预应力连续梁桥跨径问题的探讨

周志斌

【摘要】连续梁桥施工的过程中必须要重视设计和计算：跨径比例的计算、预拱度的控制、结构测量与应力分析、混凝土的控制等问题都必须进行精确的考虑和设计计算，全面保证对桥梁施工的关键技术的控制。本文着重分析了在设计和控制过程中预应力连续梁桥跨径的相关问题，根据具体情况提出了相关的优化策略，为完善连续梁桥施工提供了技术支持。

【关键词】预应力；连续梁桥；跨径问题

【正文】预应力梁桥的跨径问题是建设大型桥梁的关键性技术掌握，本文着重分析了在设计和控制过程中预应力连续梁桥跨径的相关问题，根据具体情况提出了相关的优化策略，为完善连续梁桥施工提供了技术支持。

1. 预应力连续梁桥跨径问题

1.1预应力对长期挠度的影响

预应力体系作用效应对长期挠度的影响方面,主要存在有效预应力的准确估计问题和预应力的合理布置问题。实际上,有效预应力也有时间相关性,有实测结果表明8年内预应力的长期损失较成桥时的有效预应力可达16%,除了混凝土收缩徐变造成预应力损失外,桥梁承受的长期动载等其他方面对有效预应力的影响也是有的。预应力的布置对梁桥的长期挠度有较大影响的,所以在预应力在布束设计时必须要考虑到对挠度的影响度，往往考虑控制的是施工和正常使用状态下的结构应力状态是否安全。目前的连续桥梁施工过程中，在预应力设计方面往往会忽视预应力布束对桥梁长期挠度的影响，这样的桥梁设计就会使得桥梁的长期稳定性出现隐患，所以在进行施工设计的过程中必须要转变观念，将预应力对挠度的影响提升起来，增加桥梁长期的稳定性，在荷载作用下保证桥梁的最大变形在合理范围之内。[ 陈衡治. 大跨预应力混凝土箱梁结构计算分析研究[D]. 浙江大学, 2005 .1-49.

]

1.2预应力连续梁桥跨径比例问题

在建设桥梁的工程施工过程中必须要考虑到预应力连续箱梁桥的跨径比例问题，这里所强度的比例是边跨与中跨的比例问题。如何才能选择最佳的比例,是设计的关键。一般情况下,边跨与中跨的比例范围为0.5∶1到0.8∶1。在工程实际的选择中,往往由于具体情况,作出特殊的选择。这种特殊选择的前提则必须要保证梁桥的预应力的稳定性，其次是保证工程施工的合理性，保证梁桥的连续跨径能够符合建筑工程的比例要求。国内已经建造的连续梁桥的边跨与主跨比例一般在0.5—0.692之间，大部分比值在0.5—0.58之间，具体应根据主梁内力分布情况，按照载强比重进行选定。

2. 预应力连续梁桥跨径问题防治技术

2.1跨径比例的计算

标准跨径(standard span)用Lk表示。对于梁式桥和板式桥，它是以两桥墩之间桥中心线长度或桥墩中线与桥台台背前缘线之间桥中心线长度为准，（拱桥标准跨径是主拱圈两拱脚（中轴线）两点间的距离）。一般说大跨度桥梁中，PC连续刚构桥经济跨径为100～300m；钢拱桥经济跨径为200～500m；斜拉桥跨径300～1000m是合适的；跨径在1000m以上，悬索桥占据着优势。不考虑桥墩处箱梁顶板钢丝束数量的变化,底板束均匀调整,达到边跨底板与中跨底板钢丝束相等,并由此求边跨径与中跨径的比例。由此可以推断:建立最佳的边跨与中跨的比例为0.627左右。[ 胡狄. 预应力混凝土桥梁徐变效应分析[D]. 中南大学, 2003 .1-236.

]

2.2预拱度的控制

预拱度是为抵消梁、拱、桁架等结构在荷载作用下产生的挠度，而在施工或制造时所预留的与位移方向相反的校正量。当结构自重和汽车荷载（不计冲击力）产生的最大竖向挠度，不超过计算跨径的 1/1600 时，可不设预拱度，超过就要设预拱度。预拱度的设置值为按结构自重和 1/2 可变荷载频遇值计算的长期挠度值之和采用。预拱度的准确把握要坚持进行计算，保证工程施工的稳定性。一般要在梁桥建设过程中以长期徐变阶段对应的结构变形为依据，将节点对应的变形反向，即得到计算预拱度。考虑了计算预拱度之后，结合1/2静活载效应，以及挂篮变形，我们就可以确定最终的预拱度。具体公式为：预拱度=计算预拱度＋（-1/2静活载效应）＋（-挂篮变形），其中，1/2静活载效应与挂篮变形均以向下为负。求出预拱度之后，根据梁体设计标高，我们就可以确定最终的立模标高。立模标高＝设计标高＋预拱度。

2.3结构测量与应力分析

大跨度桥梁施工过程中，不可避免会出现一些问题，有时会打乱正常施工顺序，施工荷载也会变化，测试时应注意变化，并作好记录，不少变化将直接影响测试结果。另外测试中发现个别测点异常，应及时检查，发现干扰尽快排除。同时必须要加强对工程的测量和数据分析，这样才能保证工程施工的准确性。例如：船撞力分析及防撞研究、基础与土体共同作用分析、基础沉降、桥墩冲刷、河床稳定、结构抗风、结构抗震、结构稳定、结构空间非线性、斜拉索减振、结构抗疲劳试验、施工安全风险分析及对策等，含括大桥设计、施工和管理等各个方面的超前规划研究和科学试验，并风险分析和评价，为大桥建设提供技术保障。对能反映结构工作特性应力比较集中的测试部位，应适当多设元件，以防安装或测试过程中造成损坏而测不到关键数据，还可以采用不同的手段或其他类型元件同时进行测试。另外，对梁桥的主梁来说在悬浇施工中各截面的应力随工况的不同，应该在截面内布置读数稳定，测得数据可靠的传感元件——钢弦式应变计（用铁丝绑扎在主梁的纵向钢筋的上）进行应力测试和施工控制。测量上采取加密测量次数、变量分段累计的方法。计算总应力时，先算出每一工况荷载变化前后的阶段应力，然后累计算出总应力，分析后可知施工各阶段箱梁控制截面混凝土应力均在设计限值要求范围内。同时，采用应力控制方法张拉时，应以伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸长值应符合设计要求，设计无规定时，其差值控制在6%以内。预应力筋理论伸长值ΔL（mm）ΔL=PPL/ApEp式中：PP—平均张拉力(N),直线筋取张拉端拉力；L—预应力筋长度（mm）；Ap—预应力筋载面积（mm2）；Ep—预应力筋弹性模量；预应力筋实际伸长值ΔL（mm）；ΔL=ΔL1＋ΔL2式中：ΔL1—初应力至最大张拉应力间实测伸长值（mm）；ΔL2—初应力以下推算伸长值（mm）可采用相邻级的伸长值。

2.4混凝土控制

连续梁桥是中等跨径桥梁中常用的一种桥梁结构，预应力混凝土连续梁桥是其主要结构形式，它具有接缝少、刚度好、行车平顺舒适等优点，在30-120m跨度内常是桥型方案比选的优胜者。而横张预应力混凝土技术在T型梁、箱型梁、空心板桥三座常规跨径简支梁桥中的应用，取得了明显的技术经济效益。在梁段张拉之前，必须要注意对混凝土施工的控制，避免出现预应力桥梁建设的裂缝。优化措施包括：（1）腹板内加入防裂钢筋网，减小混凝土收缩；（2）为防止将来箱梁底板由于预应力开裂，底板增设 φ12 防裂钢筋；（3）增加竖向预应力。同时，对施工工艺流程进行改进和优化：（1）优化调整混凝土的配合比，适量增加粉煤灰用量，尽可能降低水化热；（2）加强养生，尽可能减少混凝土收缩以及内外温差；（3）优化混凝土施工方案，腹板一次性现浇。（4）及时对既有裂缝进行修补，防止进一步发展。改进以后，箱梁裂缝出现频率明显减小，并随着气温的下降和梁体体积的减少，后期合龙阶段已无裂缝出现。[ 汪劲丰. 预应力混凝土斜拉桥施工控制的关键技术研究[D]. 浙江大学, 2003 .1-58.

]

总之，在进行连续梁桥施工的过程中必须要重视设计和计算：跨径比例的计算、预拱度的控制、结构测量与应力分析、混凝土的控制等问题都必须进行精确的考虑和设计计算，全面保证对桥梁施工的关键技术的控制。

参考文献

1.陈衡治. 大跨预应力混凝土箱梁结构计算分析研究[D]. 浙江大学, 2005 .1-49.

2.胡狄. 预应力混凝土桥梁徐变效应分析[D]. 中南大学, 2003 .1-236.

3.汪劲丰. 预应力混凝土斜拉桥施工控制的关键技术研究[D]. 浙江大学, 2003 .1-58.