基于预应力混凝土连续梁桥的设计与研究

湖北工业大学 胡海方

基于预应力混凝土连续梁桥的设计与研究

湖北工业大学 胡海方

连续梁桥的设计与研究主要是关于小跨度预应力混凝土连续梁桥上部结构的设计。预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。

预应力；梁桥；研究。

另外，在设计预应力连续梁桥时，技术经济指标也是一个十分关键的因素，它是设计方案合理性与经济性的标志。目前，各国都以每平方米桥面的三材（混凝土、预应力钢筋、普通钢筋）用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁的技术经济指标。但是，桥梁的技术经济指标的研究与分析是一项非常复杂的工作，三材指标和造价指标与很多因素有关，例如：桥址、水文地质、能源供给、材料供应、运输、通航、规划、建筑等地点条件；施工现代化、制品工业化、劳动力和材料价格、机械工业基础等全国基建条件。同时，一座桥的设计方案完成后，造价指标不能仅仅反应了投资额的大小，而是还应该包括整个使用期限内的养护、维修等运营费用在内。通过连续梁、T型—刚构、连续—刚构等箱形截面上部结构的比较可见：连续—刚构体系的技术经济指标较高。因此，从这个角度来看，连续—刚构体系也是未来连续体系的发展方向。

连续梁预应力钢束的配置不仅要满足 《桥规》(TB10002.3—99)构造要求，还应考虑以下原则：

⑴应选择适当的预应力束的型式与锚具型式，对不同跨径的梁桥结构，要选用预加力大小恰当的预应力束，以达到合理的布置型式。

⑵应力束的布置要考虑施工的方便，不能像钢筋混凝土结构中任意切断钢筋那样去切断预应力束，而导致在结构中布置过多的锚具。

⑶预应力束的布置，既要符合结构受力的要求，又要注意在超静定结构体系中避免引起过大的结构次内力。

⑷预应力束的布置，应考虑材料经济指标的先进性，这往往与桥梁体系、构造尺寸、施工方法的选择都有密切关系。

⑸预应力束的布置应尽量避免合用多次反向曲率的连续束，因为这会引起很大的摩阻损失，降低预应力束的效益。

⑹预应力束的布置，不但要考虑结构在使用阶段的弹性力状态的需要，而且也要考虑到结构在破坏阶段时的需要。

⑺预应力筋应尽量对称布置。

⑻应留有一定数量的备用管道，一般占总数的1%。

⑼锚距的最小间距要求。

预加力所引起的二次力矩仅考虑超静定钢束。静定结构该项为零，超定结构该项不为零。

采用等效荷载法计算，将超静定钢束的预应力用等效荷载代替，然后用MIDAS/Civil软件计算。

MIDAS/Civil软件的具体操作：首先修改数据文件，另存为其它文件名，将所有材料容重均设为零，将二期恒载和施工荷载均设为零，然后修改支座信息，将施工阶段二的结构变为静定结构 （即去掉边跨的两个支座和中间的支座，且将中跨两支座分别改为固定铰支座和滑动铰支座），接着将每一根超静定预应力钢筋在锚固点处和转折点处的集中力分解为作用在截面重心处的竖向力、水平力和弯矩，在施工阶段二将这些力加在结构上，接着运行MIDAS/Civil6.71p，仅计算结构恒载内力，所得结果中施工阶段二的恒载内力即为超静定钢束的初预矩，此项可直接手算，即初预矩等预拉力×偏心距。

然后将上面数据文件中各梁段的浇注时间改为全部在第二施工阶段完成（包括支座），荷载不变，此时施工阶段四的恒载内力即为超静定钢束的总预矩，最后将两者相减即得预加力引起的二次应力。

预应力束的位置和形状准确与否，将直接影响梁体内应力分布，甚至会产生较大的二次应力。因此，预应力束定位时，我们根据设计的直线和曲线形状，用计算机准确求出各预应力孔道每1m的标高和水平投影位置，并设置“U”型定位钢筋和梁体骨架钢筋牢固联接，以保证预应力孔道位置与设计相符，梁体压力线不受影响。

预应力束张拉是后张连续梁施工的关键工序，我们经过反复论证，确定了合理的施工方案。为保证张拉时梁端混凝土不致出现裂纹，确定了混凝土强度达到设计值的100%方可张拉。根据设计要求，张拉控制应力σcon=0.75fpk=1395MPa，超张拉吨位为1335KN，为此，选择2台YDC3200型千斤顶两端同时张拉。张拉时，保持两端加载一致，荷载增长均匀。

考虑到预应力束长而曲，影响预应力束孔道摩阻损失的因素复杂多样，难以对其做出比较准确的估算，我们首先做了2组摩阻试验，以验证设计中对预应力束摩阻损失估算的准确性，同时也为以后的张拉积累经验和提供参考依据。

[1]徐岳,王亚君,万振江.预应力混凝土连续梁桥设计.北京:人民交通出版社.2000.

[2]薛伟辰.现代预应力结构设计.北京:中国建筑工业出版社,2004.

[3]袁红茵.关于桥梁的跨径、景观与工程造价的探讨.湖南交通科技.2001,27(4):33～34.

2011-07-16）