劉 穎

(1．太原理工大學，山西 太原 030024;2．太原市城市建設管理中心，山西 太原 030009)

1 工程概況

某預應力混凝土連續(xù)梁全長177．5 m，計算跨度為(48+80+48)m，中支點處梁高6．65 m，跨中9 m直線段及邊跨13．25 m直線段梁高3．85 m，梁底下緣二次拋物線變化，邊支座中心線至梁端0．75 m。梁體為單線單室結構，頂寬12．0 m，底寬6．7 m。如圖1所示，該梁采用掛籃懸臂法澆筑施工，對稱懸澆的節(jié)塊數(shù)量為10個，目前已懸臂施工到9號節(jié)塊，即將開展邊跨直線段施工。

圖1 預應力筋布置局部圖

如圖2所示，該連續(xù)梁大里程側與6×32 m預應力混凝連續(xù)梁相接。由于施工工期緊迫，急需先行施工連續(xù)梁大里程側的6×32 m預應力混凝土連續(xù)梁。但是，當該部分施工完畢后，后續(xù)施工的(48+80+48)m連續(xù)梁將沒有操作空間進行B9，B10鋼束的張拉作業(yè)，即B9，B10鋼束(合計8束)只能進行梁內(nèi)單端張拉作業(yè)，而該梁原設計的鋼束張拉方式為兩端張拉。

圖2 梁端施工情況

預應力筋的張拉方式由兩端張拉變更為單端張拉將會改變結構的受力狀態(tài)，可能對結構帶來不利影響，為了彌補B9，B10鋼束張拉方式改變的不利影響，擬采取如下方式進行調(diào)整:1)大、小里程底板束B9，B10由兩端張拉變更為梁內(nèi)單端張拉;2)大、小里程底板束B13，B14的張拉控制應力均由1 287 MPa，1 274 MPa調(diào)整為1 230 MPa;3)9號、10號節(jié)塊的頂板束T11，T12由15-7φ5調(diào)整為17-7φ5，張拉控制應力保持1 253 MPa不變。以下將對這一施工方案的變更進行檢算，確保結構受力狀態(tài)與原設計差異較小，并確定最終的變更方案。

2 計算模型及參數(shù)選取

2．1 計算模型

本橋整體模型采用平面有限元程序BSAS建立(見圖3)，全橋共采用61個梁單元，62個節(jié)點。在模型中按照實際的施工順序，對每個現(xiàn)澆節(jié)塊施工分為澆筑混凝土、張拉預應力兩種荷載工況。在施工過程中，結構的安裝與拆除、荷載的加載與卸載、邊界條件的改變等均通過相應組的激活與鈍化實現(xiàn)。

圖3 整體模型結構圖

2．2 參數(shù)選?。?，2］

梁體混凝土強度等級為C50，容重取26．0 kN/m3，附屬設備自重(二期恒載)取114．3 kN/m。混凝土收縮徐變計算中，年平均濕度取70%。基礎變位按相鄰橋墩沉降量之差2 cm考慮，并考慮不同橋墩不均勻沉降的最不利組合。

列車荷載采用ZK活載，沖擊系數(shù)根據(jù)規(guī)范計算為0．985。體系升溫按+20℃計，體系降溫按－20℃計。日照溫差按頂板升溫5℃考慮。

鑒于此梁為部頒通用圖，而此次變更方案僅針對少量邊跨合龍束，故荷載組合適當精簡。梁部荷載組合為:1)主力組合:恒載+ZK活載(計入沖擊系數(shù));2)主力+縱向附加力組合:主力+溫度荷載(整體升降溫+頂板升溫)。其中，恒載包括:自重、二期恒載、預應力、收縮、徐變、基礎變位。

3 結構檢算

3．1 截面正應力

圖4，圖5分別給出了主力組合、主力+附加力組合下的截面上、下緣正應力。根據(jù)規(guī)范規(guī)定［3］:主力組合下，σc≤0．5fc=16．75 MPa;主力 + 附加力組合下，σc≤0．55fc=18．425 MPa。

圖4 主力組合下的截面正應力

圖5 主力+附加力組合下的截面正應力

從計算結果可以看出:1)在主力組合下，上緣最大壓應力為10．14 MPa，上緣最小壓應力為 0．18 MPa，下緣最大壓應力為11．57 MPa，下緣最小壓應力為0．41 MPa;2)在主力+附加力組合下，上緣最大壓應力為11．5 MPa，上緣最小壓應力為1．44 MPa，下緣最大壓應力為10．94 MPa，最小壓應力為0．39 MPa;3)截面上緣最小壓應力的最不利組合為主力組合，截面下緣最小壓應力的最不利組合為主+附組合;4)截面上緣最大壓應力的最不利組合為主+附組合，截面下緣最小壓應力的最不利組合為主力組合。

主力組合下，邊跨跨中主梁上緣最小正應力為0．18 MPa，但計算表明恒載作用下該處最小正應力為1．44 MPa，可知主梁上緣出現(xiàn)較小正應力的原因是ZK活載。一般來說，通過調(diào)整邊跨頂板合龍束可以適當改善頂板正應力偏小的現(xiàn)象，但是由于目前主梁已懸澆至9號節(jié)塊，不再具備調(diào)整頂板合龍束的條件。變更方案中考慮將頂板束T11，T12的根數(shù)適當增加，面積增加13%，但由于T11，T12鋼束合計僅4束，故效果有限。

此外，主墩處主梁下緣最小正應力為0．41 MPa，主要原因是計算中支座沉降按照最大值2 cm考慮，偏于保守。

綜上所述，主力組合或主力+附加力組合下，雖然主梁在某些位置出現(xiàn)了壓應力小于0．5 MPa的情況，但出現(xiàn)的位置極少，且主要由列車瞬時加載引起;此外，規(guī)范也僅要求主梁不出現(xiàn)拉應力，故當前由于變更設計導致結構出現(xiàn)局部較小壓應力的情況是可以接受的。

在運營荷載作用下，混凝土剪應力應符合下式要求:τc=ττp≤0．17fc=5．695 MPa。根據(jù)計算結果，主梁在主力組合下的最大剪應力為3．51 MPa，主力+附加力組合下的最大剪應力為3．51 MPa，均滿足規(guī)范要求。

3．2 主應力

根據(jù)規(guī)范規(guī)定［3］:主力組合下，不允許開裂混凝土的主拉應力應滿足 σtp≤fct=3．1 MPa，主壓應力應該滿足 σcp≤0．6fc=20．1 MPa;主力+附加力組合下，不允許開裂混凝土主拉應力σtp≤fct=3．1 MPa，主壓應力應滿足 σcp≤0．66fc=22．1 MPa。

從上述計算結果可以看出:主力組合下，混凝土最大主拉應力為2．25 MPa，最大主壓應力為9．88 MPa，均滿足規(guī)范要求;主力+附加力組合下，混凝土最大主拉應力為2．27 MPa，最大主壓應力為9．75 MPa，均滿足規(guī)范要求。

3．3 抗裂性

主力組合下，抗裂安全系數(shù)最小值為1．63;主力+附加力組合下，抗裂安全系數(shù)最小值 1．53，均滿足規(guī)范要求(Kf≥1．2)［3］。

3．4 正截面強度

主力組合下，主墩處主梁最小值為2．57(未考慮消峰作用)，中跨跨中最小值為2．59;主力+附加力組合下，主墩處主梁最小值為2．55(未考慮消峰作用)，中跨跨中最小值為2．47，主梁正截面抗彎強度均滿足規(guī)范要求［3］。

3．5 預應力筋應力幅

根據(jù)規(guī)范［3］，預應力筋的容許應力幅為140 MPa，計算結果表明，主力、主力+附加力組合下的預應力筋應力幅均為57．36 MPa，均滿足要求。

4 結語

1)雖然主梁在某些位置出現(xiàn)了壓應力小于0．5 MPa的情況，但出現(xiàn)的位置極少，且主要由列車瞬時加載引起。此外，規(guī)范也僅要求主梁不出現(xiàn)拉應力，故當前由于變更設計導致結構局部出現(xiàn)較小壓應力的情況是可以接受的。

2)一般來說，通過調(diào)整邊跨頂板合龍束可以適當改善頂板正應力偏小的現(xiàn)象，但是由于目前主梁已懸澆至9號節(jié)段，故此方法效果有限。

3)主力組合或主+附組合下，結構抗裂性、強度及預應力筋應力幅等滿足規(guī)范要求。

擬變更設計內(nèi)容不會影響主梁的結構安全，擬變更設計方案是可行的。

［1］ TB 10002．1-2005，鐵路橋涵設計基本規(guī)范［S］．

［2］ TB 10020-2009，高速鐵路設計規(guī)范(試行)［S］．

［3］ TB 10002．3-2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范［S］．