李斌斌
（广东龙浩公路桥梁工程有限公司，广东，广州，510000）
【摘 要】介绍汨罗江特大桥20m空心板台座设计方案，通过验算台座稳定性、台座配筋和钢横梁计算，确保台座安全性和空心板的质量。
【关键词】特大桥；先张法；空心板；台座设计
汨罗江特大桥是岳望高速公路全线的重点控制性工程之一，总长2605.12m。岳阳岸引桥为12孔20m简支转连续预应力砼空心板，望城岸堤内引桥为13孔40m简支转连续预应力砼T梁，望城岸堤外引桥设计为83孔20m预应力砼空心板，主跨以80m跨越汨罗江主航道。
1 工程概况
汨罗江特大桥20m预应力钢绞线采用符合ASTM A-416-87a ，标准φ15.24 的钢绞线，标准强度fpk=1860MPa，标准断面积Ai=139.9mm2，控制张拉应力0.75fpk =1395MPa。单根钢绞线张拉力为N=1395×139.9/1000=195.2KN。空心板中板设计为18根、边板20根钢绞线，台座按单片梁20根钢绞线应力荷载设计，梁体单片最大张拉力Nj=195.2×20=3904KN，按4000KN荷载进行台座设计。
2 台座设计
先张法台座设计为复合式台座，固定端设计钻孔灌注桩基础、端部重力墩、压柱、横联系梁。
张拉台座设计为长线型，长119.2m宽18.04m，设6条/5片预制梁生产线，两个制梁场，共90个台座。张拉台座由端部重力墩、压柱、横联系梁构成。压柱断面尺寸：边压柱80cm×80cm，中压柱100cm×80cm，压柱净间距184cm，压柱每10m设一道小横联系梁。固定端设计重力墩基础，重力墩牛腿根部预埋80cm×80cmδ40mm厚钢板，与钢箱梁联接。端部重力墩、压柱、横联系梁均浇筑C30钢筋砼，端部张拉横梁为2根I56a工字钢，用δ20mm厚钢板焊接成钢箱梁。
3 台座受力分析
3.1 张拉台座的稳定性验算
倾覆稳定性验算：Ko=M1/M 1.5
滑动稳定性验算：Kc=N1/N 1.3
Ko/ Kc-抗倾覆/抗滑动安全系数
M1-抗倾覆力矩
M-倾覆力矩
N-预应力筋的张拉力
e-张拉力合力作用点到传力墩倾覆转动点O的力臂 N1-抗滑动力
3.2 有关计算数据
台座受力计算宽度B=18.04m，台座前土体容重r=18KN/m，台座前土体内摩擦角φ=30°，台座与土体的摩擦系数μ=0.4，台座抵抗力f=300KN/m。
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3.3 抗倾覆验算
M=G1L1+G2L2=29946.4KN，M1=Njh1= 7200KN，Ko=M/M1=4.16>1.5(安全)
3.4 抗滑动验算
① 台面反力No=Bf=2232KN
② 台座与土体之间的摩擦力F=(G1+G2)×μ=2381.28KN
③ 压柱的反力
压柱的断面积A=800×800=640000 mm2，C30砼的轴心抗压强度为fck=17MPa，压柱纵向配筋为20Φ22的Ⅱ级钢筋，箍筋为间距200mm的Φ6钢筋，钢筋截面积Ag=7602mm2，Ⅱ级钢筋的抗拉强度为fpd=300MPa,长细比λ=10000/800=12.5，查钢筋混凝土的构件的弯曲系数取φ=0.92，工作安全系数rb=0.9，砼安全系数rc=1.25,钢筋安全系数rs=1.25，Nu`=rbφ(Afck/rc+fpdAg/rs)，则Nu=43587.9KN（按5个压柱计算）
④ 土压力反力(忽略不计)
N1=No+F+Nu+Ep=48201.13，Kc=N1/N= 2>1.3（安全）
4 张拉台座的配筋计算
4.1 牛腿高度抗裂验算0.75bho2ftk/(e+ 0.5ho) KfN
ftk-砼的抗裂设计强度 Kf-抗裂安全系数，取1.25 ho=2960mm
N-作用之牛腿上的标准荷载4000KN b=800mm
e-荷载N作用点至台面的距离50mm
0.75bho2ftk/(e+0.5ho)=5673.37KN>KfN=4960KN，Hk=150>h/3=83
4.2 牛腿配筋
① 纵向受拉钢筋截面面积Ag
因a/ho=0.12<0.3,取a/ho=0.3，Ag=Na/ 0.85Raho=4706mm2
选用纵向受拉钢筋为10φ28，Ag=6157 mm2，满足要求
② 弯起钢筋As
因a/ho=0.1<0.3,可不设弯起钢筋，为保证牛腿的安全，设置10φ28弯起钢筋
③ 牛腿的水平箍筋采用φ6且六肢箍筋，间距100mm，满足规范要求
④ 裂缝控制验算N<β bhoftk/(0.5+ a/ho)
取β=0.8，N=5078KN>4000KN
5 钢横梁计算
横梁选用I56a工字钢焊接而成，横梁长2.24m，两端与牛腿端头焊接成固结状态，可作简支梁计算。端部横梁其跨径为1.24m，按受均布荷载的简支梁考虑，q=3325.8KN/m，M=1/8qL2=620KN/m，V=qL/2=1612.9KN/m。
5.1 钢横梁组合截面的惯性矩计算
① 由材料型钢表，I56a工字钢惯性矩Ia=65576cm4
②钢板1和钢板1’的惯性矩I1=29269.33 cm4，惯性矩之和I1.1 =58538.66 cm4
③钢板2和钢板2’的惯性矩I2=23434.67 cm4，惯性矩之和I2.2=46869.34 cm4
④钢板3和钢板3’的惯性矩I3=28.67cm4，惯性矩之和I3.3=144709.34cm4
⑤钢横梁组合截面的惯性矩Iz= 292258.67cm4
5.2 钢横梁正应力强度验算
最大拉应力发生在跨中弯矩最大的截面上Mmax=q×L2/8=620KN/m
钢横梁下边缘截面抵抗矩Wz=Iz/Y= 9741.96cm3
最大正应力（下边缘截面处）σmax= Mmax /Wz =63.64MPa＜［σ］=215 MPa 满足正应力要求
5.3 钢横梁剪应力强度验算
I56a工字钢对重心轴静矩Sz=1368.8 cm3，钢横梁组合截面重心轴静矩Szmax= 9113.6cm3，钢横梁组合截面最大剪力Qmax= 2096.77KN，最大剪应力τmax=(Qmax×Szmax)/(Iz×b)=15.21MPa<［τ］=125MPa 满足强度要求
5.4 钢横梁刚度验算
fmax=1.7mm<［f］=3.1mm 满足刚度要求
钢横梁采用2根I56a工字钢焊接而成，其各项指标符合要求，结构安全。为防止工字钢偏心受压扭动，工字钢内侧加肋，焊接厚20mm的加肋钢板间距30cm。
6 端锚钢板尺寸
端锚钢板采用普通A3钢板制成，普通A3钢板力学性能[ ]=85MPa，根据先张法钢绞线位置，端锚板选择200×40×4cm的钢板做承压端锚钢板，端锚板上孔间距同预应力钢绞线的间距，孔径20mm。
剪应力校核：剪切面积A=L×δ=64000 mm2，τ=N/A=62.5MPa<[τ]=85MPa(剪切强度安全)
7 结论
综上所述，通过主要项目的计算验证空心板台座设计的安全性和合理性，为类似工程的设计和计算提供参考。
参考文献：
[1]《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）.
[2]《公路桥涵施工技术规范》(JTG T F50-2011).
[3]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》.
论文作者:李斌斌
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年9月供稿
论文发表时间:2016/1/15
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