某预应力混凝土连续梁桥的设计

孙 洪 亮

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)



某预应力混凝土连续梁桥的设计

孙 洪 亮

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

以太原市凯旋路北沙河桥梁工程为例，根据桥梁设计的技术标准，从箱梁截面设计、预应力钢束配置、钢筋布设、箱梁结构验算等方面，探讨了等截面预应力混凝土连续箱梁的结构设计方法，使桥梁的结构设计满足规划要求。

连续箱梁，预应力，钢束，抗裂验算

1 工程概况

1.1 总体布置

太原市凯旋路北沙河桥桥梁全长为448 m，桥梁上跨东山煤矿铁路、马道坡街、北沙河河道等。上部结构采用等截面预应力混凝土连续梁，共四联，跨径组合为28 m+36 m+36 m+33 m两联、28 m+35 m+28 m两联。桥梁结构宽度为14.75 m(单幅)，桥墩采用带横梁双立柱桥墩，桥台采用钢筋混凝土桥台，墩台基础均为桩基。本文以28 m+35 m+28 m联跨设计为例，对等截面预应力混凝土连续箱梁结构进行设计分析。桥梁总体布置尺寸详见图1，图2。

1.2 技术标准

1)荷载标准。汽车荷载：城—A级；人群荷载：3.5 kN/m2。2)桥梁宽度。双幅桥总宽30 m，单幅桥结构宽14.75 m，中间设0.5 m宽施工间距。每幅桥对称布置为：0.5 m宽防撞护栏+12.75 m宽机非混行车道+1.5 m人行道及护栏。3)抗震设计。抗震设防烈度为8度，地震动峰值加速度0.2g；抗震设防类别：乙类；抗震设计方法选用A 类；抗震设防措施按9度设防；抗震重要性系数：桥梁 E1 作用下取0.61，E2 作用下取2.0。

2 箱梁截面设计

本联桥梁设计为三跨连续梁桥，边跨跨径为中跨的0.8倍，采用单箱三室等高度箱形截面，箱梁顶宽14.55 m，底宽8.55 m，两边悬臂长2.0 m。箱梁顶、底板均设2%的单向坡，保持梁高竖直方向2.0 m不变，中腹板均与大地保持铅垂，边腹板斜率为1.5∶1不变，梁底设承托调节纵横向坡度。箱梁高跨比为1∶17.5，顶板厚25 cm，悬臂端顶板厚20 cm，底板厚22 cm，腹板厚跨中40 cm过渡到支点70 cm，过渡段长5 m。箱梁横断面尺寸详见图3，图4。

3 预应力钢束配置

由于本联桥梁为多跨连续箱梁桥，进行预应力钢束配置时，综合考虑布跨方式、预应力损失及次内力的影响，做到钢束配置的最优化、最合理是比较复杂的。结构设计中，考虑到本桥跨度不大，横向为双支座支承的等截面箱梁，故仅设置了腹板束、底板束和顶板束3种不同的纵向预应力钢束，为单向预应力体系。首先在梁体内布置一定数量的腹板通长钢束，其次布置顶、底板钢束，以抵消部分梁体正负弯矩的影响。腹板预应力束仅有竖弯，顶、底板预应力束除有竖弯外，在靠近锚固处适当平弯，以便于钢束在箱梁内锚固，减小锚头齿块的尺寸。预应力钢束均采用270K级高强度、低松弛钢绞线，公称直径为15.24 mm，标准强度为1 860 MPa。腹板束每束采用13根钢绞线，锚具采用YM15-13型锚具，两端张拉；顶板束每束采用12根钢绞线，锚具采用YM15-12型锚具，两端张拉；底板每束采用9根钢绞线，锚具采用YM15-9型锚具，中跨两端张拉，边跨单端张拉，P锚固定端位于梁端部；预应力钢绞线锚下张拉控制应力均为1 302 MPa。箱梁预应力钢束布置见图5。

4 普通钢筋布设

普通钢筋的设置依据构造要求、结构计算及预应力度的大小等综合考虑，本桥采用较小直径钢筋，间距尽量小，以加强预应力钢束达不到的部位，为意外荷载提供附加的承载力，并承担混凝土收缩、徐变、温度变形等产生的应力，有效分散裂缝，增加极限承载力，减小反拱，提高结构的延性和抗震性能等。

5 箱梁结构抗裂验算

上部箱梁结构计算采用桥梁博士V3.2版直线桥梁设计计算系统，按照平面杆系有限元分析方法，计算各施工工况及成桥运营工况，结构在各种不利荷载组合作用下的内力及截面应力。

箱梁采用C50混凝土，依据JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范规定的部分预应力混凝土A类构件设计，进行正截面和斜截面抗裂验算。

在作用(或荷载)短期效应组合下：

σst-σpc≤0.7ftk。

σtp≤0.5ftk。

在作用(或荷载)长期效应组合下：

σlt-σpc≤0。

各效应组合下箱梁截面最大应力详见表1(表中正值为压应力，负值为拉应力)。

表1 箱梁截面最大应力表 MPa

由表1可知，作用短期效应组合下，混凝土正截面出现最大拉应力，上缘为-0.88 MPa，下缘为-1.04 MPa，均小于1.85 MPa (0.7ftk)；斜截面混凝土主拉应力为-1.06 MPa<1.33 MPa(0.5ftk)；满足规范要求。

作用长期效应组合下，混凝土正截面上下缘正应力均为压应力，未出现拉应力，满足规范要求。

在基本组合作用条件下，正截面混凝土压应力，上缘为11.9 MPa，下缘为9.2 MPa，均小于16.2 MPa(0.5fck)；斜截面混凝土主压应力为11.9 MPa<19.4 MPa(0.6fck)；满足规范要求。

6 结语

连续梁作为被广泛应用于工程上的结构体系之一，具有结构刚度好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、养护简易、抗震能力强、设计及施工经验成熟等优点。预应力混凝土连续梁不仅大量应用于高架道路、城市桥梁、山谷高架栈桥，而且在跨越宽阔河流的大桥上也发挥了它的优势，与其他桥型相比具有很强的经济性，成为最富有竞争力的主要桥型之一。

对于等截面预应力混凝土连续梁桥，可以根据桥跨布置情况，采取灵活的钢束配置方式，优先采用“长束为主、短束为辅”的设计方法。设计过程中要求对预应力钢束进行反复大量的试调和微调，以达到设计期望的应力分布。

[1] JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[2] CJJ 11—2011，城市桥梁设计规范[S].

[3] 范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，1988.

[4] 王洪超.预应力混凝土连续梁桥设计探究[J].能源技术与管理，2006(1)：33-35.

[5] 郭 友.等截面预应力混凝土连续梁桥设计的探讨[J].城市道桥与防洪，2012(8)：340-341.

[6] 陈如辰.预应力混凝土连续梁桥配筋设计[J].中国市政工程，2010(2)：20-21.

Design of a prestressed concrete continuous beam bridge

Sun Hongliang

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002，China)

Taking Beisha River Bridge project on Kaixuan Road in Taiyuan as the example, the paper explores the structural design methods for the section prestressed concrete continuous box girder from the box girder section design, prestressed steel cable allocation, steel bar layout, box girder structure calculation, according to the technical standards of the bridge design, so as to meet the planning’s demands for the structural design of bridges.

continuous box girder, prestress, steel cable, crack resistance calculation

1009-6825(2016)13-0182-03

2016-02-26

孙洪亮(1980- )，男，工程师

U448.215

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