先張法預應力梁板結構橋梁設計

龍俊濤 夏治菘

摘要：本文對先張發預應力梁板結構橋梁設計的要點進行分析，首先全面解析梁板結構的設計內容，其次以先張法預應力梁板結構的橋梁設計內容為主體對象，深入分析先張法預應力梁板結構橋梁設計的方式，目的在于提高橋梁設計水平，促進我國橋梁事業的發展。

關鍵詞：先張法；預應力；梁板結構；橋梁設計

0.引言

通常情況下，跨度較小的梁板結構的橋梁使用的是預應力的功能設計，在所有部件對外部結構承受壓力之前，及早在這樣的條件下對受拉部位實施作用力，進而使得各個部件的功能強度得到加強，而這樣的結構部署方式就是預應力結構。在梁板結構形式的橋梁中，對于預應力的部署主要涵蓋先張法與后張法兩類，前者的作用是增強鋼筋混凝土等結構的堅固性和抗擊外力性，但是在實施混凝土部件預制的環節中，實施應力的方式不失為一種經濟實用的方法。

1.梁板結構的設計概況

梁板結構的設計主要作用在跨度較小的橋梁中，由于其設計便捷以及建造高度較低，因而頗受歡迎。通常其主要應用的是整體形式的板橋結構，主要涵蓋矩形等相應板式；另外的裝配形式的板橋則是包含實心和空心兩類；當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計順次。

梁體結構形式的橋梁的建造高度較低，且整個設計過程比較便捷、高效統一化生產；需要注意的是裝配形式的部件自身質量較小，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計不得超過15m，而預應力形式的混凝土連續板橋也應控制在35m左右；以上測算都應遵循靜力規則推進；對于各種形式的橋梁，其所實施預應力設計的方式也不盡相同。對于簡支板橋的設計，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區間內，相應的裝配類型的預應力規格的混凝土板橋的跨徑能夠達到16m；懸臂形式的板橋通常設計為雙懸臂結構，其中間的跨度在8～10m范圍內，相應的懸臂的長度是中間部位的三分之一，板的跨中標準的設計大致是跨度的1/14～1/18，而承載部位則是跨中部位的1-3～1.4倍。如果是連續形式的板橋，其就不需要實施附加的搭建板材，則只需科學設計跨度，邊際區域的跨度與中間區域的跨度之比設計在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地伸展；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，通常的預應力混凝土的空心板的跨度范圍應設計為8～16m，另外板的厚度范圍應設計在40～70cm。

2.先張法預應力梁板結構的橋梁設計

2.1先張法預應力設計概況

所謂先張法，是指在混凝土材料澆筑之前，對預應力筋實施張拉伸展，隨后把其固定在臺座等結構上，接著實施澆筑設計，等混凝土的堅固程度符合混凝土設計標準的75%左右，并確保預應力筋與混凝土二者達到絕對的融合，進而即可釋放預應力筋，并通過混凝土與預應力二者之間融合的作用，從而實現對混凝土實施預應力的效果。此類預應力的設計最為關鍵的環節是臺座的設計和構造，臺座是整個部件設計中起著重要承載功能的部件，因而對其的構造務必要具備強大的承壓能力和堅硬程度以及穩固性，以防止出現形變和其他惡劣的情況，并保證此類方式制作的部件質量達標。臺座的形式眾多，通常都是受制于各類不同的條件而實施的，通常常見的類型為墩式和槽式兩類。

2.2臺座結構的設計

對于墩式臺座的設計，其主要涵蓋承載部分以及臺面結構和橫梁等三部分，相應的長度最佳的區間為50～150m。而臺座承載能力的設計應依照部件張拉能力來決定，通常依照臺座每米的寬度等標準來設計。而承力作用的臺墩通常都是在地下放置，并且其具有極為強大的承壓效果和穩固性能。而對臺墩的穩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）的公式實施，其中的K1代表抗傾覆達到完全程度的一個系數值，通常不得小于1.50；而M則代表傾覆的力矩（N·m），它產生于預應力筋的張拉作用力；Pi代表的是預應力筋的張拉力（N）；而e1則是預應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遵循公式K2=N1/Pj具體實施，其中K2代表的是抗滑移的安全系數，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，并與合墩等環節共同設計時，這個時候通常不實施后者的驗證和測算，但是其承壓的能力則應執行此項設計。

對于臺面的設計，其通常是在堅固性能達標的碎石墊層上澆筑60～100mm厚度的混凝土，進而最終構成。在此部位的設計中，水平形式的承載力務必認真測算，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，一般設計為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度的計算數值（MPa）；K1代表的是其承載力超限的系數，一般設計為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，一般設計為15。其伸縮縫的設計可依照區域的溫度變化等其他因素決定，通常設計為10m；當然也可使用滑動類型的臺面，這樣就沒有了上一步的設計。臺座兩側設計有固定預應力鋼絲的鋼制橫梁，通常使用型鋼來進行制作，在具體設計的時候，不僅要確保有一定的強度和堅硬程度，與此同時還應格外防范其可能出現變形以及預應力損耗的情況。

2.3先張法作用下的預應力槽式臺座的結構設計

槽式規格的臺座主要涵蓋鋼筋混凝土壓桿等相應部件，通常其放置在地下部位，其臺座的長度通常不得超過50m，相應的承載力可以大于1000kN。對于槽式規格的臺座，其通常使用四橫梁搭配成組，進而借助于千斤頂來實施張拉設計，具體設計務必確保經濟實用且能達到高效便捷的效果。此結構主要涵蓋端柱和橫梁等統一設計，由于其水平形式的力基本都傳遞給了傳力柱，因而并不會產生以上兩類問題，這樣相應的測算驗證中就不必要對其強度進行測算。而如果事先知道張拉控制的應力以及鋼鉸線截面的面積，那么就能得出其他各個環節所需的數值和量級。此環節設計的臺座主要由3個傳力柱來承擔承受2槽空心板的張拉力，這樣就可以測算出相應的正截面具體應承受的力Nj，Nj=1917 726 N。

3.結束語

綜上所述，借助于先張法進行預應力梁體結構的部件制作，主要涵蓋臺座和張拉等各個工序，而其中關鍵的環節是臺座的設計和部署，因此其的設計和測算務必依照具體規格實施，只有這樣才可既達到施工標準，又能確保橋梁的正常使用。

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