預應力混凝土連續剛構橋設計探究

范洪貴

北京建達道橋咨詢有限公司，北京 100016

1 剛構橋結構形式

剛構橋，主要承重結構采用剛構的橋梁,由梁和腿或墩（臺）身構成剛性連接。結構形式可分為門式剛構橋、斜腿剛構橋 、T形剛構橋和連續剛構橋：

1）門式剛構橋：其腿和梁垂直相交呈門形構造，可分為單跨門構、雙懸臂單跨門構、多跨門構和三跨兩腿門橋。前三種跨越能力不大，適用于跨線橋，要求地質條件良好，可用鋼和鋼筋混凝土結構建造。三跨兩腿門構橋，在兩端設有橋臺，采用預應力混凝土結構建造時，跨越能力可達200多米；

2）斜腿剛構橋：橋墩為斜 向支撐的剛構橋，腿和梁所受的彎矩比同跨徑的門式剛構橋顯著減小，而軸向壓力有所增加；同上承式拱橋相比不需設拱上建筑，使構造簡化。橋型美觀、宏偉，跨越能力較大，適用于峽谷橋和高等級公路的跨線橋，多采用鋼和預應力混凝土結構建造；

3）T形剛構橋：是在簡支預應力橋和大跨鋼筋土箱梁橋的基礎上，在懸臂施工的影響下產生的。其上部結構可為箱梁、桁架或桁拱，與墩固結而成T型，橋型美觀、宏偉、輕型，適用于大跨懸臂平衡施工，可無支架跨越深水急流，避免下部施工困難或中斷航運，也不需要體系轉換，施工簡便；

4）連續剛構橋：分主跨為連續梁的多跨剛構橋和多跨連續-剛構橋，均采用預應力混凝土結構，有兩個以上主墩采用墩梁固結，具有T形剛構橋的優點。

2 跨徑布置及結構尺寸擬定

預應力混凝土連續剛構橋設計方案選定后，首先應進行總體布置和確定結構的構造尺寸。預應力混凝土連續梁剛構橋構造設計應考慮橋梁的技術經濟指標、跨越性質和水文、地質條件以及施工方法。對于等截面與變截面連續剛構橋來說選取合理的主、邊跨比、跨徑與梁高的比例是非常重要的。對于跨徑范圍在20m～50m的連續剛構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、移動模架逐孔施工和頂推施工的方法；對于較大跨徑的多孔連續剛構橋常作成變截面的形式其支點梁高為最大跨徑的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行施工。

3 預應力筋布置

3.1 縱向預應力筋

1）布束原則

縱向預應力筋數量和布筋位置要根據結構在使用階段的受力狀態確定（彎矩包絡圖），同時，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，選擇預加力大小適當的束筋，以達到合理的配筋形式。若預加力過小，束筋過多，管道多，增大結構尺寸；如預應力過大，受力過于集中，引起局壓應力。箱形截面考慮剪力滯效應，應盡量靠近腹板布置，同時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，要適當分散，可減小錨下局部應力；寬翼緣箱形截面梁的兩腹板處受對稱垂直力作用時，其上、下翼緣的正應力沿寬度方向呈不均勻分布的現象稱為剪力滯或剪力滯效應，即腹板對接處的頂底板正應力出現峰值＞平均值。

直線布束，頂板預應力筋沿水平布置并錨固在梗肋處，可減少預應力筋的摩阻損失，穿束方便，改善了腹板的混凝土澆注條件；水平預應力筋的設計和構造僅由彎曲應力決定，而抗剪強度則由豎向預應力筋來提供。曲線布束，預應力筋在腹板內彎曲并下彎錨固在腹板上，以減小外荷載所產生的剪力。此時腹板應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，采用連續曲線束（布束簡單，摩阻力大，穿束困難）橋梁總長＜100m；跨徑較大時，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，底板預先埋置錨頭（錨固式）上部為張拉式錨頭；

（2）簡支轉連續：分為先期束和連續束，先期束適于簡支梁；連續束則待墩上接縫混凝達到規定強度后，用設置在接縫頂部的局部頂應力鋼筋來建立結構的連續性；

（3）逐跨施工：主索布置往往采用逐段接長配筋，接頭位置設置在支點截面，也可設在離支點約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置，施工過程中，箱梁每一截面均會出現最大正、負彎矩，通常在截面的上、下緣配置直線筋，各段之間采用“逐段接長配筋”；后期張拉力筋， 依照使用階段要求補充設置的力筋，分直筋和彎筋.直筋配置在支點頂部和跨中底部，彎筋設置在腹板內，水平投影長度為跨徑1.3-1.5倍，錨固1/3跨徑腹板內側齒板上。

3.2 橫向和豎向布筋

設計中，需要對結構施加橫向和豎向預應力。橫向預應力加強橋梁的橫向聯系，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；采用高強鋼絞線或粗鋼筋，箱梁橫向預應力筋趨向于采用扁錨體系，以減少布筋所需空間。

豎向預應力提高截面的抗剪能力，設置在腹板內；一般采用高強粗鋼筋，軋絲錨固在預留孔道內按后張法工藝施工；豎向直線配置，也有用預應力鋼絲束和鋼絞線作為豎向預應力筋，須留孔道按后張法工藝張拉施工的。在施工中常考慮利用豎向預應力筋作為懸臂掛籃的后錨裝置。

4 徐變和收縮及其次內力問題

在長期荷載或應力作用下混凝土的徐變和收縮對結構的變形、結構的內力分布和結構內截面的應力分布都會產生很大的影響。結構在受壓區的徐變和收縮會增大撓度并且徐變會增大偏壓柱的彎曲，由此增大初始偏心降低柱承載力。預應力混凝土構件中徐變和收縮將導致預應力損失，結構構件截面如組合截面徐變會使截面應力重分布，對于超靜定結構混凝土徐變將導致內力重分布。

混凝土徐變總應變可高達加載后產生的彈性變形的1倍～4倍，所以混凝土的徐變效應在預應力混凝土剛構橋中是必須考慮的。在超靜定結構中由于徐變產生次生內力而應力變化的徐變及次內力計算較為復雜，現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。狄辛格法當采用老化理論時對后期加載的長期徐變效應估計過低，而對遞減荷載的長期徐變效應又估計過高。隨著計算機技術的進步以及結構有限元方法的應用并結合根據Trost-Bazant按齡期調整的有效模量法，人們采用位移法的有限元逐步計算法將使得徐變分析更逼近實際。

5 結論

預應力混凝土連續剛構橋的設計是一項復雜而細致的工作，必須從橋跨布設、尺寸擬定、鋼束布置以及施工方法選擇正確的設計參數并充分考慮包括徐變和收縮等環境對預應力混凝土連續剛構橋的影響等方面綜合考慮才能成功地設計好一座橋梁。

[1]程建耀.最新橋梁設計實用手冊[M].長春：吉林電子出版社，2005.

[2]邵旭東，程翔云.橋梁設計百問[M].北京：人民交通出版社，2003.