預應力混凝土橋梁的設計探討

李緒永

（山西誠達公路勘察設計有限公司，山西 太原 030006）

預應力混凝土橋梁是屬于橋梁建設中的一部分，應用十分的普遍，橋式的種類也很多例如斜拉橋、連續梁等，對于橋梁種類的選擇則是根據建筑地的具體情況因地制宜。伴隨著橋梁的發展，更加追求橋身較為輕便，造價較低，結構外觀上薄臂輕盈的橋梁。這些外在要求的增加在橋梁的懸臂施工中增加了不安全因素。預應力是一種為了避免橋梁中的裂縫的出現，運用高強度鋼筋及混凝土，施加外力后，使各部件受力減小的科學防護手段。這項技術的運用有效地減輕了橋面的承壓力，改變了預應力橋梁的微觀結構，使受力更加科學合理。這樣不僅僅可以減少施工材料的使用，使資源合理配置，還可以在一定程度上提高橋梁各部件的使用壽命。文章圍繞著預應力進行了各方面的分析，最后針對其缺點提出了有效的措施。

1 內力的分析

預應力橋梁的設計詣在運用力學原理科學合理的增加橋梁負重，通過運用橋梁頂板，鋼索進行分力，使其達到能夠在允許的范圍內達到較好的效果。預應力的使用增加了橋梁使用材料的材質，減少了中間的縫隙，具有更加良好的抗壓性。

1.1 縱向預應力筋在橋梁中的分布

縱向預應力筋在橋梁中具有重要作用。直線束方案的設計和采用能達到的效果往往是較為理想的，其設計理念是為了使預應力可以將力均勻的分布在橋梁的全斷面上，這樣一來就分流各方向的承壓力，從而克服經常困擾橋梁設計的剪應力。還有要控制橋面的腹板內布置一些向下的彎束，使其重量在可控制的范圍之內。與此同時，也將邊跨線澆筑的部短的腹板中布置同樣的彎束，保證向橋梁提供預剪力。縱向預應力筋可以制約橋梁橫截面上水平力的拉力，減緩由懸臂直接承擔車輛，從而延長其使用壽命。

不僅僅要重視整體力的作用方向，還要考慮橋梁中最容易出現裂縫問題，根據對許多案例進行分析發現有這么一個共同點，橋梁的施工隊在施工時為了更加便利，橋梁的預應力鋼束的布置往往不夠準確，一般都會將腹板下彎束和邊跨現澆箱梁端部，在一定的范圍內有效利用。預應力在橋梁中的作用不可忽視，也是連接橋梁各個部件的紐帶，但預應力的應用也要在一定的前提之下進行，一般情況下，在橋梁的建筑情況之下豎向的橋梁的腹板所使用的鋼筋的長度要比一般的短，就使地其拉伸的韌性較小，并且在橋梁的修筑過程中因為材料的壓縮還會有微小的變形，從而使得預應力損失再加上橋梁的施工過程橋梁的錨固定系統，就很難達到理論上計算的預應力。橋梁的縱向預應力主要是在材料的使用和施工上體現，采用一系列的方法例如布置縱向預應力鋼束，將箱部的受力情況進行分離，或者將邊跨箱梁端部腹板的箍筋的密度加大，使其更加密實，從而直徑就會放大，這些預應力的運用對于克服斜向裂紋十分有效。斜向裂紋一向是威脅橋梁時用的問題，特殊高科技材料的使用比如碳纖維高分子從細小的方面防止了此類問題的出現。

1.2 板橋模式

無論是高速公路還是鐵路還是其他涉及到橋梁建設的交通設施都無一例外的選擇輕便式橋梁，外形美觀，造價低廉，性價比也比較高。預應力對于板橋模式的橋梁也具有重要的作用。有的板橋模式橋梁的橋梁，其承載力并不能夠滿足要求，因此施工隊常常預應力的一種叫做碳纖維布的材料對普通的混凝土建造的空心模板橋梁進行加固。根據對混凝土板橋橋梁的探測儀科學的計算，并且對橋中心的承載極限全過程的分析可以更深地對預應力纖維布進行了解。在經過一系列的測試以及研究之后表明，預應力碳纖維布在橋梁的修筑過程中對橋心裝配式預應力空心混凝土板橋模式的密度加密以及固定，使其高強度的性能得到了充分的發揮，從各個方向減輕了混凝土空心板的受力，延緩橋梁的裂縫的產生，從而延長橋梁的使用壽命。在極限的負荷承載情況下，混凝土的壓縮變形也得到了遏制，保障了車輛行駛的暢通。假設使用普通的材料，橋梁的優勢就不再明顯，很多方面的性能得不到優化。

2 預應力混凝土橋梁的抗震問題

既然我國是一個多山地的國家，并且還處在板塊的交接處，從地理學的角度來分析多火山以及自然災害，因此橋梁的設計建造需要將這些問題都納入考慮范圍之中，預應力混凝土結構可以有效地解決以及避免這個問題的繁盛，橋梁工程界對這項技術也十分的重視。從一些發生過強烈地震的國家以及地區的橋梁調查數據表明，首先預應力橋梁的使用和普通的鋼筋混凝土的橋梁從外觀上幾乎是一樣的，主要是在設計和施工的合理以及巧妙上，并且預應力橋梁在地震區也具有很強的抗震能力。預應力橋梁主要是采用豎向的力對橋面以及橋心進行分力，這種方法的使用加固了普通的鋼筋混凝土橋梁，使其施工所用的材料更加密實，當地震等地質性災難降臨時，橋梁雖然受土層的內力影響，單邊行不或過于明顯，這就使橋身不會過度傾斜。擺脫通常意義上的橫向壓力改用豎向可以增強橋梁的抵抗來自水平方向擠壓的承載壓力，是水平方向的力與豎直方向的相消，達到平很效果從而具有良好的抗震力。

3 預應力混凝土橋梁的耐久性問題

橋梁的建設不可能做到盡善盡美，橋梁在長年的使用之后總會出現裂痕，這是科學上無法控制的外力因素。但可以依靠現代先進的科學技術手段在一定程度上延長橋梁的使用周期。首先，在材質的選擇上，盡量選擇高科技高密度的材料，承壓性較強同時外型上對外部自然條件的抵抗力較強。其次，要增強橋梁的抗疲勞性不僅僅在施工過程中注意，還要注意在投入使用后定期地對橋梁進行保護和維修。對于老化或者磨損較為眼中的部件盡量進行更新，預應力的應用也可以在力的使用下減輕負重，延長橋梁的使用壽命。

4 預應力設計需要注意的問題

雖然說橋梁的設計建造要有科學的依據，但理論上所得到的預應力并不能夠代表實際橋梁中就能夠達到理想狀態，預應力在內力上改變橋梁但無法避免受到自然的影響。橋梁外部溫度的變化無論是升溫還是降溫毫無疑問都會潛移默化的對橋梁的材質造成影響從而導致橋梁的變形，內力變化。天氣所帶來的溫度應力有可能造成橋梁的支點或者橋面中的跨度出現裂縫，久而久之，腹板和底板在溫度的影響和作用之下建橋的混凝土就會容易形成裂縫。

結束語

在眾多的橋梁設計當中，預應力混凝土的使用是必不可少的，要充分認識和應用這項技術以提高橋梁的安全性。雖然預應力橋梁的設計在我國的時間并不長，但其優點受到廣大橋梁建筑設計師的青睞。在我國國內，對大跨度預應力橋梁的設計到投入使用仍然有很多的問題亟待解決，橋梁工程的飛速發展以及交通運輸業的需求推動了該技術的不斷發展。本文通過對該項技術的闡述，對其科學理論的探討，能夠使預應力混凝土得到更廣泛的認可，只要堅持不斷地探索研究，努力克服技術瓶頸，就能將預應力技術進行推廣，從而為公路橋梁建設作出貢獻。

[1]李杰，徐岳，鄭凱鋒.預應力混凝土連續剛構橋結構參數分析[J].廣西交通科技，2003年05期.