力空心板结构) 高程限制及超载车辆较多等因素影响， 本 次 T梁是在限制梁高为 1 2 m并要求适当考虑更重荷载通行的 背景下开展设计的。主要设计思路是： 在标准图 1 6 m普通钢筋 混凝土T梁的基础上 ， 适当减少普通钢筋， 增加了预应力钢筋， 同时适当增加了腹板和T梁翼缘等关键部位的尺寸， 整个 T梁 按照部分预应力混凝土 B类构件进行设计 。 与标准图 1 6 m普通钢筋混凝土 T梁相比，此次设计时 T 梁梁高由 1 3 m减小为 1 2 m，腹板在跨中处 由 1 8 e m增加为 2 2 e ra、 支点处由 3 0 e m增加为 4 0 c m， 翼缘板边缘由 1 5 e m增加 为 2 0 c m， 并增大腋部尺寸( 见图 1 ) 。 安 3 1 6 m部分预应力简支 T梁设计 徽 3 1基本资料 建 筑 _ 收 稿 日 期 ：2014 04 04 作 者 简 介 ：刘 刚 (1975 )，男 ，安 徽 滁 州 人 ，毕 业 于 合 肥 工 业 大 学 ，工 程 师， 主要从事道路与桥梁设计方面的工作。 标准图断面( 跨中 1 鲤 I 5 - _ h 41 L一 1 8 一I 更改后断面( 跨中 l 3 0。 3 9 1 8 0 I 1 3 9 I l 3 9 I I L J 一 I 69 l 2 2 I 6 9 l 标准图断面( 支点 J 更改后断面( 跨中 图 1 T梁断面 ( 单位 ： c m) 计算跨径： L = 1 5 5 m 桥面净空 ： 0 1 2 + 7 + 0 1 2 ( m) 主梁间距： 1 8 8 m( 4片) 梁高 ： 1 2 m 设计荷载： 公路一I 级， y o = 1 0 材料： C 5 0混凝土； A S T M一 9 2 a 预应力钢铰线 一 1 5 2 4 2 4 ； 普通钢筋采用 H R B 3 3 5 截面特性( 见表 1 ) 。 3 2内力计算 采用桥梁博士进行计算 ， 主要计算结果见表 2 。 3 2 1 恒载 内力 3 2 2活载内力 ( 见表 3 ) 以最大梁为准， 冲击系数x = 0 3 6 。 3 2 3内力组合( 见表 4 ) 基本组合( 承载能力极限状态) ： 朋 1 - 2 ( M + M ) +1 4 l V u =1 2 ( V g l ) + 1 4 V 口 l 短期组合( 正常使用极限状态) ： =( l + ) + 0 7 忆 。 ( 1 ) 长期组合( 正常使用极限状态) ： =( + ) + 0 4 1 ( 1 + x ) 3 3结构设计计算 3 3 1 预应力钢筋估算 按照 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 ( J T G D 6 2 2 0 0 4 ) ( 以下简称 规范 ) 第 6 - 3 抗裂验算 ： 正截面抗 裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行计算 ， 并应符合下列要 求A类预应力混凝土构件 ， 在作用( 或荷载) 短期效应组合 下 ： 虽 T ， 引 一 一 一 安徽建筑 2 0 1 4年第 3期( 总 1 9 7期 ) 各阶段截面几何特性 表 1 预制粱 自重 二期 恒载 截面位置 距支点距离( m) 弯矩 剪力弯矩 剪力 M ( k N m) V ( k N) M ( k N m) V ( k N) 截 面 位 置 要 公 路 一 I级 最 大 弯 矩 M ( k N m) 对应 V ( k N) 最大剪力 M ( k N m) 对应 V ( k N) m o 0 7 A 计算 本 T梁跨 中截 面应 当采 用 l 0根 A S T M 一 9 2 a预应 力 钢铰 线 一1 5 2 4 1 8 6 0。 因为本结构拟作为 B类构件， 所以采用 8 根。 3 3 2承载能力极限状态 3 3 2 1 正截面抗弯承载力 按照 规范 第 5 1 5条， 桥梁构件的承载能力极限状态计算应采用下列 公式 ： oS R 计算本 T梁跨中正截面抗弯承载力 R为 3 0 7 9 k N m，远大于基本组合 效应值 2 1 8 4 6 k N m。 3 3 2 2斜截面抗剪承载力 按照 规范 第 5 2 6条确定抗剪计算截面 ， 本 T梁采用距支点 h 2截 面 。 按照第 5 2 7 条 矩形、 T 形和 I 形截面的受弯构件 ，当配置箍筋和弯起 钢筋时， 其斜截面抗剪承载力应符合下式要求： yo Va V + 曲 + 曲 计算本 T粱距支点 h 2截面斜截面抗剪承载 力 V 为 1 4 0 2 k N， 其中箍筋和混凝土提供了 9 5 4 k N ， 斜普通钢筋提供了 2 9 8 k N ， 预应力钢筋提供了 1 5 0 k N， 远大于基本组合效应值 6 7 9 9 k N。 3 3 3 正常使用极限状态 3 3 3 1 裂缝宽度验算 按照 规范 第 6 4 3条和第 6 4 4条关于部分 预应力混凝土 B类构件的条款进行计算。 计算本 T 梁跨中截面在短期效应组合下纵向 受 拉 钢 筋 应 力 为 9 1 M P a ， 裂 缝 宽 度 为 0 0 9 9 8 m m， 恰好满足 规范 第 6 4 2条规定的部分 预应力 B类构件限值 0 1 m m， 满足要求。 3 3 3 2 开裂弯矩验算 按照 规范 第 6 5 1 条至 6 5 5条关于部分预 应力 B类构件的条款进行计算。 计算本 T梁跨中截面在短期效应组合下弯矩 为 1 2 4 2 k N m， 开裂弯矩为 1 2 1 7 k N m， 二者大致 相当。即表明按计算挠度时开裂计算原理来说， 本 构件在正常使用极限状态短期效应组合下结构不 开裂 ， 全截面参加工作。 另外在不考 虑预应力 的情 况下 ，本 T梁开裂 弯矩仅为 6 5 2 k N m，因此增加了部分预应力后抗 裂性能大幅提高。 3 3 3 3挠度验算 按照 规范 第 6 5 1 条至 6 5 5条关于部分预 应力 B类构件的条款进行计算。 正常使用极限状态短期效应组合计算的长期 挠度为 1 2 9 m m， 该值在消除结构自重产生的长期 挠度后跨中截面最大挠度为 4 8 m m，远小于计算 跨径的 1 6 0 0 ( 2 5 8 mm) ， 满足要求。 预应力的长期反拱值为 6 2 mm，预拱度理论 值为 6 7 mm， 实际采用 1 0 mm。 4结论 该梁具有部分预应力混凝土结构的优越 性 ， 完全满足公路一I 级荷载的各项要求。 承载能力极限状态下：正截面抗弯承载力 富余 4 1 ， 斜截面抗剪承载力富余 1 2 1 ， 因此可 以抵抗超重荷载。 正常使用极限状态下 ： 抗裂性能大幅提高， 开裂弯矩比普通钢筋混凝土 T梁提高 0 9 2倍， 短 期效应组合下结构不开裂 ， 全截面参加工作。 本桥自建成投入使用已有 6年多了，在超重 车辆较多的情况下目前桥梁运营状况良好，说明 针对太平桥实际情况采取的 T梁设计方案是合理 的、 有效的。 参考文献 1 fiG D 6 0 - - 2 0 0 4 ，公路桥涵设计通用规范【 s 】 北京： 人 民交通出版社， 2 0 0 4 2 】 fig D 6 2 -2 0 0 4 ， 公路钢筋混凝土及预应力混凝土 桥涵设计规范 s 】 北京： 人 民交通 出版社， 2 0 0 4 交 通 工 程 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 重