等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)的探討

郭友

（天津市海順交通工程設(shè)計(jì)有限公司，天津市 300074）

1 設(shè)計(jì)簡介

天津市津滄高速公路靜王路立交主線7#～10#墩主橋上跨津滄高速公路，設(shè)計(jì)荷載為公路—Ⅰ級(jí)。橋?qū)?5m，布置跨徑為35m+50m+35m，為等截面箱形預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,梁高2.5 m，為主跨的1/20。采用單箱三室截面，懸臂長2m，腹板中心線間距3.6m，頂板厚25 cm，底板厚20 cm，跨中腹板正常段厚度40 cm，支點(diǎn)段加厚至60 cm，以提高抗剪能力和滿足雙排鋼束錨固布置需要。主梁采用支架現(xiàn)澆施工，分段施工，分段張拉。設(shè)置施工逢2道。先施工中跨50 m和兩邊跨靠近中間支點(diǎn)段10 m(此處恒載作用下彎矩為零，由結(jié)構(gòu)力學(xué)可知邊跨彎矩零點(diǎn)距中支點(diǎn)如8#墩的距離為1/5L=10 m，其中L為中跨徑)，形成簡支雙懸臂結(jié)構(gòu)，張拉腹板鋼束F5～F8并拆除中跨支架以盡量減少交通中斷。然后澆注邊跨剩余混凝土，張拉剩余腹板鋼束F1～F4，F(xiàn)9～F12。拆除邊跨支架后張拉中間支點(diǎn)頂板束D1～D2。主梁采用C50混凝土，腹板鋼束采用9Φj15.24和12Φj15.24鋼鉸線，OVM15—9和OVM15—12錨具，每個(gè)腹板上橫向布置2束，縱向采用連接器在施工縫處接長。雙向張拉，張拉控制應(yīng)力0.72fpk。頂板局部短束采用5Φj15.24，扁錨15—5體系。在頂板預(yù)留槽口處張拉，最后完成橋面二期鋪裝。

天津市津港高速公路主線177#～181#墩主橋上跨盛塘路,設(shè)計(jì)荷載為公路—Ⅰ級(jí)。單幅橋?qū)?3.25 m,布置跨徑為27 m+33.8 m+31 m+27 m，為等截面箱形預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁；梁高2.1 m，約為主跨的1/16；采用單箱雙室截面，懸臂長1.75 m；腹板中心線間距4.65 m，頂板厚25 cm，底板厚25 cm，跨中腹板正常段厚度45 cm，支點(diǎn)段加厚至65 cm。主梁采用支架整體現(xiàn)澆，一次張拉成橋。雙向張拉，張拉控制應(yīng)力0.72fpk，不設(shè)施工逢。主梁采用C50混凝土，腹板鋼束采用12Φj15.24，每個(gè)腹板上橫向布置1束，同時(shí)設(shè)置頂板通長束和局部短束以及底板通長束，均采用12Φj15.24鋼鉸線，OVM15—12錨具。在頂板和底板設(shè)置齒塊，短束錨固于齒塊上，最后完成橋面二期鋪裝。

2 計(jì)算分析

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2004)采用近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，對(duì)上面兩座連續(xù)梁按正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算分析和對(duì)比。其中正常使用極限狀態(tài)以結(jié)構(gòu)彈性理論為基礎(chǔ)，承載能力極限狀態(tài)以塑性理論為基礎(chǔ)。對(duì)于正常使用極限狀態(tài)給出短期荷載效應(yīng)組合的計(jì)算結(jié)果 (一般以此組合作為應(yīng)力的控制),對(duì)于承載能力極限狀態(tài)給出正截面抗彎承載力的計(jì)算結(jié)果(一般以此項(xiàng)作為承載力的控制)。

從圖1可知在荷載短期效應(yīng)組合情況下，截面上下緣均處于完全受壓狀態(tài)，(沒有出現(xiàn)負(fù)值)，上緣最小壓應(yīng)力0.4 MPa,下緣最小壓應(yīng)力0.4 MPa,屬于全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。但是，由于梁高為主跨的1/20，只配置了腹板鋼束和頂板局部短束，給調(diào)束帶來較大的不便，造成整個(gè)梁段應(yīng)力的分布不均勻，個(gè)別截面很難通過(如支點(diǎn)鋼束彎起處)。這樣，材料強(qiáng)度就得不到充分利用。當(dāng)然從圖2、圖3可以看出，內(nèi)力包絡(luò)圖比較逼近。此種配束方法比較節(jié)約材料，其用材指標(biāo)為:鋼鉸線22.7 kg/m2，混凝土0.71 m3/m2。此橋的另一配束優(yōu)點(diǎn)是考慮到長預(yù)應(yīng)力鋼束由于多次反彎引起的預(yù)應(yīng)力損失 (這種損失通常很大)。中間設(shè)置施工縫，鋼束分段接長，同時(shí)方便了穿束、張拉和壓漿等操作工藝，但橋梁在實(shí)際使用中容易出現(xiàn)施工縫處滲漏水的毛病，這也是其弊病之一。

圖1 35 m+50 m+35 m計(jì)算正應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖2 35 m+50 m+35 m計(jì)算最小內(nèi)力圖（單位：kN）

圖3 35 m+50 m+35 m計(jì)算最大內(nèi)力圖（單位：kN）

從圖4可知在荷載短期效應(yīng)組合情況下，截面上下緣均處于完全受壓狀態(tài)，上緣最小壓應(yīng)力1.1 MPa，下緣最小壓應(yīng)力2.2 MPa，屬于全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。由于梁高為主跨的1/16，同時(shí)配置了腹板鋼束，頂板通長束和局部短束，以及底板通長束，使得整個(gè)梁段應(yīng)力的分布比較均勻，截面調(diào)束容易通過，材料強(qiáng)度得到充分利用，活載作用下應(yīng)力變化范圍較小，各個(gè)截面的安全系數(shù)趨于統(tǒng)一。但從圖5、圖6可以看出內(nèi)力包絡(luò)圖相差較遠(yuǎn)，此種配束方法較耗費(fèi)材料。其用材指標(biāo)為:鋼鉸線25 kg/m2，混凝土0.75 m3/m2。另外，近120 m長的連續(xù)梁一次張拉到位也不易控制，尤其是鋼束張拉伸長量與理論計(jì)算值相差較大。齒塊的設(shè)置也是使得錨固構(gòu)造復(fù)雜化。當(dāng)然，此法避免了施工縫帶來的后患，使用安全性也比較穩(wěn)定。

圖4 27 m+33.8 m+31 m+27 m計(jì)算正應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖5 27 m+33.8 m+31 m+27m計(jì)算最小內(nèi)力圖（單位：kN）

圖6 27 m+33.8 m+31 m+27m計(jì)算最大內(nèi)力圖（單位：kN）

3 結(jié)論

對(duì)于常規(guī)的等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，可以根據(jù)跨徑布置情況，采取靈活的配束方式，但無論采用何種配束方法，除按結(jié)構(gòu)受力計(jì)算確定外，都必須考慮實(shí)際施工和使用階段的要求。

（1）為了減少預(yù)應(yīng)力損失，可以采用分段張拉接長的方式，通常一次張拉長度不易過長。

（2）考慮到剪力滯的影響和活載偏心的影響，一般將活載橫向分布系數(shù)乘以1.15來計(jì)算。

（3）為了減少連續(xù)梁的次內(nèi)力，鋼束線形可以參考確定活載作用下的吻合束線形，但實(shí)際的設(shè)計(jì)還是應(yīng)該以束界來控制為主。

（4）主梁高度對(duì)鋼束的配置影響很大，腹板的間距和總厚度對(duì)抗剪影響很大，從而決定鋼束的彎起位置一般在恒載的零彎矩點(diǎn)處，束筋合力重心線應(yīng)靠近截面中心線，施工逢也應(yīng)盡量選擇于此處設(shè)置。

對(duì)于變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁可以通過調(diào)整支點(diǎn)和跨中的梁高來調(diào)整結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，但對(duì)于等截面連續(xù)梁來說，由于截面剛度幾乎不變，所以只能通過調(diào)整鋼束線形來抵抗固定的內(nèi)力。這就要求在設(shè)計(jì)過程中對(duì)預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行反復(fù)大量的試調(diào)和微調(diào)以達(dá)到設(shè)計(jì)期望的應(yīng)力分布。