摘要：先张法预应力T型梁是桥梁工程中的一种新型装配式构件，预应力T型梁下部支撑构件的稳定性会对T型梁的制作及后期安装有较大的影响。以荣乌高速公路桥梁工程为例，分别对3种预应力T型梁下部的支撑构件张拉台座、传力支墩、端横梁进行稳定性分析，得出以下结论：张拉台座满足抗倾覆和抗滑移稳定性要求，边张拉台座的稳定性高于中张拉台座；预应力T型梁下的支墩均满足稳定性要求，系梁连接后的单排边支墩+中支墩组合形式下的稳定系数最大；端横梁混凝土的最大拉应力位于梁端部且靠近双T型梁槽口方向，最大压应力在槽口处有所减小，钢筋最大拉应力位于端横梁中部。
关键词：预应力双T型梁;先张法;张拉台座;传力支墩;端横梁;
先张法[1,2,3]是指预先在台座上张拉预应力筋并进行临时锚固，然后浇筑混凝土并进行养护，待混凝土达到设计强度的75%以上后，放松预应力钢筋，预应力钢筋在回缩时会对混凝土梁产生挤压进而获得预应力。先张法预应力混凝土梁[4,5,6,7,8,9]主要是靠预应力钢筋与混凝土之间的黏结力来传递预应力的，因此不需要专门的锚具，先张法预应力混凝土构件[10,11,12,13,14]具有传力可靠、施工工艺简单、施工速度快、维修养护量少、构件耐久性好以及工程质量更易得到保证等优点[15,16,17,18],适合于预制工厂批量化生产。
本文以荣乌高速公路桥梁为例，利用经验公式进行钢筋混凝土构件的内力计算和有限元分析，研究预应力T型梁下部支撑构件的稳定性，为上部先张法预应力T型梁的制作及安装提供支撑保障。
1工程概况荣乌高速公路新线项目位于高碑店市，白沟新城区内，是京台高速公路至京港澳高速公路段第ZT6标段，全线路线总长12.6km。全线共计桥梁20座，其中预应力双T型梁数量共计4896片，双T型梁断面图及预应力钢束断面布置见图1和图2。
项目位于冲击平原，地形平坦，地势开阔，局部略有起伏，地面高程2.80～13.42m,相对高差10.62m。地势由西北向东南缓倾。存在地面沉降、活动断裂和砂土液化地质灾害隐患，历史地质灾害不发育，灾情轻。地表大多为耕地、村庄，地形起伏较小；主要地层为黏土、粉质黏土、粉土、粉砂、细砂为主。项目管段河流均常年无水，管段内地下水为第四系孔隙潜水，赋存于第四系松散堆积层中，局部具承压性，其中砂类土层中水量丰富。
图1双T梁断面
图2双T梁预应力钢束断面
先张法预应力双T型梁的支撑构件主要有张拉台座、传力支墩、端横梁等，下面分别针对这3个构件的稳定性进行分析。
2张拉台座稳定性分析台座是支撑上部双T型梁的重要构件，根据其受力情况不同分为中张拉台座、边张拉台座，张拉台座分布位置见图3、张拉台座横断面图见图4。
2.1中张拉台座稳定性计算(1)抗倾覆验算。取台座绕O点的力矩，并忽略土压力作用，则平衡力矩计算如下：
Mr=G1l1+G2l2=7693.4kN·m
式中：G1为台座地下部分重量；G2为台座地上部分重量；l1为台座地下部分重心至O点距离；l2为台座地上部分重心至O点距离。
图3张拉台座分布位置
图4张拉台座横断面
倾覆力矩计算如下：
MDV=N1h1+N2h2=4129.1kN·m
式中：N1为梁上部预应力的张拉力；N2为梁下部预应力的张拉力；h1为梁上部预应力的张拉力作用点至O点垂直距离；h2为梁下部预应力的张拉力作用点至O点垂直距离。
抗倾覆力矩安全系数K计算如下：
K=MrMDV=7693.44129.1=1.861.5Κ=ΜrΜDV=7693.44129.1=1.861.5
台座抗倾覆验算满足要求。
(2)抗滑移验算。台座的抗滑移力：
N1=N′+F+E′P
式中：N1为台座抗滑移力；N′为台面的抵抗力；F为台座与土体间的摩擦力；E′P为台座底部和座面上土压力的合力。
台座与土体间的摩擦力为：
F=μ(G1+G2)=491.4kNF=μ(G1+G2)=491.4kΝ
式中：μ为摩擦系数，取0.4;台座底部和座面上土压力的合力为：
E′P=(pcp+p′)(H−h)B2E′Ρ=(pcp+p′)(Η-h)B2
式中：Pcp为台座后面的最大土压力；H为台座埋设深度；h为台座板厚度；B为台座宽度。
Pcp=γHtan2(45°+φ2)−γHtan2(45°−φ2)=136.9kNΡcp=γΗtan2(45°+φ2)-γΗtan2(45°-φ2)=136.9kΝ
P′=hPcpH=27.38kN/m2Ρ′=hΡcpΗ=27.38kΝ/m2
则：E′P=(136.9+27.38)×(3−0.6)×3.32=650.5kNE′Ρ=(136.9+27.38)×(3-0.6)×3.32=650.5kΝ
台面的抵抗力为：
N′=2500×3.3=8250kN
抗滑移安全系数K计算为：
K=N1N=8250+650.5+491.4788+4334=1.831.3Κ=Ν1Ν=8250+650.5+491.4788+4334=1.831.3
台座抗滑移验算满足要求。
2.2边张拉台座稳定性计算(1)抗倾覆验算。取台座绕O点的力矩，并忽略土压力作用，则平衡力矩计算如下：
Mr=G1l1+G2l2=4203.2kN·m
式中各项含义同上。
倾覆力矩计算如下：
MDV=N1h1+N2h2=2064.6kN·m
式中各项含义同上。
抗倾覆力矩安全系数K计算如下：
K=MrMDV=4203.22064.6=2.01.5Κ=ΜrΜDV=4203.22064.6=2.01.5
台座抗倾覆验算满足要求。
(2)抗滑移验算。台座的抗滑移力：
N1=N′+F+E′P
式中各项含义同上。
台座与土体间的摩擦力计算如下：
F=μ(G1+G2)=268.5kNF=μ(G1+G2)=268.5kΝ
式中：μ为摩擦系数，取0.4。
台座底部和座面上土压力的合力计算如下：
E′P=(pcp+p′)(H−h)B2E′Ρ=(pcp+p′)(Η-h)B2
式中各项含义同上。
Pcp=γHtan2(45°+φ2)−γHtan2(45°−φ2)=136.9kNP′=hPcpH=27.38kN/m2Ρcp=γΗtan2(45°+φ2)-γΗtan2(45°-φ2)=136.9kΝΡ′=hΡcpΗ=27.38kΝ/m2
则：E′P=(136.9+27.38)×(3−0.6)×1.82=354.8kNE′Ρ=(136.9+27.38)×(3-0.6)×1.82=354.8kΝ
台面的抵抗力计算如下：
N′=2500×1.8=4500kN
抗滑移安全系数K计算如下：
K=N1N=4500+354.8+268.5394+2167=2.01.3Κ=Ν1Ν=4500+354.8+268.5394+2167=2.01.3
台座抗滑移验算满足要求。
综上可知，双T型梁下部的2种张拉台座均满足相应的结构稳定性要求，且边张拉台座的稳定性高于中张拉台座的稳定性。
3传力支墩稳定性分析支墩是保证传力杆稳定性的关键连接构造，本项目双T梁下的传力支墩的组合方式主要有单排边支墩+中支墩、双排边支墩+中支墩、系梁连接后的单排边支墩+中支墩3种。下面通过采用有限元方法对3种不同组合形式下的传力支墩稳定性进行分析，取地基水平向抗力系数的比例系数m为7500kN/m4。
3.1单排边支墩+中支墩单排边支墩+中支墩组合形式下的有限元模型及屈曲模态见图5。
图5单排边支墩+中支墩组合形式
单排边支墩+中支墩最小稳定系数为8.6,为侧向失稳变形，大于弹性稳定最小系数值(4),满足要求；单排边支墩及中支墩抗倾覆系数均大于1.5,满足规范要求；相比于中支墩，单排边支墩基础位移最大，约为5.0mm。
3.2双排边支墩+中支墩双排边支墩+中支墩组合形式下的有限元模型及屈曲模态见图6。
图6双排边支墩+中支墩组合形式
通过有限元模拟可得：双排边支墩+中支墩最小稳定系数为10.9,为侧向失稳变形，大于弹性稳定最小系数值(4),满足要求。
3.3系梁连接后的单排边支墩+中支墩系梁连接后的单排边支墩+中支墩组合形式下的有限元模型及屈曲模态见图7。
图7系梁连接后的单排边支墩+中支墩组合形式
系梁连接后的单排边支墩+中支墩最小稳定系数为12.9,为竖向失稳变形，大于弹性稳定最小系数值(4),满足要求；相比于原单排边支墩+中支墩，系梁连接后的单排边支墩+中支墩稳定性系数提升约(12.9-8.6)/8.6=50%,同时失稳形态由侧向失稳变形变为竖向失稳变形。
综上可知：预应力T型梁下的支墩均满足设计的稳定性要求，且系梁连接后的单排边支墩+中支墩组合形式下的稳定系数最大。
4端横梁稳定性分析端横梁是双T梁下的重要承重构件，对其稳定性分析直接关系到上部梁体的稳定性，下面对端横梁进行有限元模拟，分析其稳定性。
4.1边界条件张拉用梁千斤顶处用钢垫板1200mm×400mm×10mm,采用固定支座；下部支座板1150mm×200mm×20mm,因偏载处的混凝土主拉应力值过大，因此采用固定支座；钢绞线处，采用一个垫板，厚度10mm。
4.2计算模型端横梁的混凝土及钢筋有限元模型见图8。
4.3分析结果图8端横梁有限元模型
端横梁内部的混凝土主拉力、主压力及钢筋应力云图见图9。
图9端横梁有限元分析结果
由图9可知：端横梁的拉应力最大值出现在横梁端部，且靠近双T型梁槽口处；端横梁的压应力在横梁上分布相对均匀，在靠近双T型梁槽口处有所减小；端横梁的内部钢筋在梁体中部靠近T型梁槽口拉应力最大，钢筋应力最大值127MPa,处于钢绞线张拉端处。
5结语通过对先张法施工的双T型梁下部支撑结构稳定性分析，可以得到以下结论。
(1)预应力T型梁下的2种张拉台座：边张拉台座、中张拉台座均满足抗倾覆和抗滑移稳定性要求，且边张拉台座的稳定性高于中张拉台座的稳定性。
(2)预应力T型梁下的支墩均满足稳定性要求，且系梁连接后的单排边支墩+中支墩组合形式下的稳定系数最大。
(3)端横梁的有限元分析表明：混凝土的最大拉应力位于梁端部且靠近双T型梁槽口方向，最大压应力在槽口处有所减小，钢筋最大拉应力位于端横梁中部。
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