關于預應力混凝土箱梁橋開裂彎矩的探討

1、<p>　　關于預應力混凝土箱梁橋開裂彎矩的探討</p><p>　　摘要：以南寧市某城市立交橋為例，簡要介紹預應力混凝土箱梁橋開裂彎矩不滿足規(guī)范要求的解決方法，積累經(jīng)驗，降低工程建設成本，為類似項目提供參考。 </p><p>　　關鍵詞：預應力混凝土、箱梁、承載能力、開裂彎矩。 </p><p>　　中圖分類號：TU37 文獻標識碼： A </p

2、><p><b>　　一．項目概況 </b></p><p>　　南寧某立交橋位于南寧市江南片區(qū)，主線橋上部結構均為預應力混凝土連續(xù)箱梁橋，分為左右兩幅，左幅橋孔跨布置為：第一聯(lián)（3×30m）+第二聯(lián)（2×30m）+第三聯(lián)（4×25m）+第四聯(lián)（2×30m）+第五聯(lián)（3×30m）預應力混凝土連續(xù)箱梁。右幅橋孔跨布置為：第一

3、聯(lián)（3×30m）+第二聯(lián)（3×30m）+第三聯(lián)（23m+23m+22m）+第四聯(lián)（2×31m）+第五聯(lián)（3×30m）預應力混凝土連續(xù)箱梁。 </p><p>　　30m跨預應力混凝土連續(xù)箱梁梁高1.80m、25m跨預應力混凝土連續(xù)箱梁梁高1.50m。箱梁懸臂為1.50m、頂板厚0.25m、底板厚0.25m、腹板厚0.5m、懸臂端部厚0.20m、懸臂根部厚0.55m。箱梁采用

4、隱型橫梁，中橫梁寬2.40m，端橫梁寬1.50m。 </p><p>　　圖1：主梁橫斷面圖 </p><p><b>　　二.結構計算 </b></p><p>　　結構計算時，汽車荷載采用城-A級，支座不均勻沉降采用隔墩5mm，按規(guī)范《JTG D60―2004》考慮非線性溫度梯度效應，體系升溫17℃，降溫20℃。本橋采用同濟大學的橋梁博士V

5、3.3版本計算軟件按照平面桿系進行內(nèi)力計算及配筋驗算，分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩個階段的計算，按照預應力混凝土A類構件控制設計。采用逐孔施工的方式施工，逐孔施工時張拉腹板索F1、F2、F3，逐孔施工完成后施工橋面系以前張拉頂板束D1，預應力束鋼束布置如下圖： </p><p>　　圖2：預應力鋼束布置圖 </p><p>　　在進行正常使用階段驗算時，本橋左幅第三聯(lián)、右幅第三

6、聯(lián)在使用階段應力驗算完全滿足A類構件要求并具有一定富余，具體如下表： </p><p>　　表1：左幅第三聯(lián)最大應力表 </p><p>　　項目 最小拉應力 最小主拉應力 最大壓應力 最大主壓應力 </p><p>　　計算應力（MPa） -1.06 -0.723 15.9 15.9 </p><p>　　規(guī)范允許值 -1.855 -1.3

7、25 16.2 16.2 </p><p>　　表2：右幅第三聯(lián)最大應力表 </p><p>　　項目 最小拉應力 最小主拉應力 最大壓應力 最大主壓應力 </p><p>　　計算應力（MPa） -1.01 -0.917 14.8 14.8 </p><p>　　規(guī)范允許值 -1.855 -1.325 16.2 16.2 </p>

8、;<p>　　但在中支點附近的截面承載能力驗算時出現(xiàn)了如下情況： </p><p>　　在最小軸力、最大彎矩狀態(tài)下承載能力滿足要求，但開裂彎矩不滿足要求，使用階段應力也均滿足要求，并有一定富余，為此類橋梁比較少見的情況，現(xiàn)做簡要總結分析。 </p><p>　　三.開裂彎矩的概念 </p><p>　　開裂彎矩為《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)

9、范》（JTG D62―2004）新提出的概念，詳見第9.1.12條，為強制性條文，即Mud應不小于Mcr。其中Mud為受彎構件正截面抗彎承載力設計值，按本規(guī)范第5.2.2條、5.2.3條、5.2.5條計算；Mcr為受彎構件正截面的開裂彎矩值，按照本規(guī)范第6.5.2-6條計算。此規(guī)定的目的是為了避免預應力混凝土構件當荷載達到極限、混凝土受拉邊緣出現(xiàn)裂縫時，梁不致于因配筋過少而出現(xiàn)脆性破壞（詳見規(guī)范條文解釋），從而限制預應力混凝土構件中普通

10、鋼筋的最小配筋率。 </p><p>　　規(guī)范本條同時還規(guī)定，部分預應力混凝土受彎構件中的普通受拉鋼筋的截面面積不應小于0.003bh0，但并沒有對最大配筋率做限制。此條要求較低，按照本橋的梁截面，梁上、下緣的縱向鋼筋配置直徑12mm的鋼筋間距130mm即滿足要求。本橋主梁上、下緣的實際縱向鋼筋配置直徑16mm的鋼筋間距100mm，相當于0.007 bh0。布置此數(shù)量的普通鋼筋為同類設計的常規(guī)做法，能在安全性、工

11、程造價以及可施工性上取得平衡。 </p><p>　　四.出現(xiàn)應力驗算滿足但開裂彎矩不滿足情況后的解決辦法 </p><p>　　要解決此問題，一般情況下首先考慮增加梁高或者調(diào)整預應力鋼束布置，但由于本橋同類箱梁數(shù)量較多，若增加梁高，則會影響整座立交的協(xié)調(diào)美觀。若調(diào)整預應力鋼束布置，會導致短束較多，增加施工難度，影響工期。通過比較內(nèi)力數(shù)據(jù)，差距不是很大，結合《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋

12、涵設計規(guī)范》（JTG D62-2004）第5.2.2條、5.2.3條、5.2.5條，考慮按照構造要求配制的普通鋼筋參與計算，結果如下： </p><p>　　承載能力、開裂彎矩均滿足要求。出現(xiàn)此情況的原因在于，Mud實際包含3部分內(nèi)容：①受壓區(qū)混凝土所能承擔的彎矩、②預應力鋼束所能承擔的彎矩、③普通鋼筋所能承擔的彎矩。若預應力鋼束布置富裕較大或者梁高較高時，僅計入前面兩項即能滿足承載能力、開裂彎矩的要求，這也是大

13、部分預應力混凝土梁使用階段驗算滿足要求后承載能力驗算一定滿足要求的原因。但當預應力鋼束布置富裕較小或者梁高較矮時，應考慮普通鋼筋參與承載能力計算才能滿足要求。 </p><p>　　通過此種方法，梁高、預應力鋼束均不用調(diào)整，各項指標也滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，并減少了設計工期，方便了施工，加快了工程進度。 </p><p><b>　　五.結束語 </b></p>

14、<p>　　開裂彎矩是規(guī)范提出的強制性條文，必須嚴格遵守，特別是部分電算程序并沒有驗算開裂彎矩這項，類似橋梁設計時，必須特別注意驗算。在開裂彎矩不能滿足要求時，應考慮如下幾個方面： </p><p>　?。?）梁高取值是否過??？若使用階段應力驗算滿足，按照構造的普通鋼筋計算后仍不滿足，應考慮適當增加梁高。此種方法效果最好，但對工程造價以及整體美觀的影響也最大。 </p><p&g

15、t;　?。?）預應力索形是否合理？如預應力產(chǎn)生的次內(nèi)力過大，需要增加預應力短束來調(diào)節(jié)；若剛束索形不合理則需重新布束。此種方法對工程造價影響不大，但對可施工性影響較大，且會延長設計周期。 </p><p>　?。?）是否考慮了普通鋼筋的效應？由于預應力混凝土A類構件在使用階段應力計算時是不考慮普通鋼筋的，而承載能力計算時可以按照規(guī)范考慮普通鋼筋，但規(guī)范只規(guī)定了最小配筋率，所以當開裂彎矩不滿足時，只能考慮按照常規(guī)構造

16、要求配制的普通鋼筋參與開裂彎矩計算，不能為了滿足開裂彎矩盲目加大普通鋼筋的配筋量，造成不必要的投資浪費。此種方法對設計、施工、造價均影響較小，但要控制得當。 </p><p>　　雖然以上方法均能解決問題，但各有優(yōu)缺點，本項目主要考慮施工方便性、加快施工進度這兩方面的要求，采用了按照設計規(guī)范計入普通鋼筋的辦法。節(jié)約了設計周期，為業(yè)主贏得了時間。經(jīng)過實際驗證，此橋施工過程順利，并盡可能的節(jié)約了工期，且運營情況良好，

17、具有不錯的技術經(jīng)濟性和社會效益。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　【1】JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規(guī)范（S） </p><p>　　【2】JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（S） </p><p>　　【3】CJJ11―2011，城市橋

18、梁設計規(guī)范（S） </p><p><b>　　作者簡介 </b></p><p>　　1.張廣龍，男，南寧市萬町工程項目管理有限責任公司工程師，國家注冊一級建造師，長期從事工程項目策劃、管理及技術咨詢工作。 </p><p>　　2.胡士波，男，大學本科雙學士，廣西華藍設計（集團）有限公司高級工程師，長期從事城市道路、橋梁設計。 </p