預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)探究

范洪貴

北京建達(dá)道橋咨詢(xún)有限公司，北京 100016

1 剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)形式

剛構(gòu)橋，主要承重結(jié)構(gòu)采用剛構(gòu)的橋梁,由梁和腿或墩（臺(tái)）身構(gòu)成剛性連接。結(jié)構(gòu)形式可分為門(mén)式剛構(gòu)橋、斜腿剛構(gòu)橋 、T形剛構(gòu)橋和連續(xù)剛構(gòu)橋：

1）門(mén)式剛構(gòu)橋：其腿和梁垂直相交呈門(mén)形構(gòu)造，可分為單跨門(mén)構(gòu)、雙懸臂單跨門(mén)構(gòu)、多跨門(mén)構(gòu)和三跨兩腿門(mén)橋。前三種跨越能力不大，適用于跨線橋，要求地質(zhì)條件良好，可用鋼和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建造。三跨兩腿門(mén)構(gòu)橋，在兩端設(shè)有橋臺(tái)，采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)建造時(shí)，跨越能力可達(dá)200多米；

2）斜腿剛構(gòu)橋：橋墩為斜 向支撐的剛構(gòu)橋，腿和梁所受的彎矩比同跨徑的門(mén)式剛構(gòu)橋顯著減小，而軸向壓力有所增加；同上承式拱橋相比不需設(shè)拱上建筑，使構(gòu)造簡(jiǎn)化。橋型美觀、宏偉，跨越能力較大，適用于峽谷橋和高等級(jí)公路的跨線橋，多采用鋼和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)建造；

3）T形剛構(gòu)橋：是在簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力橋和大跨鋼筋土箱梁橋的基礎(chǔ)上，在懸臂施工的影響下產(chǎn)生的。其上部結(jié)構(gòu)可為箱梁、桁架或桁拱，與墩固結(jié)而成T型，橋型美觀、宏偉、輕型，適用于大跨懸臂平衡施工，可無(wú)支架跨越深水急流，避免下部施工困難或中斷航運(yùn)，也不需要體系轉(zhuǎn)換，施工簡(jiǎn)便；

4）連續(xù)剛構(gòu)橋：分主跨為連續(xù)梁的多跨剛構(gòu)橋和多跨連續(xù)-剛構(gòu)橋，均采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，有兩個(gè)以上主墩采用墩梁固結(jié)，具有T形剛構(gòu)橋的優(yōu)點(diǎn)。

2 跨徑布置及結(jié)構(gòu)尺寸擬定

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)方案選定后，首先應(yīng)進(jìn)行總體布置和確定結(jié)構(gòu)的構(gòu)造尺寸。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁剛構(gòu)橋構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)考慮橋梁的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、跨越性質(zhì)和水文、地質(zhì)條件以及施工方法。對(duì)于等截面與變截面連續(xù)剛構(gòu)橋來(lái)說(shuō)選取合理的主、邊跨比、跨徑與梁高的比例是非常重要的。對(duì)于跨徑范圍在20m～50m的連續(xù)剛構(gòu)橋選取等截面形式及梁高一般為跨徑的1/15-1/30，這種橋型常采用滿堂支架、移動(dòng)模架逐孔施工和頂推施工的方法；對(duì)于較大跨徑的多孔連續(xù)剛構(gòu)橋常作成變截面的形式其支點(diǎn)梁高為最大跨徑的1/15～1/20及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。

3 預(yù)應(yīng)力筋布置

3.1 縱向預(yù)應(yīng)力筋

1）布束原則

縱向預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量和布筋位置要根據(jù)結(jié)構(gòu)在使用階段的受力狀態(tài)確定（彎矩包絡(luò)圖），同時(shí)，也要滿足施工各階段受力需要。不同的施工方法，在施工階段的受力狀態(tài)存很大差別，因此，配筋必須考慮施工方法。

選擇合適的力筋形式和錨固形式，選擇預(yù)加力大小適當(dāng)?shù)氖?，以達(dá)到合理的配筋形式。若預(yù)加力過(guò)小，束筋過(guò)多，管道多，增大結(jié)構(gòu)尺寸；如預(yù)應(yīng)力過(guò)大，受力過(guò)于集中，引起局壓應(yīng)力。箱形截面考慮剪力滯效應(yīng)，應(yīng)盡量靠近腹板布置，同時(shí)減小下彎束的平彎角；避免在同一截面錨固，可分散錨固，如在同一截面，要適當(dāng)分散，可減小錨下局部應(yīng)力；寬翼緣箱形截面梁的兩腹板處受對(duì)稱(chēng)垂直力作用時(shí)，其上、下翼緣的正應(yīng)力沿寬度方向呈不均勻分布的現(xiàn)象稱(chēng)為剪力滯或剪力滯效應(yīng)，即腹板對(duì)接處的頂?shù)装逭龖?yīng)力出現(xiàn)峰值＞平均值。

直線布束，頂板預(yù)應(yīng)力筋沿水平布置并錨固在梗肋處，可減少預(yù)應(yīng)力筋的摩阻損失，穿束方便，改善了腹板的混凝土澆注條件；水平預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計(jì)和構(gòu)造僅由彎曲應(yīng)力決定，而抗剪強(qiáng)度則由豎向預(yù)應(yīng)力筋來(lái)提供。曲線布束，預(yù)應(yīng)力筋在腹板內(nèi)彎曲并下彎錨固在腹板上，以減小外荷載所產(chǎn)生的剪力。此時(shí)腹板應(yīng)具有足夠的厚度以承受集中的錨固力。

2）布置方式

（1）滿堂支架施工：跨徑較小時(shí)，采用連續(xù)曲線束（布束簡(jiǎn)單，摩阻力大，穿束困難）橋梁總長(zhǎng)＜100m；跨徑較大時(shí)，為了減小摩阻損失，可采用分段配筋，兩端張拉（頂板張拉）或一端張拉，底板預(yù)先埋置錨頭（錨固式）上部為張拉式錨頭；

（2）簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)：分為先期束和連續(xù)束，先期束適于簡(jiǎn)支梁；連續(xù)束則待墩上接縫混凝達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，用設(shè)置在接縫頂部的局部頂應(yīng)力鋼筋來(lái)建立結(jié)構(gòu)的連續(xù)性；

（3）逐跨施工：主索布置往往采用逐段接長(zhǎng)配筋，接頭位置設(shè)置在支點(diǎn)截面，也可設(shè)在離支點(diǎn)約1/5跨徑附近彎矩較小的部位；

（4）頂推施工：前期張拉力筋-為頂推施工需要而設(shè)置，施工過(guò)程中，箱梁每一截面均會(huì)出現(xiàn)最大正、負(fù)彎矩，通常在截面的上、下緣配置直線筋，各段之間采用“逐段接長(zhǎng)配筋”；后期張拉力筋， 依照使用階段要求補(bǔ)充設(shè)置的力筋，分直筋和彎筋.直筋配置在支點(diǎn)頂部和跨中底部，彎筋設(shè)置在腹板內(nèi)，水平投影長(zhǎng)度為跨徑1.3-1.5倍，錨固1/3跨徑腹板內(nèi)側(cè)齒板上。

3.2 橫向和豎向布筋

設(shè)計(jì)中，需要對(duì)結(jié)構(gòu)施加橫向和豎向預(yù)應(yīng)力。橫向預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)橋梁的橫向聯(lián)系，增加懸臂及頂板的抗彎能力。一般直線布置在橫膈梁或頂板內(nèi)；采用高強(qiáng)鋼絞線或粗鋼筋，箱梁橫向預(yù)應(yīng)力筋趨向于采用扁錨體系，以減少布筋所需空間。

豎向預(yù)應(yīng)力提高截面的抗剪能力，設(shè)置在腹板內(nèi)；一般采用高強(qiáng)粗鋼筋，軋絲錨固在預(yù)留孔道內(nèi)按后張法工藝施工；豎向直線配置，也有用預(yù)應(yīng)力鋼絲束和鋼絞線作為豎向預(yù)應(yīng)力筋，須留孔道按后張法工藝張拉施工的。在施工中?？紤]利用豎向預(yù)應(yīng)力筋作為懸臂掛籃的后錨裝置。

4 徐變和收縮及其次內(nèi)力問(wèn)題

在長(zhǎng)期荷載或應(yīng)力作用下混凝土的徐變和收縮對(duì)結(jié)構(gòu)的變形、結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布和結(jié)構(gòu)內(nèi)截面的應(yīng)力分布都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。結(jié)構(gòu)在受壓區(qū)的徐變和收縮會(huì)增大撓度并且徐變會(huì)增大偏壓柱的彎曲，由此增大初始偏心降低柱承載力。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中徐變和收縮將導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失，結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面如組合截面徐變會(huì)使截面應(yīng)力重分布，對(duì)于超靜定結(jié)構(gòu)混凝土徐變將導(dǎo)致內(nèi)力重分布。

混凝土徐變總應(yīng)變可高達(dá)加載后產(chǎn)生的彈性變形的1倍～4倍，所以混凝土的徐變效應(yīng)在預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋中是必須考慮的。在超靜定結(jié)構(gòu)中由于徐變產(chǎn)生次生內(nèi)力而應(yīng)力變化的徐變及次內(nèi)力計(jì)算較為復(fù)雜，現(xiàn)較常用的方法有狄辛格方法、Trost”Bazant法、采用位移法的有限元逐步分析法。狄辛格法當(dāng)采用老化理論時(shí)對(duì)后期加載的長(zhǎng)期徐變效應(yīng)估計(jì)過(guò)低，而對(duì)遞減荷載的長(zhǎng)期徐變效應(yīng)又估計(jì)過(guò)高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步以及結(jié)構(gòu)有限元方法的應(yīng)用并結(jié)合根據(jù)Trost-Bazant按齡期調(diào)整的有效模量法，人們采用位移法的有限元逐步計(jì)算法將使得徐變分析更逼近實(shí)際。

5 結(jié)論

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作，必須從橋跨布設(shè)、尺寸擬定、鋼束布置以及施工方法選擇正確的設(shè)計(jì)參數(shù)并充分考慮包括徐變和收縮等環(huán)境對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的影響等方面綜合考慮才能成功地設(shè)計(jì)好一座橋梁。

[1]程建耀.最新橋梁設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M].長(zhǎng)春：吉林電子出版社，2005.

[2]邵旭東，程翔云.橋梁設(shè)計(jì)百問(wèn)[M].北京：人民交通出版社，2003.