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摘要：广中江高速公路与高压电塔部分共线段因受外界因素限制，下部采用倒“T”大悬臂盖梁
结构（以下简称大悬臂盖梁），此结构既满足了高压电塔桩基与桥梁桩基最小桩间净距的要求，同时能满足中山市北二环在桥下共线并行的要求。大悬臂盖梁标准悬臂尺寸11.325m，最大悬臂尺寸达12.654m，超过此悬臂尺寸盖梁额外增加了辅助墩。施工过程中预应力钢束须分多批次张拉，对于加设辅助墩的盖梁尤其注意避免负反力的出现。
关键词：设计；大悬臂；盖梁；负反力
中图分类号：U412文献标识码： A
一、工程概况
广中江（江门至广州番禺）高速公路全线采用高速公路技术标准，设计行车速度100km/h，双向六车道，路基宽度33.5m，桥下地面道路为规划中山市北二环，分上下行两幅路，两侧机动车道各2条，宽9.25m，设计行车速度60km/h，两侧辅助车道宽5m，人行道宽3m，中央分隔带宽1m。路线全长约50km，其中在中山市南头镇境内，高速公路走廊基本与广东电网公司的已建500kV狮洋至五邑高压线路走廊一致，此段高速公路长约20公里，平面位置处于顺广甲、乙高压线之间。由于江番高速公路路线走廊位置的限制，部分路段桥梁桩基础与高压铁塔桩基础间距较近。一旦桥梁基础施工期间对铁塔基础结构安全产生较大影响，或者建成后基础变形和沉降超出限度，可能会造成输电线路故障停电，社会影响面较大，同时会造成巨大的经济损失。为避免高速公路对电塔造成不利影响，故要求桥梁基础与铁塔基础的净距L≥10m，此条件成为高速公路布跨、选择结构形式的必要考虑因素。同时桥面设计标高要满足相关规程和规范对高压线路与高速公路最小垂直距离不小于14米的要求，即在满足桥下净空不小于5m的情况下，对建筑高度有一定限制。江番高速与高压电塔位置关系如图1：
图1：公路与高压线关系示意图
二、结构选型
电塔桩基与桥梁桩基净距要求10m以上，且桥下规划了双向四车道的中山市北二环，从
以上两点因素出发，设计考虑两种方案：1）大悬臂方案；2）大门架方案。两种方案分别介绍如下：
1.大悬臂方案
上部结构采用25m跨径结构简支预制箱梁，下部采用倒“T”型大悬臂盖梁，双柱墩，中山市北二环布置在墩两侧。结构布置见下图：
图2：大悬臂方案断面图
2.大门架方案
上部结构采用跨径46~55m的现浇箱梁，左右幅横隔梁连接通长设置，下部结构采用矩形墩，整幅布置两个墩，中山市北二环行车道从墩间通过。结构布置见下图：
图3：大门架方案断面图
两种方案均能满足功能上的要求，但无论从经济性还是美观方面来比较，大悬臂方案都比大门架方案具备更明显的优越性，故选择大悬臂方案。
三、大悬臂盖梁设计
1.标准盖梁的构造尺寸
鉴于盖梁悬臂较长，上部恒、活载大，一方面为满足刚度要求，另一方面为满足桥下净空要求，盖梁截面形式采用倒T型，盖梁宽32.4m，悬臂长11.325m，根部高为4.224m，端部高为2.4m。顶宽1.4m。立柱采用双柱矩形墩，单柱横桥向宽3m，顺桥向宽1.6m。标准盖梁详见“盖梁构造图（一）”。
图4：盖梁构造图（一）
2.结构建模分析
结构的受力采用QJX软件进行建模计算分析，总体静力计算采用平面杆系理论，盖梁为平面梁单元。由于上部预制箱梁采用先简支后桥面连续结构，根据上部施工荷载组合对盖梁进行内力、应力、极限承载力计算，验算结构在施工阶段、运营阶段应力、盖梁极限承载力是否符合规范要求。一期恒载包括盖梁、上面架设的预制组合箱梁（裸梁）等材料重量，二期恒载为防撞护栏、防护罩及桥面铺装。汽车荷载按单向4车道加载设计，考虑多车道横向折减系数0.67，对于桥梁下部结构产生最不利情况考虑。
图5：盖梁计算模型
3.预应力体系
盖梁采用C50混凝土，预应力筋采用技术性能符合国标《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224—2003標准的高强度低松弛7股钢绞线，公称直径15.2mm，抗拉强度标准值fpk=1860MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa，1000小时后应力松弛率不大于2.5%（符号表示φs15.2）。预应力孔道采用耐腐蚀、密封性能好的高密度聚乙烯或聚丙烯波纹管成型，并采用真空辅助压浆工艺。预应力损失参数：管道摩阻系数K=0.17，孔道偏差系数μ=0.0015，锚具变形及钢束回缩值（一端）6mm。
根据上部恒、活载最不利位置加载，经过计算，需布置5种钢束，共16束，其中12束为16根φs15.2的钢绞线，另4束为12根φs15.2的钢绞线。钢束布置如图
图6：盖梁预应力钢束布置图
4.盖梁的施工步骤
1)先施工墩柱，后立模浇注盖梁混凝土。
2)待混凝土强度达到设计强度90%、混凝土龄期不少于7天，方可张拉钢束。
3)施工中，先对称张拉N1和N5。
4)按先中间后两边的顺序依次由内（靠近设计线处）到外对称加设全部梁体。
5)再按N2~N4的顺序对称张拉余下钢束，对称张拉钢束时先对称张拉外侧两束，再张拉内侧一（两）束。
6)进行桥面铺装、伸缩缝、人行道、护栏的施工。
5.盖梁受力分析
盖梁的施工阶段计算模拟均需要与实际施工一致。本桥墩盖梁共有N1~N5号钢束，从上至下4排，如图7所示：
图7：盖梁预应力钢束横断面图
5.1施工阶段应力分析
盖梁按短暂状况设计时，应计算分批张拉预应力钢束、架设预制梁和成桥时盖梁混凝土拉应力不超JTG D62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》限值，施工阶段的盖梁控制应力决定了预应力的张拉批次和架梁顺序。
张拉第一批钢束后盖梁上、下缘正应力图
架梁后盖梁上、下缘正应力图
张拉第二批钢束后盖梁上、下缘正应力图
成桥阶段盖梁上、下缘正应力图
图8：施工阶段盖梁截面应力包络图（MPa）
预应力混凝土受弯构件，在预应力和构建自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力应符合下列规定：压应力，拉应力。
由计算结果可知，施工阶段上缘未出现拉应力，最大压应力为8.63MPa；下缘最大拉应力为3.16 MPa，以上结果均满足规范要求。
5.2运营阶段应力分析
盖梁按全预应力构件设计，按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段正截面混凝土的法向压应力、受拉区钢筋的拉应力和斜截面混凝土的主压应力，并不得超过JTG D62—2004规范限值，即需满足下列规定：
受压区混凝土的最大压应力：
受拉区钢绞线的最大拉应力：
混凝土的主压应力：
正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算，并应符合下列要求：
全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下：现场浇注构件
斜截面抗裂应对构件斜截面混凝土的主拉应力进行验算，并应符合下列要求：
全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下：现场浇注构件
使用阶段盖梁的主拉、主压应力、在短期效应组合作用下及标准组合作用下的正应力如图9所示。
盖梁截面6点主拉应力图
盖梁截面6点主压应力图
短期效应组合下盖梁上、下缘最大最小正应力
标准组合下盖梁上、下缘最大最小正应力
图9：运营阶段盖梁截面应力包络图（MPa）
四、加支撑大悬臂盖梁
对于加设辅助墩的大悬臂盖梁钢束配置型式与标准大悬臂盖梁有所不同，在配束时除了考虑盖梁施工阶段的控制应力以外，重点须考虑外加支撑位置支座不能在施工过程中出现负反力。加支撑盖梁详见“盖梁构造图（二）”。
图10：盖梁构造图（二）
结语
1.针对项目本段线路特点，采用倒“T”大悬臂盖梁结构 ，是最优方案，满足了功能上的要求，节省占用城市空间，对于寸土寸金的珠三角地区来说，具有较大的经济和环保意义。
2.大悬臂盖梁造型新颖、简洁大气，倒“T”型结构使上下部结构融为一体，没有普通盖梁的笨重感，桥下空间宽敞通透，视野开阔，使驾驶者的心情舒畅。
3.大悬臂预应力盖梁设计较复杂，施工难度较大，对施工技术要求较高。在布置预应力钢束时全部设计在梁端张拉，和在盖梁梁底张拉相比，降低了张拉预应力的难度，封锚混凝土的外观也更易保证。
参考文献：
[1] 俞露《大悬臂预应力混凝土盖梁受力特性分析》[J] 中国市政工程2010年4月 第2期（总第145期）：25~27页
[2] 王连红，崔明《北京阜石路高架桥设计》[J] 市政技术2009年5月 第3期（第27卷）：248~251页
[3] JTGD60 2004，《公路桥涵设计通用规范》[S]
[4] JTGD62 2004，《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[S]
结构（以下简称大悬臂盖梁），此结构既满足了高压电塔桩基与桥梁桩基最小桩间净距的要求，同时能满足中山市北二环在桥下共线并行的要求。大悬臂盖梁标准悬臂尺寸11.325m，最大悬臂尺寸达12.654m，超过此悬臂尺寸盖梁额外增加了辅助墩。施工过程中预应力钢束须分多批次张拉，对于加设辅助墩的盖梁尤其注意避免负反力的出现。
关键词：设计；大悬臂；盖梁；负反力
中图分类号：U412文献标识码： A
一、工程概况
广中江（江门至广州番禺）高速公路全线采用高速公路技术标准，设计行车速度100km/h，双向六车道，路基宽度33.5m，桥下地面道路为规划中山市北二环，分上下行两幅路，两侧机动车道各2条，宽9.25m，设计行车速度60km/h，两侧辅助车道宽5m，人行道宽3m，中央分隔带宽1m。路线全长约50km，其中在中山市南头镇境内，高速公路走廊基本与广东电网公司的已建500kV狮洋至五邑高压线路走廊一致，此段高速公路长约20公里，平面位置处于顺广甲、乙高压线之间。由于江番高速公路路线走廊位置的限制，部分路段桥梁桩基础与高压铁塔桩基础间距较近。一旦桥梁基础施工期间对铁塔基础结构安全产生较大影响，或者建成后基础变形和沉降超出限度，可能会造成输电线路故障停电，社会影响面较大，同时会造成巨大的经济损失。为避免高速公路对电塔造成不利影响，故要求桥梁基础与铁塔基础的净距L≥10m，此条件成为高速公路布跨、选择结构形式的必要考虑因素。同时桥面设计标高要满足相关规程和规范对高压线路与高速公路最小垂直距离不小于14米的要求，即在满足桥下净空不小于5m的情况下，对建筑高度有一定限制。江番高速与高压电塔位置关系如图1：
图1：公路与高压线关系示意图
二、结构选型
电塔桩基与桥梁桩基净距要求10m以上，且桥下规划了双向四车道的中山市北二环，从
以上两点因素出发，设计考虑两种方案：1）大悬臂方案；2）大门架方案。两种方案分别介绍如下：
1.大悬臂方案
上部结构采用25m跨径结构简支预制箱梁，下部采用倒“T”型大悬臂盖梁，双柱墩，中山市北二环布置在墩两侧。结构布置见下图：
图2：大悬臂方案断面图
2.大门架方案
上部结构采用跨径46~55m的现浇箱梁，左右幅横隔梁连接通长设置，下部结构采用矩形墩，整幅布置两个墩，中山市北二环行车道从墩间通过。结构布置见下图：
图3：大门架方案断面图
两种方案均能满足功能上的要求，但无论从经济性还是美观方面来比较，大悬臂方案都比大门架方案具备更明显的优越性，故选择大悬臂方案。
三、大悬臂盖梁设计
1.标准盖梁的构造尺寸
鉴于盖梁悬臂较长，上部恒、活载大，一方面为满足刚度要求，另一方面为满足桥下净空要求，盖梁截面形式采用倒T型，盖梁宽32.4m，悬臂长11.325m，根部高为4.224m，端部高为2.4m。顶宽1.4m。立柱采用双柱矩形墩，单柱横桥向宽3m，顺桥向宽1.6m。标准盖梁详见“盖梁构造图（一）”。
图4：盖梁构造图（一）
2.结构建模分析
结构的受力采用QJX软件进行建模计算分析，总体静力计算采用平面杆系理论，盖梁为平面梁单元。由于上部预制箱梁采用先简支后桥面连续结构，根据上部施工荷载组合对盖梁进行内力、应力、极限承载力计算，验算结构在施工阶段、运营阶段应力、盖梁极限承载力是否符合规范要求。一期恒载包括盖梁、上面架设的预制组合箱梁（裸梁）等材料重量，二期恒载为防撞护栏、防护罩及桥面铺装。汽车荷载按单向4车道加载设计，考虑多车道横向折减系数0.67，对于桥梁下部结构产生最不利情况考虑。
图5：盖梁计算模型
3.预应力体系
盖梁采用C50混凝土，预应力筋采用技术性能符合国标《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224—2003標准的高强度低松弛7股钢绞线，公称直径15.2mm，抗拉强度标准值fpk=1860MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa，1000小时后应力松弛率不大于2.5%（符号表示φs15.2）。预应力孔道采用耐腐蚀、密封性能好的高密度聚乙烯或聚丙烯波纹管成型，并采用真空辅助压浆工艺。预应力损失参数：管道摩阻系数K=0.17，孔道偏差系数μ=0.0015，锚具变形及钢束回缩值（一端）6mm。
根据上部恒、活载最不利位置加载，经过计算，需布置5种钢束，共16束，其中12束为16根φs15.2的钢绞线，另4束为12根φs15.2的钢绞线。钢束布置如图
图6：盖梁预应力钢束布置图
4.盖梁的施工步骤
1)先施工墩柱，后立模浇注盖梁混凝土。
2)待混凝土强度达到设计强度90%、混凝土龄期不少于7天，方可张拉钢束。
3)施工中，先对称张拉N1和N5。
4)按先中间后两边的顺序依次由内（靠近设计线处）到外对称加设全部梁体。
5)再按N2~N4的顺序对称张拉余下钢束，对称张拉钢束时先对称张拉外侧两束，再张拉内侧一（两）束。
6)进行桥面铺装、伸缩缝、人行道、护栏的施工。
5.盖梁受力分析
盖梁的施工阶段计算模拟均需要与实际施工一致。本桥墩盖梁共有N1~N5号钢束，从上至下4排，如图7所示：
图7：盖梁预应力钢束横断面图
5.1施工阶段应力分析
盖梁按短暂状况设计时，应计算分批张拉预应力钢束、架设预制梁和成桥时盖梁混凝土拉应力不超JTG D62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》限值，施工阶段的盖梁控制应力决定了预应力的张拉批次和架梁顺序。
张拉第一批钢束后盖梁上、下缘正应力图
架梁后盖梁上、下缘正应力图
张拉第二批钢束后盖梁上、下缘正应力图
成桥阶段盖梁上、下缘正应力图
图8：施工阶段盖梁截面应力包络图（MPa）
预应力混凝土受弯构件，在预应力和构建自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力应符合下列规定：压应力，拉应力。
由计算结果可知，施工阶段上缘未出现拉应力，最大压应力为8.63MPa；下缘最大拉应力为3.16 MPa，以上结果均满足规范要求。
5.2运营阶段应力分析
盖梁按全预应力构件设计，按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段正截面混凝土的法向压应力、受拉区钢筋的拉应力和斜截面混凝土的主压应力，并不得超过JTG D62—2004规范限值，即需满足下列规定：
受压区混凝土的最大压应力：
受拉区钢绞线的最大拉应力：
混凝土的主压应力：
正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算，并应符合下列要求：
全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下：现场浇注构件
斜截面抗裂应对构件斜截面混凝土的主拉应力进行验算，并应符合下列要求：
全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下：现场浇注构件
使用阶段盖梁的主拉、主压应力、在短期效应组合作用下及标准组合作用下的正应力如图9所示。
盖梁截面6点主拉应力图
盖梁截面6点主压应力图
短期效应组合下盖梁上、下缘最大最小正应力
标准组合下盖梁上、下缘最大最小正应力
图9：运营阶段盖梁截面应力包络图（MPa）
四、加支撑大悬臂盖梁
对于加设辅助墩的大悬臂盖梁钢束配置型式与标准大悬臂盖梁有所不同，在配束时除了考虑盖梁施工阶段的控制应力以外，重点须考虑外加支撑位置支座不能在施工过程中出现负反力。加支撑盖梁详见“盖梁构造图（二）”。
图10：盖梁构造图（二）
结语
1.针对项目本段线路特点，采用倒“T”大悬臂盖梁结构 ，是最优方案，满足了功能上的要求，节省占用城市空间，对于寸土寸金的珠三角地区来说，具有较大的经济和环保意义。
2.大悬臂盖梁造型新颖、简洁大气，倒“T”型结构使上下部结构融为一体，没有普通盖梁的笨重感，桥下空间宽敞通透，视野开阔，使驾驶者的心情舒畅。
3.大悬臂预应力盖梁设计较复杂，施工难度较大，对施工技术要求较高。在布置预应力钢束时全部设计在梁端张拉，和在盖梁梁底张拉相比，降低了张拉预应力的难度，封锚混凝土的外观也更易保证。
参考文献：
[1] 俞露《大悬臂预应力混凝土盖梁受力特性分析》[J] 中国市政工程2010年4月 第2期（总第145期）：25~27页
[2] 王连红，崔明《北京阜石路高架桥设计》[J] 市政技术2009年5月 第3期（第27卷）：248~251页
[3] JTGD60 2004，《公路桥涵设计通用规范》[S]
[4] JTGD62 2004，《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[S]