先張法預(yù)應(yīng)力梁板結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計

龍俊濤 夏治菘

摘要：本文對先張發(fā)預(yù)應(yīng)力梁板結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計的要點(diǎn)進(jìn)行分析，首先全面解析梁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容，其次以先張法預(yù)應(yīng)力梁板結(jié)構(gòu)的橋梁設(shè)計內(nèi)容為主體對象，深入分析先張法預(yù)應(yīng)力梁板結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計的方式，目的在于提高橋梁設(shè)計水平，促進(jìn)我國橋梁事業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：先張法；預(yù)應(yīng)力；梁板結(jié)構(gòu)；橋梁設(shè)計

0.引言

通常情況下，跨度較小的梁板結(jié)構(gòu)的橋梁使用的是預(yù)應(yīng)力的功能設(shè)計，在所有部件對外部結(jié)構(gòu)承受壓力之前，及早在這樣的條件下對受拉部位實(shí)施作用力，進(jìn)而使得各個部件的功能強(qiáng)度得到加強(qiáng)，而這樣的結(jié)構(gòu)部署方式就是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。在梁板結(jié)構(gòu)形式的橋梁中，對于預(yù)應(yīng)力的部署主要涵蓋先張法與后張法兩類，前者的作用是增強(qiáng)鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)的堅固性和抗擊外力性，但是在實(shí)施混凝土部件預(yù)制的環(huán)節(jié)中，實(shí)施應(yīng)力的方式不失為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。

1.梁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計概況

梁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要作用在跨度較小的橋梁中，由于其設(shè)計便捷以及建造高度較低，因而頗受歡迎。通常其主要應(yīng)用的是整體形式的板橋結(jié)構(gòu)，主要涵蓋矩形等相應(yīng)板式；另外的裝配形式的板橋則是包含實(shí)心和空心兩類；當(dāng)然也有兩類形式兼有的組合形式，主要是按照先裝配后整體的設(shè)計順次。

梁體結(jié)構(gòu)形式的橋梁的建造高度較低，且整個設(shè)計過程比較便捷、高效統(tǒng)一化生產(chǎn)；需要注意的是裝配形式的部件自身質(zhì)量較小，然而其跨度的范圍卻時常受到影響，通常的鋼筋混凝土的設(shè)計不得超過15m，而預(yù)應(yīng)力形式的混凝土連續(xù)板橋也應(yīng)控制在35m左右；以上測算都應(yīng)遵循靜力規(guī)則推進(jìn)；對于各種形式的橋梁，其所實(shí)施預(yù)應(yīng)力設(shè)計的方式也不盡相同。對于簡支板橋的設(shè)計，其可以使用整體的形式也可以使用裝配的形式，第一種的跨度在4～8m區(qū)間內(nèi)，相應(yīng)的裝配類型的預(yù)應(yīng)力規(guī)格的混凝土板橋的跨徑能夠達(dá)到16m；懸臂形式的板橋通常設(shè)計為雙懸臂結(jié)構(gòu)，其中間的跨度在8～10m范圍內(nèi)，相應(yīng)的懸臂的長度是中間部位的三分之一，板的跨中標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計大致是跨度的1/14～1/18，而承載部位則是跨中部位的1-3～1.4倍。如果是連續(xù)形式的板橋，其就不需要實(shí)施附加的搭建板材，則只需科學(xué)設(shè)計跨度，邊際區(qū)域的跨度與中間區(qū)域的跨度之比設(shè)計在0.7～0.8；而如果是整體形式的板橋，由于其截面等部位易受溫度以及各類材料的影響，因而使得橋中部位可以適當(dāng)?shù)厣煺?；而如果是空心形式的矩形板，則主要是采取增加跨度等舉措使其自身的重量得到減小，通常的預(yù)應(yīng)力混凝土的空心板的跨度范圍應(yīng)設(shè)計為8～16m，另外板的厚度范圍應(yīng)設(shè)計在40～70cm。

2.先張法預(yù)應(yīng)力梁板結(jié)構(gòu)的橋梁設(shè)計

2.1先張法預(yù)應(yīng)力設(shè)計概況

所謂先張法，是指在混凝土材料澆筑之前，對預(yù)應(yīng)力筋實(shí)施張拉伸展，隨后把其固定在臺座等結(jié)構(gòu)上，接著實(shí)施澆筑設(shè)計，等混凝土的堅固程度符合混凝土設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的75%左右，并確保預(yù)應(yīng)力筋與混凝土二者達(dá)到絕對的融合，進(jìn)而即可釋放預(yù)應(yīng)力筋，并通過混凝土與預(yù)應(yīng)力二者之間融合的作用，從而實(shí)現(xiàn)對混凝土實(shí)施預(yù)應(yīng)力的效果。此類預(yù)應(yīng)力的設(shè)計最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是臺座的設(shè)計和構(gòu)造，臺座是整個部件設(shè)計中起著重要承載功能的部件，因而對其的構(gòu)造務(wù)必要具備強(qiáng)大的承壓能力和堅硬程度以及穩(wěn)固性，以防止出現(xiàn)形變和其他惡劣的情況，并保證此類方式制作的部件質(zhì)量達(dá)標(biāo)。臺座的形式眾多，通常都是受制于各類不同的條件而實(shí)施的，通常常見的類型為墩式和槽式兩類。

2.2臺座結(jié)構(gòu)的設(shè)計

對于墩式臺座的設(shè)計，其主要涵蓋承載部分以及臺面結(jié)構(gòu)和橫梁等三部分，相應(yīng)的長度最佳的區(qū)間為50～150m。而臺座承載能力的設(shè)計應(yīng)依照部件張拉能力來決定，通常依照臺座每米的寬度等標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計。而承力作用的臺墩通常都是在地下放置，并且其具有極為強(qiáng)大的承壓效果和穩(wěn)固性能。而對臺墩的穩(wěn)定性檢驗則主要涵蓋抗傾覆和抗滑移等兩個部分，前者的檢驗遵循KI=M/M1=GIJ（Pjxe1）的公式實(shí)施，其中的K1代表抗傾覆達(dá)到完全程度的一個系數(shù)值，通常不得小于1.50；而M則代表傾覆的力矩（N·m），它產(chǎn)生于預(yù)應(yīng)力筋的張拉作用力；Pi代表的是預(yù)應(yīng)力筋的張拉力（N）；而e1則是預(yù)應(yīng)力筋的張拉力施加作用的部位到傾覆部位的力臂長度（m）；而M1代表的則是抗傾覆力矩（N·m），其主要通過臺墩自身重力與主動土壓力等二者共同施加；顯然G代表的是臺墩自身的重力；而L同樣也代表力臂；而Ep則是相應(yīng)壓力等的合力（N），但是如果其放置的深度較淺，則以上因素不再考慮；e2代表的是合力中心到傾覆部位的力臂長度（m）。同樣地，對于其抗滑移的驗證和測算應(yīng)遵循公式K2=N1/Pj具體實(shí)施，其中K2代表的是抗滑移的安全系數(shù)，一般不得小于1.30；而N1代表的是抗滑移力，通常臺面表示為N，而另外一些與以上表示的意義大體一致。如果使用的混凝土形式的臺面，并與合墩等環(huán)節(jié)共同設(shè)計時，這個時候通常不實(shí)施后者的驗證和測算，但是其承壓的能力則應(yīng)執(zhí)行此項設(shè)計。

對于臺面的設(shè)計，其通常是在堅固性能達(dá)標(biāo)的碎石墊層上澆筑60～100mm厚度的混凝土，進(jìn)而最終構(gòu)成。在此部位的設(shè)計中，水平形式的承載力務(wù)必認(rèn)真測算，其通常的測算公式為N=φxAcxfc/（K1xK2），而φ代表的是軸心受壓作用下的縱向彎曲的系數(shù)，一般設(shè)計為1；而Ac代表的是其截面的面積（㎡）；而fc代表的是混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的計算數(shù)值（MPa）；K1代表的是其承載力超限的系數(shù)，一般設(shè)計為1.2；而K2是在臺面不均勻以及其他限定因素的條件下的安全系數(shù)，一般設(shè)計為15。其伸縮縫的設(shè)計可依照區(qū)域的溫度變化等其他因素決定，通常設(shè)計為10m；當(dāng)然也可使用滑動類型的臺面，這樣就沒有了上一步的設(shè)計。臺座兩側(cè)設(shè)計有固定預(yù)應(yīng)力鋼絲的鋼制橫梁，通常使用型鋼來進(jìn)行制作，在具體設(shè)計的時候，不僅要確保有一定的強(qiáng)度和堅硬程度，與此同時還應(yīng)格外防范其可能出現(xiàn)變形以及預(yù)應(yīng)力損耗的情況。

2.3先張法作用下的預(yù)應(yīng)力槽式臺座的結(jié)構(gòu)設(shè)計

槽式規(guī)格的臺座主要涵蓋鋼筋混凝土壓桿等相應(yīng)部件，通常其放置在地下部位，其臺座的長度通常不得超過50m，相應(yīng)的承載力可以大于1000kN。對于槽式規(guī)格的臺座，其通常使用四橫梁搭配成組，進(jìn)而借助于千斤頂來實(shí)施張拉設(shè)計，具體設(shè)計務(wù)必確保經(jīng)濟(jì)實(shí)用且能達(dá)到高效便捷的效果。此結(jié)構(gòu)主要涵蓋端柱和橫梁等統(tǒng)一設(shè)計，由于其水平形式的力基本都傳遞給了傳力柱，因而并不會產(chǎn)生以上兩類問題，這樣相應(yīng)的測算驗證中就不必要對其強(qiáng)度進(jìn)行測算。而如果事先知道張拉控制的應(yīng)力以及鋼鉸線截面的面積，那么就能得出其他各個環(huán)節(jié)所需的數(shù)值和量級。此環(huán)節(jié)設(shè)計的臺座主要由3個傳力柱來承擔(dān)承受2槽空心板的張拉力，這樣就可以測算出相應(yīng)的正截面具體應(yīng)承受的力Nj，Nj=1917 726 N。

3.結(jié)束語

綜上所述，借助于先張法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力梁體結(jié)構(gòu)的部件制作，主要涵蓋臺座和張拉等各個工序，而其中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是臺座的設(shè)計和部署，因此其的設(shè)計和測算務(wù)必依照具體規(guī)格實(shí)施，只有這樣才可既達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)，又能確保橋梁的正常使用。

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