浅谈大悬臂双柱墩预应力盖梁的计算
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摘要：大悬臂盖梁的结构受力情况较为复杂。盖梁的内力计算，经常使用计算机建立有限元模型来模拟真实受力状态进行设计分析。
关键字：桥梁；预应力；盖梁；设计
中图分类号：K928文献标识码： A 文章编号：
1、引言
随着交通建设步伐的不断加快，交通建设标准的不断提高，特别是高速公路上的桥梁大都是双向4车道甚至6车道或更多，如桥梁采取单幅桥梁，就导致盖梁的横桥向长度甚至达到了20m以上。长度20m以上的盖梁若采用普通钢筋混凝土结构，要求有较大的梁高，而且至少需要三柱式甚至四柱式以上桥墩才能够满足受力要求。使用预应力盖梁是减少墩柱的数量、降低梁高有效的办法，并可以提高其结构的受力性能和抗裂性能。
2、工程概况
某高速公路上桥梁工程较多，其中某桥上部基本结构采用30m先简支后连续预应力小箱梁，下部结构应用了桩柱式桥墩，预应力盖梁尽量减少墩柱的数量，以保证桥下的通透，便于桥下土地的利用。预应力盖梁采用A类预应力混凝土结构，预应力钢束采用低松弛高强钢绞线，预应力钢束布置如下图所示。预应力管道采用塑料波纹管；管道摩阻系数：；管道偏差系数：；钢筋回缩和锚具变形：；张拉控制应力：。荷载等级为：公路一级。结构设计基准期为100年；抗震设防等级按地震加速度峰值0.10g（基本烈度VI），桥梁工程按VII度进行设防。荷载的取值，1）、恒载。上部结构恒载包括30m预制箱梁自重、防撞护栏撞、桥面铺装重。恒载通过支座传递到盖梁、故将上部恒载简化为集中力加载在盖梁相应位置处。2）、活载。汽车荷载采用公路——I级车辆荷载。按桥面偏载最不利位置加载。3）、温度荷载。整体升温、降温,并按JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范第4.3.10考虑梯度升温、梯度降温。4）、沉降。墩底沉降取0.005m。
3、盖梁计算
盖梁采用MIDAS FEA进行有限元分析，模型中建立了盖梁和桥墩，墩底和承台，承台固结（如图）。盖梁计算时，其控制截面主要是盖梁中部上缘和悬臂根部下缘位置。现以长度盖梁21.2m为例。
图1 盖梁计算模型
从析计算可以看出，柱顶的负弯矩是控制设计的部位，所以柱顶的预应力钢束位置都尽量提高，但也需注意柱顶下缘会出现反拉的情况。当发生偏载时在盖梁长悬臂处于墩的交接处会出现一定的拉应力，但都是在规范要求的范围内。同时，在盖梁预应力锚固区会出现应力集中现，往往是预应力附近应力较大，为了合理科学的将预应力束附近的应力扩散开，对锚下钢筋的布置就不容忽视，以防预应力端头应力过大产生裂缝，由于上部箱梁架设前后内力变化较大，所有钢束一次张拉难以控制局部应力，因此设计分批进行张拉。通常情况下要进行应力控制设计，所以设计过程应首先关注各截面的应力状态。通常大悬臂预应力盖梁是将预应力筋布置在盖梁的上缘以增加上缘的抗裂性，并方便施工，减少预应力筋的弯曲程度，降低预应力损失。
预应力盖梁为后张法预应力构件，因此在钢束张拉前，普通钢筋没有足够的强度支撑自身重量，需要塔设支架浇筑盖梁。因为目前公路桥梁普遍应用的是普通钢筋混凝土盖梁，因此施工不能存在思维定势，忽略盖梁支架的设计。同时，应按照设计要求，分批分阶段张拉钢束，严格控制张拉顺序，张拉时混凝土强度需达到设计值的90%，且需要控制混凝土养生时间不少于7d。严格控制张拉工艺，采用张拉控制应力及钢束伸长量同步双控张拉过程。理论钢束伸长量应按实测按实测弹性模量、混凝土强度等数据计算，并与设计图纸所提供的计算值进行校核。
4、总结
本次分析结果都满足规范要求，大悬臂双墩柱预应力混凝土盖梁的设计方案不但使桥梁上下部结构充分协调，满足景观要求和通行要求，而且通过计算也验证了这一盖梁形式在技术上安全可行，作为高速公路上的跨径不大的桥盖梁是可行的。
参考文献
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作者简介：
付芸，1986，女，助理工程师，主要从事桥梁维修养护及施工方面工作