预应力砼连续箱梁桥梁结构设计的优化措施

张新华

河南省交通科学技术研究院有限公司，河南郑州 450000

摘 要 通过对结构设计优化方法的研究，可全面提升桥梁结构质量，为具体施工操作提供科学依据。本文主要以具体工程案例为切入点，从多个方面对结构优化措施及效果进行了分析和研究，为桥梁工程建设提供积极的理论指导。

关键词 连续箱梁；桥梁结构；优化设计；措施

中图分类号 U4 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）13-0089-01

预应力砼连续箱梁是桥梁建筑施工中较为常见的结构，其结构较为稳定，承载能力强，在后期投入运营之后产生的变形量小，同时具有较强抗震能力。设计因素对于桥梁施工质量以及稳定性有着重要的影响，在设计过程中需要综合考虑多方面的条件，既要保证桥梁具有良好承载能力，也要避免出现材料浪费的现象，合理控制工程造价。因此，需要在结构设计中引入优化方法，提高桥梁设计的科学性，使桥梁施工质量满足经济发展的需求。

1 桥梁结构优化设计中常量的选定

1.1 桥型布置

在连续箱梁结构设计过程中，由于受到其自身特点的影响，结构受力的合理性主要受到边跨与中跨比例的影响，在设计时应根据工程的实际情况，合理的控制二者之间的比例。若比例数值过大，会导致边跨纵向刚度与纵跨无法适应，导致边跨刚度过低，在边跨部位产生一定的外力作用。若比例过小，中跨结构将出现跨中弯矩过大的现象，存在相应的负反力，对桥梁结构的稳定性造成影响。

其次是关于桥型中横断面的布置，桥梁的宽度、跨径以及施工方法等多种因素都会影响截面形式的选择。综合考虑多方面因素选择合理的截面形式，不仅能够使截面的受力能力得到改善，还能节约施工材料，将桥梁的自重控制在合理的范围内。

1.2 箱型截面细部尺寸构造

首先是腹板厚度的拟定，在确定腹板厚度时需要考虑到桥梁受力要求，且保证其最小厚度达到标准。一般情况下，中等以上跨径结构中腹板的厚度约为35cm～60cm。对于底板厚度拟定则要考虑负弯矩的影响因素，负弯矩不断增大，底板的厚度也会逐渐增加，其厚度一般在20cm～25cm左右，确保能够满足正负弯矩的变化。顶板厚度设计还应考虑钢筋纵横配置的需求，保證顶板能够承担钢筋配置的压力，避免出现顶板厚度过小的情况。最后是关于横隔梁的配置，增加截面的横向刚度是横隔梁配置的主要目的，能够有效的防止畸变应力出现。但是由于箱梁截面抗扭刚度比较大，应尽量减少中间横隔板的配置，而将横隔梁设置在支座的部位，使得支座附近的主拉应力得到有效的降低。

1.3 预应力砼连续箱梁钢束配置

在进行钢束配置设计时，除了满足相关标准规范之外，还需要根据桥梁跨径确定相应的锚具形式以及预应力钢束形式，若所选择的形式与与实际情况不匹配，就可能导致结构尺寸过大现象的产生。因此，在进行钢束配置时应遵循以下原则，首先应根据施工现场的实际情况，考虑连续跨径桥梁结构的原理，保证配置方案的科学性。为了防止在结构中布设的锚具过多而影响桥梁结构的稳定性，不能随意切断预应力钢束。尽量避免反向曲率连续束的多次应用，否则会导致摩擦损失过大。

2 预应力砼连续箱梁桥梁结构设计以及优化措施

本文从具体案例为切入点，对连续箱梁桥梁结构设计优化措施进行分析与探讨。某桥梁主桥结构为预应力砼变截面连续箱梁，所选用的布跨方式为边跨反对称，其中左幅桥的跨径（108+166+95）m，右幅桥（95+166+108）m，主桥的桥面宽度设计为33m，具体如图1所示。上部截面为2个独立的箱梁结构，其中心间距为17.5m。在该项工程中桥梁跨径相对较大，为了保证整体的稳定性，将各项应力控制在条件允许的范围之内，对箱梁截面尺寸、顶板及底板厚度等各方面的拟定进行对比分析，通过对数据的试算使桥梁结构的设计得到优化。

2.1 箱梁截面尺寸

箱梁截面尺寸的设计是影响连续箱梁结构施工质量的一个重要因素。在该项工程中边跨与中跨的箱梁高度都为3.8m，支点梁高处设计9.0m、9.5m以及10m高度，通过分析其对结构的影响，采用二次抛物线为梁底曲线。比较结果如表1所示。

由表1中的实验数据结果可知，支点梁高所选择的数值越大，桥梁结构的最大压应力在不断的降低。但是结合桥梁结构设计相关的规范，在支点梁高为9m时，最大压应力的数值不符合要求，因此这种方案不适合应用在桥梁施工之中。从9.5m变化至10m之后，虽然最大压应力值变化不大，但是，其中所需要的施工材料较多，这样不仅增加后期施工工程量，也不符合经济性的要求。因此综合本工程的实际情况，将支点梁高设计为9.5m。

2.2 腹板厚度拟定

结构中由于弯曲剪应力等相关因素所造成的主拉应力主要由腹板承担，因此剪切极限强度是影响腹板厚度的重要因素。因腹板锚固预应力钢束，会产生相应的锚下局部应力，腹板的厚度也应满足这一要求。在进行结构优化设计时，设计三种厚度的腹板，分析其所产生的应力值来确定最佳腹板厚度，具体如表2所示。

通过对表中数据的分析，在第三种方案中所产生的拉应力不符合规范要求，应将其排除在外。在考虑工程实际特点以及腹板所需承担的抗剪极限强度后，本工程可采用第二种方案，确保腹板厚度能够满足预应力钢束锚固要求。

2.3 顶板与底板厚度拟定

在连续箱梁结构中，顶板与底板承担了大部分的正负弯矩，这是影响板体设计厚度的重要因素，其中梁腹板设计的集中活载与横向弯矩力要求存在着紧密的联系。而在该项桥梁工程设计中，考虑到顶板部位的预应力钢束配置情况，将顶板的厚度设计为28cm，既能保证板体的承载能力，也满足了挂篮施工时钢束线形的要求。由于在中区段部位连续梁跨承担了大部分的正弯矩，所以要求在底板位置布设预应力束筋。在应用悬臂施工方法时，作用在梁下缘部位的压应力比较大，必须保证底板有足够的承压面积来承担此部分的压应力。同时底板还要承担相应的施工荷载，所以底板的厚度根据实际情况设计为28cm，通过对二次抛物线规律的分析，板体的厚度应向底部横截面逐渐递加，通过计算根部厚度为110cm。

2.4 T构悬臂梁段布置

为了保证悬臂结构梗托空间被充分的利用，使得钢束配置更加合理，在设置T构悬臂梁段式主要从以下两个方面考虑：首先，通过更改所选用钢束型号能够有效减少在同一横截面部位的钢束数，从而提高结构的稳定性。其次，梁段长度是影响T构悬臂段布置的一个重要的因素，因此通过增加梁段长度的措施，能够控制挂篮施工中对顶板部位的影响。考虑到本次施工中主桥跨径相对较大，箱梁截面空间比较有限。

3 结论

综上所述，在桥梁工程建设施工过程中，连续箱梁结构凭借其独特的优势在桥梁施工中得到了广泛的应用，其不仅施工操作简便，具有良好结构稳定性及较强承载能力。通过对结构设计中各种常量的分析，来选取最优参数，进一步优化连续箱梁结构设计。在确保连续箱梁结构稳定性的同时，应减少在设计方案中存在的不足之处，确保各项参数合理、有效，从根本上提高桥梁施工的质量。

参考文献

[1]黄耿亮.预应力砼连续箱梁桥梁结构设计中的优化措施分析[J].中外建筑，2011（8）：155-157.

[2]袁明，刘建伟，颜东煌.预应力混凝土连续箱梁桥设计的统计分析[J].中外公路，2012（6）：143-148.