浅谈预应力I梁结构受力与应用

浅谈预应力I梁结构受力与应用

鬲鹏飞范振伟

中交公路规划设计院有限公司海南海口570100

摘要：预应力混凝土I梁以其简单的结构体系、跨径较大、结构轻便，且I梁预制、运梁、养护等优势而应用于桥梁工程当中[1]。目前该结构主要应用于等级较高公路桥梁当中，在等级较低的农村公路桥梁上极少应用。本文以海南农村公路上跨越某水利渠桥梁为例，对农村公路桥梁采用I梁进行研究分析[2]。

关键词：预应力I梁；横向分布系数；共同受力

一、工程概况

本桥为海南农村公路上跨越某水利渠桥梁，水利渠宽度33m，本桥上部结构采用1×35m跨径I梁结构，桥梁全宽7.5m，桥面净宽为6.5m，横断面布置为0.5m（护栏）+6.5m（行车道）+0.5m（护栏）。下部采用柱式台，桩径1.6m。桥梁横断面如下图所示：

图1桥梁横断面布置

本桥横向共布置三片I梁，梁间距2.5m，边板悬臂1.25m。I梁高1.7m，桥面板厚30cm。桥面铺装采用10cm厚C50混凝土铺装，两侧设置混凝土防撞护栏。

二、计算模型

I梁计算采用MIDAS/CIVIL梁单元进行建模，按主梁实际构造进行结构离散，并考虑桥梁的施工过程，分别对中梁和边梁进行单梁建模计算分析，单梁模型共计22个单元，如图2所示：

图2单梁模型

施工阶段作用在梁上的作用包括主梁自重、横隔板重量、桥面板湿重；二期荷载包括桥面铺装，防撞护栏；使用阶段包括混凝土收缩徐变、系统温度及梯度温度、支座不均匀沉降。汽车荷载按公路—Ⅱ级荷载。

三、计算分析

3.1理论依据

I梁采用先主梁后桥面板的施工工序，导致I梁在施工阶段和成桥阶段的受力状态不同，具体分为两个阶段：

阶段一：现浇桥面板未达到强度标准值之前，所有荷载均由I梁承担，荷载作用考虑I梁自重、现浇桥面板湿重及其他施工荷载；

阶段二：现浇桥面板达到强度标准值后，与I梁良好结合，共同受力，荷载作用包括I梁、桥面板自重、二期荷载及使用阶段的荷载。

3.2计算结果对比

本桥为一跨简支梁，选跨中最不利位置进行计算对比，I梁单梁采用刚接板梁法计算桥梁横向分布系数计算结果见表1：

表1横向分布系数

施工阶段，考虑现浇桥面板跟I梁结合前后，即作为湿重作用在I梁上、与I梁共同受力两种状态，主梁受力情况见表2：

表2施工阶段应力

由于张拉预应力的原因，I梁全截面受压，上缘压应力明显大于下缘压应力。桥面板达到标准前后，I梁上下缘应力有一个明显的变化，当桥面板达到标准强度后，中梁上缘应力降低了2.3MPa，下缘应力提高1.3MPa；边梁上缘应力降低了1.7MPa，下缘应力提高0.9MPa。说明当桥面板达到标准强度后，与I梁良好结合良好，共同受力，I梁的应力储备增大，这对于I梁后期受力更加有利。

四、与其他常规结构的对比

目前常规结构桥梁，如空心板、T梁、小箱梁等均采用直接吊装主梁，再进行桥面二期施工，对于海南农村公路上的桥梁所在地区多为偏僻地区，桥梁所在路段路宽较窄，大型吊装设备不易进场进行施工，采用这三种结构形式存在以下几个问题：⑴目前空心板梁最大跨径可到20m，对于这种跨水利渠且跨径大于20m的桥梁需在渠中增加桥墩；⑵桥宽较窄，小箱梁横向布置不易实现，目前国内大部分通用的小箱梁横向布置最少为4片主梁，且小箱梁吊装重量大；⑶T梁相对小箱梁吊装重量较低，但T梁结构高度较高，35米跨径T梁的结构高度为2.3m。

相对于以上三种结构型式，I梁跨径相对于空心板提高的空间更大。由于I梁采用预制吊装，桥面板采用现浇的施工方案，桥面宽度的调节空间更大，吊装重量更轻便，相对于T梁结构高度更低。根据计算结果，当现浇桥面板与预制I梁结合良好共同受力，可增大I梁的应力储备，后期受力更加优越。

结语：本文以海南农村跨某水利渠桥梁方案为例，通过对于农村公路上桥跨较大、桥宽较窄桥梁方案的阐述，并通过对预应力I梁建立模型计算，分析研究I梁受力性能。最后与目前国内常用结构型式对比，得出预应力I梁具有的优点及适用范围，对以后偏远地区农村公路上桥梁方案提供更多参考性。

参考文献：

[1]杨专，张安平泰国东海岸复线铁路25mＩ梁设计中国水运，2017年5月.

[2]王飞，黑世强浅谈塞尔维亚规范和预制Ｉ梁结构公路，2016年9月第9期