淺談預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計

【摘要】對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋工程實踐中出現(xiàn)的主要問題、形成原因、敏感性分析及設(shè)計問題作了簡要分析和論述。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力 混凝土 連續(xù)梁橋 設(shè)計

引 言

連續(xù)梁橋是工程上廣泛使用的一種橋型。它不但具有可靠的強(qiáng)度、剛度及抗裂性，而且具有行車平穩(wěn)舒適、養(yǎng)護(hù)工作量小、設(shè)計及施工經(jīng)驗成熟的特點，與其它橋型相比具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，常成為最佳橋型方案。通過多年參與、負(fù)責(zé)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁（連續(xù)剛構(gòu)）橋的設(shè)計工作，對這種橋型有了較深刻地體會及認(rèn)識，現(xiàn)將設(shè)計中應(yīng)注意的問題，談一些觀點。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋主要問題

在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，特別是大跨徑連續(xù)梁橋的施工或使用過程中，部分橋梁有時會出現(xiàn)這樣或那樣的問題，其主要問題是箱梁混凝土出現(xiàn)了不同性質(zhì)的裂縫。

根據(jù)作者所知，在已建成的連續(xù)橋梁中，某些橋梁上部結(jié)構(gòu)曾出現(xiàn)了部分裂縫，主要有箱梁頂板和底板的縱向裂縫；箱梁腹板的斜向裂縫。特別是靠近邊路現(xiàn)澆箱梁端部范圍的兩側(cè)腹板，出現(xiàn)近45o的斜向裂縫。現(xiàn)舉例如下：

（1）某公路大橋為三跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。在中跨跨中近60 m范圍內(nèi)，箱梁底板下緣合龍段上緣出現(xiàn)縱向裂縫，最多的一個截面有10多條，連續(xù)貫通，裂縫寬度0.1～0.4 mm。在兩只中墩左右的1號節(jié)段底板，各有1條長2 m對稱的縱向裂縫，裂縫寬度0.2～0.3mm。在邊跨近橋臺的4 5個箱梁節(jié)段底板。出現(xiàn)不連續(xù)、較短的縱向裂縫，裂縫寬度0.1～0.2mm。

（2）某公路大橋為連續(xù)剛構(gòu)一連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)。該橋在每孔1/4梁跨處的上、下游箱梁內(nèi)側(cè)腹板處，發(fā)現(xiàn)與頂板呈250～450的斜向裂縫，成橋早年后共發(fā)現(xiàn)百余條裂縫，最長約4 m，最大裂縫寬度達(dá)1.8 mm。從以上預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的裂縫來看，其性質(zhì)大部為受力裂縫。且寬度較大。為保證這些橋梁的安全性和正常使用；以及結(jié)構(gòu)的耐久性，有關(guān)方面曾對裂縫的成因作過一些分析。我們也可從中吸取教訓(xùn)，以提高對這類問題的認(rèn)識和重視，為今后從事預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的設(shè)計、施工、管理和監(jiān)理工作采取相應(yīng)的對策。

對于跨徑20～50 m的連續(xù)梁，一般作成等截面形式，梁高一般為跨徑的1/15～1/30，這種橋型常采用滿堂支架、移動模架逐孔施工和頂推施工的方法，對于較大跨徑的多孔連續(xù)梁，常作成變截面的形式，其支點梁高為最大跨徑的1/15～1/20，跨中梁高為最大跨徑的1/30～1/50，這種橋型通常采用懸臂法進(jìn)行施工，其邊跨跨徑一般為中跨跨徑的0.65～0.7倍，宜0.55～0.6倍。

在連續(xù)梁橋細(xì)部尺寸擬定時，應(yīng)作一定的計算及分析，對箱梁各部分尺寸進(jìn)行詳細(xì)優(yōu)化。在主、邊跨不變的情況下，結(jié)合所采用的施工方法，考慮不同梁高、不同箱梁頂?shù)装濉⒏拱搴穸龋粚τ谶B續(xù)剛構(gòu)橋還須根據(jù)地質(zhì)資料對樁基礎(chǔ)進(jìn)行等效模擬，考慮不同的雙壁墩間距、不同的截面（空心薄壁型、實心啞鈴型）類型，進(jìn)行多種組合的分析計算.經(jīng)過反復(fù)多次的調(diào)整與綜合考慮，最后確定較為理想的主、邊跨梁高與結(jié)構(gòu)細(xì)部尺寸。接著應(yīng)對結(jié)構(gòu)施工階段的梁段劃分、施工可靠度進(jìn)行了深人的分析驗算，梁段劃分時盡量使所劃分的梁段數(shù)量較少、相鄰兩梁段重量相差較小，以方便施工。縮短施工周期。在施工階段可靠度驗算中應(yīng)考慮施工過程中在最大懸臂階段可能出現(xiàn)的最不利的施工荷載、結(jié)構(gòu)自重的不均勻性以及風(fēng)力對結(jié)構(gòu)的影響等。運營階段則考慮恒載、活載、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、基礎(chǔ)沉陷、溫度變化、風(fēng)力及地震力對主橋結(jié)構(gòu)上下部的影響，進(jìn)行多種組合分析計算，以保證結(jié)構(gòu)受力合理、施工簡便安全。

2 、 預(yù)應(yīng)力混凝士連續(xù)梁橋設(shè)計對策

預(yù)應(yīng)力混凝士連續(xù)梁橋的裂縫問題涉及到設(shè)計、施工、監(jiān)理等各方面。本文僅從設(shè)計方面進(jìn)行探討。

2.1 橋梁跨徑布置和箱梁截面尺寸擬定

（1）橋梁跨徑布置：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的邊跨與主跨比選用是否恰當(dāng)直接影響到結(jié)構(gòu)受力的合理性。若邊跨太大，則邊跨支架現(xiàn)澆梁段長度偏長，施工時要防止支架不均勻沉降。邊路一長其整體剛度偏小，在恒載與活載作用下，現(xiàn)澆段會出現(xiàn)較大的主拉應(yīng)力，容易發(fā)生混凝土開裂；當(dāng)在邊跨加載時對中跨箱梁的受力不利。若邊跨與中跨之比過小，則邊跨支點可能會出現(xiàn)負(fù)反力，使得邊墩與邊跨受力不合理。（2）箱梁斷面尺寸擬定：自大噸位錨具、1860MPa鋼絞線和高強(qiáng)度混凝土在大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中采用以來，箱梁的自重大大減輕，使得上部結(jié)構(gòu)有條件向輕型化方向發(fā)展。

2.2 縱向預(yù)應(yīng)力布束方案與預(yù)應(yīng)力儲備

（1）縱向預(yù)應(yīng)力布束方案：在實際工程中出現(xiàn)剪切裂縫的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋中，發(fā)現(xiàn)這樣一個共同點，就是在縱向預(yù)應(yīng)力鋼柬布置時往往偏重施工方便的要求，而忽視了對腹板下彎束和邊跨現(xiàn)澆箱梁端部一定范圍內(nèi)腹板彎起束的有效利用問題。由于采用了在箱梁頂板和底板布置直線束，僅靠設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋來克服結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力的布束方案，這必須建立在充分保證豎向預(yù)應(yīng)力能夠達(dá)到設(shè)計要求的前提下。實際上箱梁腹板由豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋長度一般較短，鋼筋的張拉伸長量較小，施工時若發(fā)生少量的壓縮變形，將會產(chǎn)生較大的預(yù)應(yīng)力損失；加上錨固系統(tǒng)和施工操作上的問題，一般很難保證設(shè)計所要求的預(yù)應(yīng)力度。工程實踐證明：在采用直線束布置方案的同時，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。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，并可達(dá)到免費提供預(yù)剪力的效果。設(shè)計工程師可以通過合理布置縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，來改善箱梁版權(quán)的受力狀態(tài)；同時建議在邊跨箱梁端部將腹板的箍筋適當(dāng)加密，直徑適當(dāng)放大一些，這些措施對克服腹板的斜向裂縫是十分有效的。

（2）預(yù)應(yīng)力儲備：由于理論計算模式和計算結(jié)果往往與工程實際情況存在差異，加上一些在設(shè)計時難以計入的因素，因此在設(shè)計過程中，有必要考慮結(jié)構(gòu)各個截面的應(yīng)力要有一定的安全儲備，即對使用荷載作用下截面的正應(yīng)力和混凝土主拉應(yīng)力，提供一定的應(yīng)力儲備，以便在設(shè)計上帶來可靠保證。

2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計要重視溫度應(yīng)力

計算表明橋面局部升溫或降溫將會在結(jié)構(gòu)中引起較大的內(nèi)力變化，雖然這部分內(nèi)力不是永久的，但卻是不可避免的。若考慮不當(dāng)，溫度應(yīng)力會造成支點附近和跨中斷面的裂縫。即使這些細(xì)微裂縫不至于影響結(jié)構(gòu)的正常使用，但設(shè)計時必須給予重視。除了對這些截面進(jìn)行必要的應(yīng)力驗算滿足規(guī)范要求外，有必要采取一些構(gòu)造措施，如在驗算截面附近布置一定數(shù)量的非預(yù)應(yīng)力鋼筋，使得溫度應(yīng)力分布均勻，控制溫度裂縫的產(chǎn)生或發(fā)展。另外還得考慮在支點和梁端處的硬板和底板內(nèi)布置足夠的縱向鋼筋和箍筋，因為對于箱梁橫截面，腹板和底板在溫度作用下混凝土容易開裂。

3 結(jié) 語

預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的設(shè)計是一項復(fù)雜而細(xì)致的工作.若要成功地設(shè)計好一座橋梁必須從橋跨布設(shè).尺寸擬定、鋼束布置以及施工方法等方面綜合考慮；同時應(yīng)在眾多的數(shù)據(jù)中選擇正確的設(shè)計參數(shù)：并充分考慮環(huán)境（包括溫度、徐變和收縮）對結(jié)構(gòu)的影響。

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