等截面预应力混凝土连续梁桥设计的探讨

郭友

（天津市海顺交通工程设计有限公司，天津市 300074）

1 设计简介

天津市津沧高速公路静王路立交主线7#～10#墩主桥上跨津沧高速公路，设计荷载为公路—Ⅰ级。桥宽15m，布置跨径为35m+50m+35m，为等截面箱形预应力混凝土连续梁,梁高2.5 m，为主跨的1/20。采用单箱三室截面，悬臂长2m，腹板中心线间距3.6m，顶板厚25 cm，底板厚20 cm，跨中腹板正常段厚度40 cm，支点段加厚至60 cm，以提高抗剪能力和满足双排钢束锚固布置需要。主梁采用支架现浇施工，分段施工，分段张拉。设置施工逢2道。先施工中跨50 m和两边跨靠近中间支点段10 m(此处恒载作用下弯矩为零，由结构力学可知边跨弯矩零点距中支点如8#墩的距离为1/5L=10 m，其中L为中跨径)，形成简支双悬臂结构，张拉腹板钢束F5～F8并拆除中跨支架以尽量减少交通中断。然后浇注边跨剩余混凝土，张拉剩余腹板钢束F1～F4，F9～F12。拆除边跨支架后张拉中间支点顶板束D1～D2。主梁采用C50混凝土，腹板钢束采用9Φj15.24和12Φj15.24钢铰线，OVM15—9和OVM15—12锚具，每个腹板上横向布置2束，纵向采用连接器在施工缝处接长。双向张拉，张拉控制应力0.72fpk。顶板局部短束采用5Φj15.24，扁锚15—5体系。在顶板预留槽口处张拉，最后完成桥面二期铺装。

天津市津港高速公路主线177#～181#墩主桥上跨盛塘路,设计荷载为公路—Ⅰ级。单幅桥宽13.25 m,布置跨径为27 m+33.8 m+31 m+27 m，为等截面箱形预应力混凝土连续梁；梁高2.1 m，约为主跨的1/16；采用单箱双室截面，悬臂长1.75 m；腹板中心线间距4.65 m，顶板厚25 cm，底板厚25 cm，跨中腹板正常段厚度45 cm，支点段加厚至65 cm。主梁采用支架整体现浇，一次张拉成桥。双向张拉，张拉控制应力0.72fpk，不设施工逢。主梁采用C50混凝土，腹板钢束采用12Φj15.24，每个腹板上横向布置1束，同时设置顶板通长束和局部短束以及底板通长束，均采用12Φj15.24钢铰线，OVM15—12锚具。在顶板和底板设置齿块，短束锚固于齿块上，最后完成桥面二期铺装。

2 计算分析

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)采用近似概率极限状态设计法，对上面两座连续梁按正常使用极限状态和承载能力极限状态进行计算分析和对比。其中正常使用极限状态以结构弹性理论为基础，承载能力极限状态以塑性理论为基础。对于正常使用极限状态给出短期荷载效应组合的计算结果 (一般以此组合作为应力的控制),对于承载能力极限状态给出正截面抗弯承载力的计算结果(一般以此项作为承载力的控制)。

从图1可知在荷载短期效应组合情况下，截面上下缘均处于完全受压状态，(没有出现负值)，上缘最小压应力0.4 MPa,下缘最小压应力0.4 MPa,属于全预应力混凝土构件。但是，由于梁高为主跨的1/20，只配置了腹板钢束和顶板局部短束，给调束带来较大的不便，造成整个梁段应力的分布不均匀，个别截面很难通过(如支点钢束弯起处)。这样，材料强度就得不到充分利用。当然从图2、图3可以看出，内力包络图比较逼近。此种配束方法比较节约材料，其用材指标为:钢铰线22.7 kg/m2，混凝土0.71 m3/m2。此桥的另一配束优点是考虑到长预应力钢束由于多次反弯引起的预应力损失 (这种损失通常很大)。中间设置施工缝，钢束分段接长，同时方便了穿束、张拉和压浆等操作工艺，但桥梁在实际使用中容易出现施工缝处渗漏水的毛病，这也是其弊病之一。

图1 35 m+50 m+35 m计算正应力图（单位：MPa）

图2 35 m+50 m+35 m计算最小内力图（单位：kN）

图3 35 m+50 m+35 m计算最大内力图（单位：kN）

从图4可知在荷载短期效应组合情况下，截面上下缘均处于完全受压状态，上缘最小压应力1.1 MPa，下缘最小压应力2.2 MPa，属于全预应力混凝土构件。由于梁高为主跨的1/16，同时配置了腹板钢束，顶板通长束和局部短束，以及底板通长束，使得整个梁段应力的分布比较均匀，截面调束容易通过，材料强度得到充分利用，活载作用下应力变化范围较小，各个截面的安全系数趋于统一。但从图5、图6可以看出内力包络图相差较远，此种配束方法较耗费材料。其用材指标为:钢铰线25 kg/m2，混凝土0.75 m3/m2。另外，近120 m长的连续梁一次张拉到位也不易控制，尤其是钢束张拉伸长量与理论计算值相差较大。齿块的设置也是使得锚固构造复杂化。当然，此法避免了施工缝带来的后患，使用安全性也比较稳定。

图4 27 m+33.8 m+31 m+27 m计算正应力图（单位：MPa）

图5 27 m+33.8 m+31 m+27m计算最小内力图（单位：kN）

图6 27 m+33.8 m+31 m+27m计算最大内力图（单位：kN）

3 结论

对于常规的等截面预应力混凝土连续梁，可以根据跨径布置情况，采取灵活的配束方式，但无论采用何种配束方法，除按结构受力计算确定外，都必须考虑实际施工和使用阶段的要求。

（1）为了减少预应力损失，可以采用分段张拉接长的方式，通常一次张拉长度不易过长。

（2）考虑到剪力滞的影响和活载偏心的影响，一般将活载横向分布系数乘以1.15来计算。

（3）为了减少连续梁的次内力，钢束线形可以参考确定活载作用下的吻合束线形，但实际的设计还是应该以束界来控制为主。

（4）主梁高度对钢束的配置影响很大，腹板的间距和总厚度对抗剪影响很大，从而决定钢束的弯起位置一般在恒载的零弯矩点处，束筋合力重心线应靠近截面中心线，施工逢也应尽量选择于此处设置。

对于变截面预应力混凝土连续梁可以通过调整支点和跨中的梁高来调整结构的内力，但对于等截面连续梁来说，由于截面刚度几乎不变，所以只能通过调整钢束线形来抵抗固定的内力。这就要求在设计过程中对预应力束进行反复大量的试调和微调以达到设计期望的应力分布。