先张法预应力梁板结构桥梁设计

龙俊涛 夏治菘

摘要：本文对先张发预应力梁板结构桥梁设计的要点进行分析，首先全面解析梁板结构的设计内容，其次以先张法预应力梁板结构的桥梁设计内容为主体对象，深入分析先张法预应力梁板结构桥梁设计的方式，目的在于提高桥梁设计水平，促进我国桥梁事业的发展。

关键词：先张法；预应力；梁板结构；桥梁设计

0.引言

通常情况下，跨度较小的梁板结构的桥梁使用的是预应力的功能设计，在所有部件对外部结构承受压力之前，及早在这样的条件下对受拉部位实施作用力，进而使得各个部件的功能强度得到加强，而这样的结构部署方式就是预应力结构。在梁板结构形式的桥梁中，对于预应力的部署主要涵盖先张法与后张法两类，前者的作用是增强钢筋混凝土等结构的坚固性和抗击外力性，但是在实施混凝土部件预制的环节中，实施应力的方式不失为一种经济实用的方法。

1.梁板结构的设计概况

梁板结构的设计主要作用在跨度较小的桥梁中，由于其设计便捷以及建造高度较低，因而颇受欢迎。通常其主要应用的是整体形式的板桥结构，主要涵盖矩形等相应板式；另外的装配形式的板桥则是包含实心和空心两类；当然也有两类形式兼有的组合形式，主要是按照先装配后整体的设计顺次。

梁体结构形式的桥梁的建造高度较低，且整个设计过程比较便捷、高效统一化生产；需要注意的是装配形式的部件自身质量较小，然而其跨度的范围却时常受到影响，通常的钢筋混凝土的设计不得超过15m，而预应力形式的混凝土连续板桥也应控制在35m左右；以上测算都应遵循静力规则推进；对于各种形式的桥梁，其所实施预应力设计的方式也不尽相同。对于简支板桥的设计，其可以使用整体的形式也可以使用装配的形式，第一种的跨度在4～8m区间内，相应的装配类型的预应力规格的混凝土板桥的跨径能够达到16m；悬臂形式的板桥通常设计为双悬臂结构，其中间的跨度在8～10m范围内，相应的悬臂的长度是中间部位的三分之一，板的跨中标准的设计大致是跨度的1/14～1/18，而承载部位则是跨中部位的1-3～1.4倍。如果是连续形式的板桥，其就不需要实施附加的搭建板材，则只需科学设计跨度，边际区域的跨度与中间区域的跨度之比设计在0.7～0.8；而如果是整体形式的板桥，由于其截面等部位易受温度以及各类材料的影响，因而使得桥中部位可以适当地伸展；而如果是空心形式的矩形板，则主要是采取增加跨度等举措使其自身的重量得到减小，通常的预应力混凝土的空心板的跨度范围应设计为8～16m，另外板的厚度范围应设计在40～70cm。

2.先张法预应力梁板结构的桥梁设计

2.1先张法预应力设计概况

所谓先张法，是指在混凝土材料浇筑之前，对预应力筋实施张拉伸展，随后把其固定在台座等结构上，接着实施浇筑设计，等混凝土的坚固程度符合混凝土设计标准的75%左右，并确保预应力筋与混凝土二者达到绝对的融合，进而即可释放预应力筋，并通过混凝土与预应力二者之间融合的作用，从而实现对混凝土实施预应力的效果。此类预应力的设计最为关键的环节是台座的设计和构造，台座是整个部件设计中起着重要承载功能的部件，因而对其的构造务必要具备强大的承压能力和坚硬程度以及稳固性，以防止出现形变和其他恶劣的情况，并保证此类方式制作的部件质量达标。台座的形式众多，通常都是受制于各类不同的条件而实施的，通常常见的类型为墩式和槽式兩类。

2.2台座结构的设计

对于墩式台座的设计，其主要涵盖承载部分以及台面结构和横梁等三部分，相应的长度最佳的区间为50～150m。而台座承载能力的设计应依照部件张拉能力来决定，通常依照台座每米的宽度等标准来设计。而承力作用的台墩通常都是在地下放置，并且其具有极为强大的承压效果和稳固性能。而对台墩的稳定性检验则主要涵盖抗倾覆和抗滑移等两个部分，前者的检验遵循KI=M/M1=GIJ（Pjxe1）的公式实施，其中的K1代表抗倾覆达到完全程度的一个系数值，通常不得小于1.50；而M则代表倾覆的力矩（N·m），它产生于预应力筋的张拉作用力；Pi代表的是预应力筋的张拉力（N）；而e1则是预应力筋的张拉力施加作用的部位到倾覆部位的力臂长度（m）；而M1代表的则是抗倾覆力矩（N·m），其主要通过台墩自身重力与主动土压力等二者共同施加；显然G代表的是台墩自身的重力；而L同样也代表力臂；而Ep则是相应压力等的合力（N），但是如果其放置的深度较浅，则以上因素不再考虑；e2代表的是合力中心到倾覆部位的力臂长度（m）。同样地，对于其抗滑移的验证和测算应遵循公式K2=N1/Pj具体实施，其中K2代表的是抗滑移的安全系数，一般不得小于1.30；而N1代表的是抗滑移力，通常台面表示为N，而另外一些与以上表示的意义大体一致。如果使用的混凝土形式的台面，并与合墩等环节共同设计时，这个时候通常不实施后者的验证和测算，但是其承压的能力则应执行此项设计。

对于台面的设计，其通常是在坚固性能达标的碎石垫层上浇筑60～100mm厚度的混凝土，进而最终构成。在此部位的设计中，水平形式的承载力务必认真测算，其通常的测算公式为N=φxAcxfc/（K1xK2），而φ代表的是轴心受压作用下的纵向弯曲的系数，一般设计为1；而Ac代表的是其截面的面积（㎡）；而fc代表的是混凝土轴心抗压强度的计算数值（MPa）；K1代表的是其承载力超限的系数，一般设计为1.2；而K2是在台面不均匀以及其他限定因素的条件下的安全系数，一般设计为15。其伸缩缝的设计可依照区域的温度变化等其他因素决定，通常设计为10m；当然也可使用滑动类型的台面，这样就没有了上一步的设计。台座两侧设计有固定预应力钢丝的钢制横梁，通常使用型钢来进行制作，在具体设计的时候，不仅要确保有一定的强度和坚硬程度，与此同时还应格外防范其可能出现变形以及预应力损耗的情况。

2.3先张法作用下的预应力槽式台座的结构设计

槽式规格的台座主要涵盖钢筋混凝土压杆等相应部件，通常其放置在地下部位，其台座的长度通常不得超过50m，相应的承载力可以大于1000kN。对于槽式规格的台座，其通常使用四横梁搭配成组，进而借助于千斤顶来实施张拉设计，具体设计务必确保经济实用且能达到高效便捷的效果。此结构主要涵盖端柱和横梁等统一设计，由于其水平形式的力基本都传递给了传力柱，因而并不会产生以上两类问题，这样相应的测算验证中就不必要对其强度进行测算。而如果事先知道张拉控制的应力以及钢铰线截面的面积，那么就能得出其他各个环节所需的数值和量级。此环节设计的台座主要由3个传力柱来承担承受2槽空心板的张拉力，这样就可以测算出相应的正截面具体应承受的力Nj，Nj=1917 726 N。

3.结束语

综上所述，借助于先张法进行预应力梁体结构的部件制作，主要涵盖台座和张拉等各个工序，而其中关键的环节是台座的设计和部署，因此其的设计和测算务必依照具体规格实施，只有这样才可既达到施工标准，又能确保桥梁的正常使用。

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