預應力砼連續箱梁橋梁結構設計的優化措施

張新華

河南省交通科學技術研究院有限公司，河南鄭州 450000

摘 要 通過對結構設計優化方法的研究，可全面提升橋梁結構質量，為具體施工操作提供科學依據。本文主要以具體工程案例為切入點，從多個方面對結構優化措施及效果進行了分析和研究，為橋梁工程建設提供積極的理論指導。

關鍵詞 連續箱梁；橋梁結構；優化設計；措施

中圖分類號 U4 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）13-0089-01

預應力砼連續箱梁是橋梁建筑施工中較為常見的結構，其結構較為穩定，承載能力強，在后期投入運營之后產生的變形量小，同時具有較強抗震能力。設計因素對于橋梁施工質量以及穩定性有著重要的影響，在設計過程中需要綜合考慮多方面的條件，既要保證橋梁具有良好承載能力，也要避免出現材料浪費的現象，合理控制工程造價。因此，需要在結構設計中引入優化方法，提高橋梁設計的科學性，使橋梁施工質量滿足經濟發展的需求。

1 橋梁結構優化設計中常量的選定

1.1 橋型布置

在連續箱梁結構設計過程中，由于受到其自身特點的影響，結構受力的合理性主要受到邊跨與中跨比例的影響，在設計時應根據工程的實際情況，合理的控制二者之間的比例。若比例數值過大，會導致邊跨縱向剛度與縱跨無法適應，導致邊跨剛度過低，在邊跨部位產生一定的外力作用。若比例過小，中跨結構將出現跨中彎矩過大的現象，存在相應的負反力，對橋梁結構的穩定性造成影響。

其次是關于橋型中橫斷面的布置，橋梁的寬度、跨徑以及施工方法等多種因素都會影響截面形式的選擇。綜合考慮多方面因素選擇合理的截面形式，不僅能夠使截面的受力能力得到改善，還能節約施工材料，將橋梁的自重控制在合理的范圍內。

1.2 箱型截面細部尺寸構造

首先是腹板厚度的擬定，在確定腹板厚度時需要考慮到橋梁受力要求，且保證其最小厚度達到標準。一般情況下，中等以上跨徑結構中腹板的厚度約為35cm～60cm。對于底板厚度擬定則要考慮負彎矩的影響因素，負彎矩不斷增大，底板的厚度也會逐漸增加，其厚度一般在20cm～25cm左右，確保能夠滿足正負彎矩的變化。頂板厚度設計還應考慮鋼筋縱橫配置的需求，保證頂板能夠承擔鋼筋配置的壓力，避免出現頂板厚度過小的情況。最后是關于橫隔梁的配置，增加截面的橫向剛度是橫隔梁配置的主要目的，能夠有效的防止畸變應力出現。但是由于箱梁截面抗扭剛度比較大，應盡量減少中間橫隔板的配置，而將橫隔梁設置在支座的部位，使得支座附近的主拉應力得到有效的降低。

1.3 預應力砼連續箱梁鋼束配置

在進行鋼束配置設計時，除了滿足相關標準規范之外，還需要根據橋梁跨徑確定相應的錨具形式以及預應力鋼束形式，若所選擇的形式與與實際情況不匹配，就可能導致結構尺寸過大現象的產生。因此，在進行鋼束配置時應遵循以下原則，首先應根據施工現場的實際情況，考慮連續跨徑橋梁結構的原理，保證配置方案的科學性。為了防止在結構中布設的錨具過多而影響橋梁結構的穩定性，不能隨意切斷預應力鋼束。盡量避免反向曲率連續束的多次應用，否則會導致摩擦損失過大。

2 預應力砼連續箱梁橋梁結構設計以及優化措施

本文從具體案例為切入點，對連續箱梁橋梁結構設計優化措施進行分析與探討。某橋梁主橋結構為預應力砼變截面連續箱梁，所選用的布跨方式為邊跨反對稱，其中左幅橋的跨徑（108+166+95）m，右幅橋（95+166+108）m，主橋的橋面寬度設計為33m，具體如圖1所示。上部截面為2個獨立的箱梁結構，其中心間距為17.5m。在該項工程中橋梁跨徑相對較大，為了保證整體的穩定性，將各項應力控制在條件允許的范圍之內，對箱梁截面尺寸、頂板及底板厚度等各方面的擬定進行對比分析，通過對數據的試算使橋梁結構的設計得到優化。

2.1 箱梁截面尺寸

箱梁截面尺寸的設計是影響連續箱梁結構施工質量的一個重要因素。在該項工程中邊跨與中跨的箱梁高度都為3.8m，支點梁高處設計9.0m、9.5m以及10m高度，通過分析其對結構的影響，采用二次拋物線為梁底曲線。比較結果如表1所示。

由表1中的實驗數據結果可知，支點梁高所選擇的數值越大，橋梁結構的最大壓應力在不斷的降低。但是結合橋梁結構設計相關的規范，在支點梁高為9m時，最大壓應力的數值不符合要求，因此這種方案不適合應用在橋梁施工之中。從9.5m變化至10m之后，雖然最大壓應力值變化不大，但是，其中所需要的施工材料較多，這樣不僅增加后期施工工程量，也不符合經濟性的要求。因此綜合本工程的實際情況，將支點梁高設計為9.5m。

2.2 腹板厚度擬定

結構中由于彎曲剪應力等相關因素所造成的主拉應力主要由腹板承擔，因此剪切極限強度是影響腹板厚度的重要因素。因腹板錨固預應力鋼束，會產生相應的錨下局部應力，腹板的厚度也應滿足這一要求。在進行結構優化設計時，設計三種厚度的腹板，分析其所產生的應力值來確定最佳腹板厚度，具體如表2所示。

通過對表中數據的分析，在第三種方案中所產生的拉應力不符合規范要求，應將其排除在外。在考慮工程實際特點以及腹板所需承擔的抗剪極限強度后，本工程可采用第二種方案，確保腹板厚度能夠滿足預應力鋼束錨固要求。

2.3 頂板與底板厚度擬定

在連續箱梁結構中，頂板與底板承擔了大部分的正負彎矩，這是影響板體設計厚度的重要因素，其中梁腹板設計的集中活載與橫向彎矩力要求存在著緊密的聯系。而在該項橋梁工程設計中，考慮到頂板部位的預應力鋼束配置情況，將頂板的厚度設計為28cm，既能保證板體的承載能力，也滿足了掛籃施工時鋼束線形的要求。由于在中區段部位連續梁跨承擔了大部分的正彎矩，所以要求在底板位置布設預應力束筋。在應用懸臂施工方法時，作用在梁下緣部位的壓應力比較大，必須保證底板有足夠的承壓面積來承擔此部分的壓應力。同時底板還要承擔相應的施工荷載，所以底板的厚度根據實際情況設計為28cm，通過對二次拋物線規律的分析，板體的厚度應向底部橫截面逐漸遞加，通過計算根部厚度為110cm。

2.4 T構懸臂梁段布置

為了保證懸臂結構梗托空間被充分的利用，使得鋼束配置更加合理，在設置T構懸臂梁段式主要從以下兩個方面考慮：首先，通過更改所選用鋼束型號能夠有效減少在同一橫截面部位的鋼束數，從而提高結構的穩定性。其次，梁段長度是影響T構懸臂段布置的一個重要的因素，因此通過增加梁段長度的措施，能夠控制掛籃施工中對頂板部位的影響?？紤]到本次施工中主橋跨徑相對較大，箱梁截面空間比較有限。

3 結論

綜上所述，在橋梁工程建設施工過程中，連續箱梁結構憑借其獨特的優勢在橋梁施工中得到了廣泛的應用，其不僅施工操作簡便，具有良好結構穩定性及較強承載能力。通過對結構設計中各種常量的分析，來選取最優參數，進一步優化連續箱梁結構設計。在確保連續箱梁結構穩定性的同時，應減少在設計方案中存在的不足之處，確保各項參數合理、有效，從根本上提高橋梁施工的質量。

參考文獻

[1]黃耿亮.預應力砼連續箱梁橋梁結構設計中的優化措施分析[J].中外建筑，2011（8）：155-157.

[2]袁明，劉建偉，顏東煌.預應力混凝土連續箱梁橋設計的統計分析[J].中外公路，2012（6）：143-148.