淺談合理、快速布置中、小跨徑連絒梁預(yù)應(yīng)力束

季雪征 陳維生

（哈爾濱市市政工程設(shè)計院，黑龍江，哈爾濱，150000）

淺談合理、快速布置中、小跨徑連絒梁預(yù)應(yīng)力束

季雪征 陳維生

（哈爾濱市市政工程設(shè)計院，黑龍江，哈爾濱，150000）

本文通過理論和實例對中、小跨徑連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力束的布束問題進行了探討，對合 理、快速布置中、小跨徑連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力束提出了可行性的方法

吻合束；總預(yù)矩；初預(yù)矩；二次矩

一、利用吻合束的概念快速布置預(yù)應(yīng)力筋

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋具有設(shè)計彎矩小、剛度大、撓度變形小的優(yōu)點，但是其中預(yù)應(yīng)力筋布置是它較簡支梁的一個復(fù)雜之處。連續(xù)梁在預(yù)應(yīng)力的作用下的變形是不自由的，它受到支座處的約束產(chǎn)生反力，這個反力會引起梁內(nèi)彎矩，成為次彎矩。在梁的截面上由預(yù)加力引起的綜合彎矩由主彎矩和次彎矩組成。在混凝土連續(xù)梁的設(shè)計中，次彎矩是一個不可忽視的因素，它對于結(jié)構(gòu)兩類極限狀態(tài)設(shè)計都有重要的影響。

并非所有的超靜定結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生次彎矩，當預(yù)應(yīng)力鋼束布置符合某些條件時，次彎矩為零，此時的預(yù)應(yīng)力合力重心連線與預(yù)應(yīng)力在混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的混凝土各截面上壓力中心的連線相重合，這時的預(yù)應(yīng)力鋼束稱為吻合束。獲得吻合束有兩種基本方法：力法與荷載平衡法。吻合束并非最佳布束方式，合理的布束應(yīng)該是能夠得到一條理想的壓力線，并且能夠盡可能的充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力鋼束的最佳效果。因此，吻合束是簡化結(jié)構(gòu)分析的一個概念，在它的基礎(chǔ)上對次彎矩等進行分析，次彎矩與預(yù)應(yīng)力鋼束對于梁重心軸線的偏心距是線性的關(guān)系。有效利用次彎矩的原則是使預(yù)應(yīng)力次彎矩盡可能與其他荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力相抵消，就是使預(yù)應(yīng)力次彎矩與其他荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力方向相反，且盡可能的提高預(yù)應(yīng)力次彎矩的絕對值。具體位置的布束以及預(yù)應(yīng)力鋼束的面積也同樣可以利用吻合束、次彎矩的概念、性質(zhì)去考慮。次彎矩是預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁中一個不可忽視的設(shè)計因素，利用吻合束的概念、性質(zhì)布置預(yù)應(yīng)力筋可達到最佳、快速的設(shè)計效果。

二、長束為主、短束為輔

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁通過縱向預(yù)應(yīng)力鋼柬提供構(gòu)件各載面的預(yù)壓應(yīng)力，以保證各個截面的正截面強度。設(shè)計時通過對縱向預(yù)應(yīng)力鋼束的合理布置，以提供和提高箱梁的斜截面強度。縱向預(yù)應(yīng)力設(shè)計是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的核心問題。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的布跨方式與預(yù)應(yīng)力鋼束的布置方式也有很大的關(guān)系,合理的布束方式前提必須要求有合理的布跨方式。城市橋梁由于施工工期，施工條件和美觀要橋，通常中小跨徑連續(xù)梁按等跨布置。

對于一般中小跨徑聯(lián)長 100m左右的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,由于施工時大多采用支架施工,結(jié)構(gòu)在施工中不出現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換的問題,不需要布置施工束,此類預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁布束時,?長束為主、短束為輔?的布束方法明顯優(yōu)于?短束為主、長束為輔?的布束方法。這種布束的方法是,首先根據(jù)連續(xù)梁彎矩包絡(luò)圖形狀在梁體腹板內(nèi)布足通長鋼束,然后如果在正負彎矩較大處由于預(yù)應(yīng)力不足而增加短鋼束。

1、預(yù)應(yīng)力損失

傳統(tǒng)觀念一般認為長束的預(yù)應(yīng)力損失遠大于短束,這是因為束形布置尚欠合理,在具體設(shè)計時完全可以通過合理的束形使得長束的損失接近于短束的損失。長鋼束和短鋼束預(yù)應(yīng)力損失主要區(qū)別在于摩阻損失和變形回縮損失,其它損失兩者相差不大。由于長束摩阻損失的不利性,變形回縮損失的有利性；而短束剛好相反,故該兩項損失之和比較接近，一般中小跨徑通長鋼束的預(yù)應(yīng)力總損失與短鋼束相比并不很大。另外,預(yù)應(yīng)力長束以摩阻損失為主,不同位置處相差較大,而短束在不同位置處的預(yù)應(yīng)力損失則相差不大。因此在應(yīng)力計算中,短束可近似認為每點處的永存預(yù)應(yīng)力相同,但長束則不能同樣處理。所以設(shè)計中在條件許可的情況下可采用變截面或在梁端加腋等措施，使預(yù)應(yīng)力筋平直，減小摩擦損失。

2、總預(yù)矩

混凝土連續(xù)梁的預(yù)應(yīng)力總預(yù)矩包括初預(yù)矩和二次矩。同樣條件下,長束由于中跨跨中的預(yù)應(yīng)力損失稍大于短束,除中跨跨中處的總預(yù)矩稍小于短束外,其他部位基本相同,且邊跨的總預(yù)矩長束還略大于短束。無論是長束布置還是短束布置,邊跨的總預(yù)矩遠大于中跨的總預(yù)矩,基于總預(yù)矩這一特性,本文提出預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的合理布跨方式應(yīng)是等跨布置，這樣既可以避免長束中跨跨中處的總預(yù)矩稍小于短束的缺點,又可以發(fā)揮長束邊跨的總預(yù)矩大于短束的優(yōu)點。

不同的跨徑布置對預(yù)應(yīng)力總預(yù)矩影響不大,但對恒載彎矩影響較大。等跨布置的恒載彎矩圖與長束的總預(yù)矩圖特性很相近,特別是彎矩包絡(luò)圖中邊跨與中跨的正彎矩比值與總預(yù)矩圖中邊跨與中跨的負彎矩比值基本一致。因此采用等跨布置完全可以采用長束為主的布束方式,甚至可以避免布置短束。等跨布置的使用荷載彎矩圖很好地體現(xiàn)了與長束的總預(yù)矩圖的一致特性,避免了大量繁瑣的短束,體現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁等跨布置與長束布置的合理性。

3、施工難易和梁體整體美觀

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁采用以?長束為主、短束為輔?的方法利于設(shè)計和施工。采用短束為主的設(shè)計方法,由于大量的支點負彎矩短束及箱梁內(nèi)頂?shù)装宥淌嬖?勢必造成施工難度大。采用長束為主的設(shè)計方法,通長束一般都在梁端和梁頂張拉,因此施工相對容易。

支點負彎矩處,由于短束較多,使得梁底的張拉槽口相應(yīng)增加,后封的混凝土與先澆的梁體形成極大的色差,且直接面對橋下行人,大大影響橋梁外觀的美觀。如果采用合理的布跨和布束方式,完全可以避免這一不足。另外,連續(xù)梁是等跨布置,也使得橋下墩柱整齊排列,井然有序。

三、 工程實例

下面以哈爾濱市二十道街跨江橋南岸 D匝橋的設(shè)計，來進行比較說明。

1、工程概況

D5-D8、D8-D11均為3x31m連續(xù)梁，是D匝橋中的兩聯(lián)，橋面寬度9m，，設(shè)計采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，主梁頂寬8.8m，底寬3m。主梁為全橋等高度箱梁，梁高2.0m。主梁兩側(cè)各懸臂2.4m，懸臂端部厚度20cm，懸臂根部厚度45cm。頂板全聯(lián)等厚，厚度為25cm，底板跨中附近厚度為22cm，橫隔梁邊緣厚度40 cm，采用5m范圍直線變化。腹板為斜腹板，跨中部分腹板厚度為40cm，根部厚60cm。橫隔梁中支點厚度為2.0m，邊支點厚度1.2m。施工方法為滿堂支架施工。

2、計算方法

對主梁進行正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)計算，采用相同的技術(shù)標準和設(shè)計依據(jù)、設(shè)計計算參數(shù)。

3、計算結(jié)果

預(yù)應(yīng)力束布置情況一：每個腹板配置兩個通常束，一個短束，支點截面6根短束。

預(yù)應(yīng)力束布置情況二：每個腹板配置三個通常束，一個短束，支點截面4根短束。

上述兩種配筋均滿足規(guī)范要求，但是所用鋼筋量卻有不同，第一種情況，鋼筋用量為21.6噸，平均該橋每平米預(yù)應(yīng)力鋼束25.8公斤，錨具56套。第二種情況，鋼筋用量為18.4噸，平均該橋每平米預(yù)應(yīng)力鋼束22公斤，.錨具40套。并且，第一種情況，頂、底板束較多，施工難度加大。

結(jié)果表明，在采用直線束布置的同時，有必要在靠近箱梁支點附近的節(jié)段內(nèi)，在腹板內(nèi)布置部分下彎束，但噸位不宜太大，并同時在邊跨現(xiàn)澆段端部腹板內(nèi)布置部分彎起束。由于這類預(yù)應(yīng)力鋼束通過腹板，使得預(yù)壓應(yīng)力容易均勻分布到全斷面上，是克服剪應(yīng)力最有效的合理的布束形式，可達到免費提供預(yù)剪力的效果。

四、結(jié)束語

理論來源于實踐，又反過來能知道實踐。對于中小跨徑的連續(xù)梁的預(yù)應(yīng)力束的布置，首要問題就是要結(jié)構(gòu)斷面選擇合理，分跨也要合適；其次，利用吻合束的概念、性質(zhì)布置預(yù)應(yīng)力筋可達到快速的設(shè)計效果；最后，在中小跨徑連續(xù)梁設(shè)計中，采用長束為主、短束為輔?的布束方法，能夠很快獲得合理、經(jīng)濟的預(yù)應(yīng)力束布置方案。

TU660

A

1674-3954（2011）02-0037-01