淺談合理、快速布置中、小跨徑連絒梁預應力束

季雪征 陳維生

（哈爾濱市市政工程設計院，黑龍江，哈爾濱，150000）

淺談合理、快速布置中、小跨徑連絒梁預應力束

季雪征 陳維生

（哈爾濱市市政工程設計院，黑龍江，哈爾濱，150000）

本文通過理論和實例對中、小跨徑連續梁預應力束的布束問題進行了探討，對合 理、快速布置中、小跨徑連續梁預應力束提出了可行性的方法

吻合束；總預矩；初預矩；二次矩

一、利用吻合束的概念快速布置預應力筋

預應力混凝土連續梁橋具有設計彎矩小、剛度大、撓度變形小的優點，但是其中預應力筋布置是它較簡支梁的一個復雜之處。連續梁在預應力的作用下的變形是不自由的，它受到支座處的約束產生反力，這個反力會引起梁內彎矩，成為次彎矩。在梁的截面上由預加力引起的綜合彎矩由主彎矩和次彎矩組成。在混凝土連續梁的設計中，次彎矩是一個不可忽視的因素，它對于結構兩類極限狀態設計都有重要的影響。

并非所有的超靜定結構都產生次彎矩，當預應力鋼束布置符合某些條件時，次彎矩為零，此時的預應力合力重心連線與預應力在混凝土結構中產生的混凝土各截面上壓力中心的連線相重合，這時的預應力鋼束稱為吻合束。獲得吻合束有兩種基本方法：力法與荷載平衡法。吻合束并非最佳布束方式，合理的布束應該是能夠得到一條理想的壓力線，并且能夠盡可能的充分發揮預應力鋼束的最佳效果。因此，吻合束是簡化結構分析的一個概念，在它的基礎上對次彎矩等進行分析，次彎矩與預應力鋼束對于梁重心軸線的偏心距是線性的關系。有效利用次彎矩的原則是使預應力次彎矩盡可能與其他荷載產生的結構內力相抵消，就是使預應力次彎矩與其他荷載產生的結構內力方向相反，且盡可能的提高預應力次彎矩的絕對值。具體位置的布束以及預應力鋼束的面積也同樣可以利用吻合束、次彎矩的概念、性質去考慮。次彎矩是預應力連續梁中一個不可忽視的設計因素，利用吻合束的概念、性質布置預應力筋可達到最佳、快速的設計效果。

二、長束為主、短束為輔

預應力混凝土箱梁通過縱向預應力鋼柬提供構件各載面的預壓應力，以保證各個截面的正截面強度。設計時通過對縱向預應力鋼束的合理布置，以提供和提高箱梁的斜截面強度。縱向預應力設計是預應力混凝土連續梁橋的核心問題。

預應力混凝土連續梁的布跨方式與預應力鋼束的布置方式也有很大的關系,合理的布束方式前提必須要求有合理的布跨方式。城市橋梁由于施工工期，施工條件和美觀要橋，通常中小跨徑連續梁按等跨布置。

對于一般中小跨徑聯長 100m左右的預應力混凝土連續梁,由于施工時大多采用支架施工,結構在施工中不出現體系轉換的問題,不需要布置施工束,此類預應力混凝土連續梁布束時,?長束為主、短束為輔?的布束方法明顯優于?短束為主、長束為輔?的布束方法。這種布束的方法是,首先根據連續梁彎矩包絡圖形狀在梁體腹板內布足通長鋼束,然后如果在正負彎矩較大處由于預應力不足而增加短鋼束。

1、預應力損失

傳統觀念一般認為長束的預應力損失遠大于短束,這是因為束形布置尚欠合理,在具體設計時完全可以通過合理的束形使得長束的損失接近于短束的損失。長鋼束和短鋼束預應力損失主要區別在于摩阻損失和變形回縮損失,其它損失兩者相差不大。由于長束摩阻損失的不利性,變形回縮損失的有利性；而短束剛好相反,故該兩項損失之和比較接近，一般中小跨徑通長鋼束的預應力總損失與短鋼束相比并不很大。另外,預應力長束以摩阻損失為主,不同位置處相差較大,而短束在不同位置處的預應力損失則相差不大。因此在應力計算中,短束可近似認為每點處的永存預應力相同,但長束則不能同樣處理。所以設計中在條件許可的情況下可采用變截面或在梁端加腋等措施，使預應力筋平直，減小摩擦損失。

2、總預矩

混凝土連續梁的預應力總預矩包括初預矩和二次矩。同樣條件下,長束由于中跨跨中的預應力損失稍大于短束,除中跨跨中處的總預矩稍小于短束外,其他部位基本相同,且邊跨的總預矩長束還略大于短束。無論是長束布置還是短束布置,邊跨的總預矩遠大于中跨的總預矩,基于總預矩這一特性,本文提出預應力混凝土連續梁的合理布跨方式應是等跨布置，這樣既可以避免長束中跨跨中處的總預矩稍小于短束的缺點,又可以發揮長束邊跨的總預矩大于短束的優點。

不同的跨徑布置對預應力總預矩影響不大,但對恒載彎矩影響較大。等跨布置的恒載彎矩圖與長束的總預矩圖特性很相近,特別是彎矩包絡圖中邊跨與中跨的正彎矩比值與總預矩圖中邊跨與中跨的負彎矩比值基本一致。因此采用等跨布置完全可以采用長束為主的布束方式,甚至可以避免布置短束。等跨布置的使用荷載彎矩圖很好地體現了與長束的總預矩圖的一致特性,避免了大量繁瑣的短束,體現了預應力混凝土連續梁等跨布置與長束布置的合理性。

3、施工難易和梁體整體美觀

預應力混凝土連續梁采用以?長束為主、短束為輔?的方法利于設計和施工。采用短束為主的設計方法,由于大量的支點負彎矩短束及箱梁內頂底板短束存在,勢必造成施工難度大。采用長束為主的設計方法,通長束一般都在梁端和梁頂張拉,因此施工相對容易。

支點負彎矩處,由于短束較多,使得梁底的張拉槽口相應增加,后封的混凝土與先澆的梁體形成極大的色差,且直接面對橋下行人,大大影響橋梁外觀的美觀。如果采用合理的布跨和布束方式,完全可以避免這一不足。另外,連續梁是等跨布置,也使得橋下墩柱整齊排列,井然有序。

三、 工程實例

下面以哈爾濱市二十道街跨江橋南岸 D匝橋的設計，來進行比較說明。

1、工程概況

D5-D8、D8-D11均為3x31m連續梁，是D匝橋中的兩聯，橋面寬度9m，，設計采用預應力混凝土連續箱梁結構，主梁頂寬8.8m，底寬3m。主梁為全橋等高度箱梁，梁高2.0m。主梁兩側各懸臂2.4m，懸臂端部厚度20cm，懸臂根部厚度45cm。頂板全聯等厚，厚度為25cm，底板跨中附近厚度為22cm，橫隔梁邊緣厚度40 cm，采用5m范圍直線變化。腹板為斜腹板，跨中部分腹板厚度為40cm，根部厚60cm。橫隔梁中支點厚度為2.0m，邊支點厚度1.2m。施工方法為滿堂支架施工。

2、計算方法

對主梁進行正常使用極限狀態和承載能力極限狀態計算，采用相同的技術標準和設計依據、設計計算參數。

3、計算結果

預應力束布置情況一：每個腹板配置兩個通常束，一個短束，支點截面6根短束。

預應力束布置情況二：每個腹板配置三個通常束，一個短束，支點截面4根短束。

上述兩種配筋均滿足規范要求，但是所用鋼筋量卻有不同，第一種情況，鋼筋用量為21.6噸，平均該橋每平米預應力鋼束25.8公斤，錨具56套。第二種情況，鋼筋用量為18.4噸，平均該橋每平米預應力鋼束22公斤，.錨具40套。并且，第一種情況，頂、底板束較多，施工難度加大。

結果表明，在采用直線束布置的同時，有必要在靠近箱梁支點附近的節段內，在腹板內布置部分下彎束，但噸位不宜太大，并同時在邊跨現澆段端部腹板內布置部分彎起束。由于這類預應力鋼束通過腹板，使得預壓應力容易均勻分布到全斷面上，是克服剪應力最有效的合理的布束形式，可達到免費提供預剪力的效果。

四、結束語

理論來源于實踐，又反過來能知道實踐。對于中小跨徑的連續梁的預應力束的布置，首要問題就是要結構斷面選擇合理，分跨也要合適；其次，利用吻合束的概念、性質布置預應力筋可達到快速的設計效果；最后，在中小跨徑連續梁設計中，采用長束為主、短束為輔?的布束方法，能夠很快獲得合理、經濟的預應力束布置方案。

TU660

A

1674-3954（2011）02-0037-01