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空心板橋標準化設計（病害分析、構造、結構計算），很值得思考

由艾三維BIM 發表于農業2021-07-03

簡介（六）橫向分佈係數計算空心板梁整體化現澆層厚度150mm，考慮整體化現澆層的一半厚度參與結構受力，並按設計圖紙中橋面佈置情況，建立以下橫橋向計算模型

汽車撞擊作用屬於什麼

空心板病害原因分析

空心板梁的病害不是獨立的，而是相互影響、相互制約的。譬如最常見的病害

支座脫空

危害較大，支座脫空勢必造成其他支座反力增大，超過支座承載能力，易引起支座本身的損壞；支座脫空會大大增加板梁橫向彎矩，易引起板梁板底縱裂；支座脫空對鉸縫的工作狀況會產生不利影響，會加劇鉸縫損壞，

進而會形成單板受力

，最終造成對板梁本身的損傷。

1、設計原因

廣東省空心板通用圖中，對鉸縫的驗算理論不完善，原設計中採用鉸接板理論計算鉸縫剪力較實際作用偏小忽略了鉸縫與預製空心板接觸面之間的粘結作用。

空心板鉸縫破損引起的“單板受力”問題

是空心板簡支梁橋最常見同時也是最致命的病害。

這一病害不僅直接導致梁體開裂，降低結構的承載能力與耐久性，同時還會引起和加速橋樑其他病害的產生和發展。

在我國，目前還沒有明確規定鉸縫如何進行抗剪計算，在以往的計算中，通常是以將鉸縫混凝土看作圬工材料，按圬工結構（《圬工規範》）直接受剪來計算鉸縫抗剪強度。

由於《圬工規範》未考慮鉸縫屬於先後澆混凝土粘結，導致鉸縫抗剪承載力計算值往往遠遠大於其設計值。

2、施工原因

鉸縫淺而窄，不利於鉸縫混凝土的振搗，導致混凝土不密實，強度達不到要求。

板梁鉸縫接觸面混凝土未進行粗糙處理，或鑿毛後沒有清除鬆動混凝土塊，從而降低了預製板與鉸縫混凝土間的粘結強度。

鉸縫混凝土澆注前，應將梁體側面溼潤，否則新老混凝土接觸面粘結效能較差。

支座安裝不平導致支座脫空，形成“三條腿”現象。車輛透過時造成空心板的振動，使鉸接縫混凝土處於很不利的受力狀態，久而久之，

鉸接縫混凝土逐漸破碎脫落。

施工時對整體化層內的鋼筋網位置控制不準等原因對鉸縫也有不利影響。

3、運營因素

過載運輸現象越來越嚴重，過載車輛對小跨徑橋樑的影響尤為顯著。

板梁損傷降低板梁剛度，又會反過來影響荷載的橫向分佈，從另一方面增大鉸縫的內力行車軌跡固定，車輛荷載的反覆作用下某些預製板鉸縫更易發生疲勞破壞。

4、擬採用對策

鉸縫設計和構造改進研究

根據鉸縫的受力特點，有針對性的改進鉸縫的構造要求，如增大鉸縫寬度、改變鉸縫配筋構造或形式等。

最佳化支座佈置

支座佈置是否合理不僅影響支座自身受力，也同樣影響主樑受力。常規簡支空心板一般佈置4個支座。在使用過程中，常常出現支座脫空現象。本專案擬分別針對4支座佈置、3支座佈置和2支座佈置等不同形式建立有限元模型，分析支座佈置形式對支座受力和梁體受力的影響。

加大橋面整體化層厚度

增加橋面整體化層厚度，可提高空心板梁橋整體性。

提出改善空心板梁力學效能的成套綜合改進措施

透過結構的模擬模擬，計算分析，綜合比選各方案，提出可有效改進空心板結構受力的成套綜合改進措施。研究採用綜合改進措施的空心板梁與現有空心板梁間的區別與具體改善效果。

提出施工及運營中的注意事項

針對可預見的混凝土常見病害，提出預製和吊裝空心板時相關注意事項，保證成橋質量。

空心板橋標準通用圖

（一）通用圖編制體系

裝配式預應力混凝土空心板通用圖編制體系如下表：

（二）橫斷面佈置

（三）主要結構尺寸

空心板頂底面均水平，空心闆闆寬按124cm設計。對於後張法空心板，跨中區段空心板腹板厚度為16cm，頂板、底板厚度均採用12cm，端部腹板厚度加厚為32cm，底板厚度加厚為25cm。對於先張法空心板，跨中區段空心板腹板厚度為16cm，頂板、底板厚度均採用12cm，端部腹板厚度加厚為24cm，底板厚度加厚為25cm。

（四）設計要點

1、標準圖結構體系為先簡支後橋面連續的體系，按部分預應力混凝土A類構件設計。150mm、面C50混凝土整體化現澆層中計入75mm參與結構受力。

2、結構設計採用不同的軟體進行分析，荷載橫向分配係數按鉸接板、剛接板法兩種計算方法進行對比分析，取大值控制設計。

空心板橋結構計算

（一）技術指標

以16m跨徑，路基寬度33。5m為例。

（二）結構佈置與構造

上部結構標準橫斷面圖（33。5m整體式路基）

上部結構標準橫斷面圖（34。5m整體式路基）

（三）施工方案

上部結構主樑的施工分為三個階段：

預製主樑：

1）後張法：首先預製空心板梁，待空心板混凝土強度和彈性模量達到設計強度的85％後，且混凝土齡期不小於7d時，方可張拉預應力鋼束。

2）先張法：首先張拉預應力束，然後澆築預製空心板，待混凝土立方體強度達到設計混凝土強度等級的85%後，且混凝土齡期不小於7天時，方可放張。

板梁安裝，現澆絞縫和整體化層：

存梁60～90天后，安裝板梁，並澆築絞縫和整體化層等。

瀝青混凝土橋面鋪裝和附屬設施的安裝。

（四）計算要點

根據結構的施工方案特點，按照下述內容進行結構受力分析：施工階段由預製空心板梁承擔自重、預應力、絞縫和現澆整體化層重量等作用效應；成橋階段，考慮絞縫和一半厚度的整體化層（75mm）參與結構受力，承擔橋面鋪裝、欄杆、汽車荷載和溫度荷載作用。

採用midas civil計算分析程式建立單梁模型進行分析計算，並用橋樑博士計算程式對結果進行了校核；

平面杆系採用荷載橫向分佈係數的方法將空心板簡化為單塊板進行計算，荷載橫向分佈係數採用鉸接板法和剛接板法計算。

驗算內容按預應力混凝土A類構件的有關規定執行。

（五）主要設計引數

1）混凝土：重力密度γ=26。0kN/m3；

2）瀝青混凝土：重力密度γ=24。0kN / m3；

3）年平均相對溼度：80％；

4）錨下控制張拉力：；

5）錨具變形與鋼束回縮值（一端）： △L＝6mm；

6）管道摩阻係數： μ＝0。25；

7）管道偏差係數： κ＝0。0015 1/m；

8）鋼束鬆弛係數： ζ＝0。3；

9）梯度溫度：豎向日照正溫差的溫度基數按110mm瀝青混凝土鋪裝層，考慮一半厚度的混凝土整體化層折減後採用；豎向日照反溫差為正溫差乘以-0。5；

10）存梁時間：30～90d。

（六）橫向分佈係數計算

空心板梁整體化現澆層厚度150mm，考慮整體化現澆層的一半厚度參與結構受力，並按設計圖紙中橋面佈置情況，建立以下橫橋向計算模型。以16m跨徑，33。5m路基寬度為例，計算模型見下。其他跨徑計算方法相同。

空心板梁橫向分佈計算模型（單位：mm）

荷載橫向分配係數採用鉸接板法和剛接板法兩種計算方法對比分析，取其中大值進行控制設計。

（七）衝擊係數計算

按照最新規範規定，採用結構基頻法來計算橋樑結構的衝擊係數，中板、邊板都採用整體橫斷面（考慮整體化層）

同樣，以16m跨徑預應力混凝土空心板為例：

自振頻率f1按照簡支梁橋的簡化計算公式計算

由結構基頻按照下面公式計算結構的衝擊係數可得

計算結果：邊板——0。335 ；中板——0。338

比較中板和邊板的衝擊係數計算結果，統一按照 μ=0。338進行計算

（八）主樑內力計算

以16m跨徑，33。5m路基寬度裝配式後張法預應力混凝土板梁為例，其主要計算過程包括以下部分：

基於結構基本資料，將簡支空心板結構劃分為20個單元21個節點，見下圖。選擇跨中截面、L/4截面和支點截面（剪力為距支點一個梁高處）作為計算控制截面。

單元離散圖

（九）持久狀況承載能力計算

正截面抗彎承載力驗算

取彎矩最大的跨中截面進行正截面抗彎承載力計算

荷載基本組合表示式

正截面抗彎承載能力驗算

斜截面抗剪承載力驗算

按照《公路橋規》規定，對於預應力混凝土簡支梁應選取截面變化點和距支點h/2處的截面進行斜截面抗剪承載力驗算，結合本橋實際構造特點和配筋情況，選擇L/4截面和支點截面作為驗算控制截面。

斜截面抗剪承載力驗算

（十）室內板（單向板）計算

空心板梁室內板按照單向板計算，計算圖示見下圖，其跨中截面為彎矩控制截面，對其進行承載能力極限狀態驗算。

空心板梁室內單向板計算圖（單位：mm）

（1）恆載作用

包括現澆混凝土層、瀝青混凝土鋪裝、橋面板自重作用，得到每延米板上的恆載集度g=9。13kN/m，則每米寬板條跨中截面的恆載內力彎矩。

（2）車輛荷載產生的內力

不考慮現澆整體化層參與工作，瀝青混凝土層厚110mm，現澆混凝土層厚150mm，可得：H=110+150=260mm，車輪荷載（a2×b2=200×600mm）經厚度為H的橋面鋪裝傳遞後，作用於橋面板上的均布荷載為：a1×b1；

衝擊係數：1+μ=1。3

計算可得：MAp=-8。48kN·m

（3）荷載組合

基本組合：

（4）承載能力極限狀態驗算

取寬1000mm，高120mm的矩形截面進行驗算。板內橫向配有直徑12mm的鋼筋，鋼筋種類為HRB335，鋼筋間距150mm，鋼筋中心距下緣距離為30mm。則其抗彎承載力

Mu=18。3kN·m>

所以，抗彎承載力滿足要求。

（十一）懸臂板計算

根據懸臂板的計算圖示可知，應選擇懸臂根部作為控制截面進行驗算，其承受荷載包括兩部分，一是恆載，即防撞欄杆自重、鋼筋混凝土和瀝青混凝土現澆層及懸臂自重，二是可變荷載，即汽車撞擊作用，下面首先計算上述各項荷載作用產生的內力大小，空心板懸臂根部截面的的彎距，考慮取縱橋向1m計算，不考慮混凝土現澆層參與受力。

（1）恆載作用

對於防撞欄參考相關資料，取荷載集度g1=4kN/m