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1工程概況

上橫梁斷面高度由中心處6m漸變至根部處8m，上下曲線均為圓曲線，半徑分別為99．74m、101．46m。采用單箱單室截面，上橫梁順橋向等寬5．5m，上橫梁四個(gè)側(cè)墻壁厚均為1．35m。下橫梁斷面高度由中心處5m漸變至根部處8m，下曲線為圓曲線，半徑為75．02m。下橫梁順橋向等寬9m。采用單箱單室截面，下橫梁左右側(cè)墻壁厚均為1．35m，上下側(cè)墻壁厚均為1m。上、下橫梁均設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絞線。所有預(yù)應(yīng)力錨固點(diǎn)均設(shè)在塔柱外側(cè)，采用深埋錨工藝，預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管、真空壓漿工藝。

2索塔橫梁的設(shè)計(jì)與計(jì)算

因維修和養(yǎng)護(hù)引起的最不利荷載同樣也控制設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)階段須提前做好準(zhǔn)備，以降低后續(xù)維修和養(yǎng)護(hù)的難度，因此考慮維修和養(yǎng)護(hù)的極端工況是十分必要的。注意弧線形構(gòu)造對(duì)承載力的影響大橋索塔橫梁承載力計(jì)算的控制性荷載類型為扭矩，主要是因?yàn)楸緲蛩魉M梁為弧線形橫梁，跨中截面偏小，抗扭截面驗(yàn)算和抗扭承載力驗(yàn)算往往不易通過，因此設(shè)計(jì)時(shí)須著重加強(qiáng)橫梁的抗扭承載能力，特別是在橫梁尺寸擬定時(shí)應(yīng)注意提高截面的抗扭特性，避免截面尺寸的反復(fù)修改?；【€形橫梁預(yù)應(yīng)力鋼束產(chǎn)生的徑向力對(duì)橫梁腹板產(chǎn)生較大的豎向拉力，設(shè)計(jì)時(shí)注意加強(qiáng)腹板的抗拉承載能力，并盡量增大弧形鋼束半徑(根據(jù)徑向力公式N/R=F可推斷，半徑越大，鋼束產(chǎn)生的徑向力越小)，以降低徑向力的影響。施工態(tài)應(yīng)力控制的影響因素在進(jìn)行索塔橫梁施工態(tài)應(yīng)力計(jì)算時(shí)主要注意以下兩個(gè)因素的影響:下橫梁預(yù)應(yīng)力對(duì)索塔根部應(yīng)力的影響。本項(xiàng)目下塔柱高度僅17m左右，相對(duì)常規(guī)使勁拉橋的下塔柱而言偏矮，在下橫梁預(yù)應(yīng)力張拉后，索塔根部產(chǎn)生了3．4MPa的拉應(yīng)力，與其他荷載組合后，可能使索塔根部無法滿足正常使用要求，甚至產(chǎn)生局部微裂縫。使勁拉橋索塔設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量增加下橫梁以下塔柱(簡(jiǎn)稱下塔柱)的高度，避免因下塔柱偏矮，塔身剛度大，在橫梁預(yù)應(yīng)力作用下導(dǎo)致索塔根部拉應(yīng)力大幅增大。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，下塔柱高度可按使勁拉橋主橋橋跨L與橋面高度H1之比小于12～15倍確定。施工風(fēng)荷載對(duì)索塔橫梁應(yīng)力的影響。在計(jì)算施工階段時(shí)，大橋索塔橫梁因索塔塔身過高，所受的橫向施工風(fēng)荷載過大，導(dǎo)致橫梁施工態(tài)應(yīng)力超出規(guī)范要求，須特別引起設(shè)計(jì)人員的注意。施工態(tài)應(yīng)力控制方法以大橋索塔橫梁計(jì)算為例，為應(yīng)對(duì)上述不利因素的影響，擬定了施工工序。考慮如何減小索塔橫梁預(yù)應(yīng)力對(duì)索塔根部應(yīng)力的影響，通過多次計(jì)算比對(duì)，確定在索塔施工至下橫梁上緣以上18m高度處由內(nèi)向外設(shè)置5000kN的頂推力，待完成頂推后再澆筑下橫梁，該方法主要用以抵消索塔根部過大的拉應(yīng)力。另外，可綜合橫梁受力，采取適當(dāng)降低預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉控制應(yīng)力，或降低預(yù)應(yīng)力鋼束配筋率且同時(shí)降低構(gòu)件驗(yàn)算等級(jí)(如原采用全預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件驗(yàn)算，現(xiàn)可采用A類預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件驗(yàn)算)的措施，以減少索塔根部拉應(yīng)力。采取措施前后應(yīng)力對(duì)通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)上述兩種措施均可較好地減少索塔根部的拉應(yīng)力，特別是設(shè)置頂推力的措施，既對(duì)控制索塔根部拉應(yīng)力效果明顯，同時(shí)還不影響橫梁自身的應(yīng)力水平，值得推薦。其次考慮如何降低施工風(fēng)荷載對(duì)索塔橫梁應(yīng)力的影響。先根據(jù)橫梁恒載受力確定初步張拉的下橫梁鋼束根數(shù)，通過在不同的索塔高度反復(fù)驗(yàn)算橫梁應(yīng)力值，確定施工索塔的最大高度;再在施工到該索塔高度時(shí)完成剩余預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉。本項(xiàng)目根據(jù)上述方法確定在未澆筑下橫梁的情況下施工索塔的最大高度為54m。該方法同樣也能較好地控制施工階段索塔根部截面的拉應(yīng)力，因?yàn)橐咽┕ね甑闹兴鶠樗魉拷孛嫣峁┝溯^大的豎向壓力，儲(chǔ)備了一定的豎向壓應(yīng)力，可抵消部分索塔根部的拉應(yīng)力。這樣既可控制好施工階段橫梁應(yīng)力，又可很好地控制施工階段索塔根部應(yīng)力，保證了施工過程中結(jié)構(gòu)的安全，建議在今后的索塔橫梁設(shè)計(jì)中多采用。

3運(yùn)營(yíng)態(tài)應(yīng)力的控制及鋼束的布置要點(diǎn)

運(yùn)營(yíng)態(tài)應(yīng)力的影響因素索塔橫梁應(yīng)力的影響因素主要有:活載;風(fēng)荷載;環(huán)境溫度變化;局部溫度變化;鋼索與梁、塔之間的溫度差;塔左右溫度差。為控制諸多因素在運(yùn)營(yíng)態(tài)產(chǎn)生的應(yīng)力值，索塔橫梁須設(shè)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束。預(yù)應(yīng)力鋼束布置要點(diǎn)鋼束沿索塔橫梁頂?shù)拙壔【€形狀布置，使索塔橫梁受力更均衡;適當(dāng)彎起中間鋼束，以便調(diào)整主拉應(yīng)力;在保證結(jié)構(gòu)受力的條件下，盡量加大預(yù)應(yīng)力鋼束半徑，以減小鋼束徑向力對(duì)橫梁腹板產(chǎn)生的豎向拉應(yīng)力。以下列舉大橋索塔上下橫梁鋼束布置圖以供參考。本文通過大橋索塔橫梁的設(shè)計(jì)與計(jì)算，對(duì)索塔橫梁的一些關(guān)鍵性問題有以下幾點(diǎn)體會(huì):承載力計(jì)算時(shí)除考慮常規(guī)極端工況，還應(yīng)考慮維修和養(yǎng)護(hù)引起的極端工況，提前做好設(shè)計(jì)，以降低后續(xù)維修和養(yǎng)護(hù)的難度。注意橫梁弧線形構(gòu)造對(duì)承載力的影響，提高抗扭能力，降低鋼束徑向力。建議在設(shè)計(jì)階段減小下塔柱剛度，降低橫梁預(yù)應(yīng)力對(duì)下塔柱的影響，必要時(shí)可采用設(shè)置頂推力的方法改善下塔柱受力。建議在索塔施工到一定高度時(shí)分批張拉下橫梁預(yù)應(yīng)力，控制好下橫梁根部和索塔根部受力，保證施工過程中橫梁的結(jié)構(gòu)安全。在運(yùn)營(yíng)態(tài)橫梁應(yīng)盡可能做足壓應(yīng)力儲(chǔ)備，以降低其他不可預(yù)測(cè)因素對(duì)其正常使用的影響。

作者：黃琛單位：廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司