等截面預應力混凝土連續梁橋設計的探討

郭友

（天津市海順交通工程設計有限公司，天津市 300074）

1 設計簡介

天津市津滄高速公路靜王路立交主線7#～10#墩主橋上跨津滄高速公路，設計荷載為公路—Ⅰ級。橋寬15m，布置跨徑為35m+50m+35m，為等截面箱形預應力混凝土連續梁,梁高2.5 m，為主跨的1/20。采用單箱三室截面，懸臂長2m，腹板中心線間距3.6m，頂板厚25 cm，底板厚20 cm，跨中腹板正常段厚度40 cm，支點段加厚至60 cm，以提高抗剪能力和滿足雙排鋼束錨固布置需要。主梁采用支架現澆施工，分段施工，分段張拉。設置施工逢2道。先施工中跨50 m和兩邊跨靠近中間支點段10 m(此處恒載作用下彎矩為零，由結構力學可知邊跨彎矩零點距中支點如8#墩的距離為1/5L=10 m，其中L為中跨徑)，形成簡支雙懸臂結構，張拉腹板鋼束F5～F8并拆除中跨支架以盡量減少交通中斷。然后澆注邊跨剩余混凝土，張拉剩余腹板鋼束F1～F4，F9～F12。拆除邊跨支架后張拉中間支點頂板束D1～D2。主梁采用C50混凝土，腹板鋼束采用9Φj15.24和12Φj15.24鋼鉸線，OVM15—9和OVM15—12錨具，每個腹板上橫向布置2束，縱向采用連接器在施工縫處接長。雙向張拉，張拉控制應力0.72fpk。頂板局部短束采用5Φj15.24，扁錨15—5體系。在頂板預留槽口處張拉，最后完成橋面二期鋪裝。

天津市津港高速公路主線177#～181#墩主橋上跨盛塘路,設計荷載為公路—Ⅰ級。單幅橋寬13.25 m,布置跨徑為27 m+33.8 m+31 m+27 m，為等截面箱形預應力混凝土連續梁；梁高2.1 m，約為主跨的1/16；采用單箱雙室截面，懸臂長1.75 m；腹板中心線間距4.65 m，頂板厚25 cm，底板厚25 cm，跨中腹板正常段厚度45 cm，支點段加厚至65 cm。主梁采用支架整體現澆，一次張拉成橋。雙向張拉，張拉控制應力0.72fpk，不設施工逢。主梁采用C50混凝土，腹板鋼束采用12Φj15.24，每個腹板上橫向布置1束，同時設置頂板通長束和局部短束以及底板通長束，均采用12Φj15.24鋼鉸線，OVM15—12錨具。在頂板和底板設置齒塊，短束錨固于齒塊上，最后完成橋面二期鋪裝。

2 計算分析

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)采用近似概率極限狀態設計法，對上面兩座連續梁按正常使用極限狀態和承載能力極限狀態進行計算分析和對比。其中正常使用極限狀態以結構彈性理論為基礎，承載能力極限狀態以塑性理論為基礎。對于正常使用極限狀態給出短期荷載效應組合的計算結果 (一般以此組合作為應力的控制),對于承載能力極限狀態給出正截面抗彎承載力的計算結果(一般以此項作為承載力的控制)。

從圖1可知在荷載短期效應組合情況下，截面上下緣均處于完全受壓狀態，(沒有出現負值)，上緣最小壓應力0.4 MPa,下緣最小壓應力0.4 MPa,屬于全預應力混凝土構件。但是，由于梁高為主跨的1/20，只配置了腹板鋼束和頂板局部短束，給調束帶來較大的不便，造成整個梁段應力的分布不均勻，個別截面很難通過(如支點鋼束彎起處)。這樣，材料強度就得不到充分利用。當然從圖2、圖3可以看出，內力包絡圖比較逼近。此種配束方法比較節約材料，其用材指標為:鋼鉸線22.7 kg/m2，混凝土0.71 m3/m2。此橋的另一配束優點是考慮到長預應力鋼束由于多次反彎引起的預應力損失 (這種損失通常很大)。中間設置施工縫，鋼束分段接長，同時方便了穿束、張拉和壓漿等操作工藝，但橋梁在實際使用中容易出現施工縫處滲漏水的毛病，這也是其弊病之一。

圖1 35 m+50 m+35 m計算正應力圖（單位：MPa）

圖2 35 m+50 m+35 m計算最小內力圖（單位：kN）

圖3 35 m+50 m+35 m計算最大內力圖（單位：kN）

從圖4可知在荷載短期效應組合情況下，截面上下緣均處于完全受壓狀態，上緣最小壓應力1.1 MPa，下緣最小壓應力2.2 MPa，屬于全預應力混凝土構件。由于梁高為主跨的1/16，同時配置了腹板鋼束，頂板通長束和局部短束，以及底板通長束，使得整個梁段應力的分布比較均勻，截面調束容易通過，材料強度得到充分利用，活載作用下應力變化范圍較小，各個截面的安全系數趨于統一。但從圖5、圖6可以看出內力包絡圖相差較遠，此種配束方法較耗費材料。其用材指標為:鋼鉸線25 kg/m2，混凝土0.75 m3/m2。另外，近120 m長的連續梁一次張拉到位也不易控制，尤其是鋼束張拉伸長量與理論計算值相差較大。齒塊的設置也是使得錨固構造復雜化。當然，此法避免了施工縫帶來的后患，使用安全性也比較穩定。

圖4 27 m+33.8 m+31 m+27 m計算正應力圖（單位：MPa）

圖5 27 m+33.8 m+31 m+27m計算最小內力圖（單位：kN）

圖6 27 m+33.8 m+31 m+27m計算最大內力圖（單位：kN）

3 結論

對于常規的等截面預應力混凝土連續梁，可以根據跨徑布置情況，采取靈活的配束方式，但無論采用何種配束方法，除按結構受力計算確定外，都必須考慮實際施工和使用階段的要求。

（1）為了減少預應力損失，可以采用分段張拉接長的方式，通常一次張拉長度不易過長。

（2）考慮到剪力滯的影響和活載偏心的影響，一般將活載橫向分布系數乘以1.15來計算。

（3）為了減少連續梁的次內力，鋼束線形可以參考確定活載作用下的吻合束線形，但實際的設計還是應該以束界來控制為主。

（4）主梁高度對鋼束的配置影響很大，腹板的間距和總厚度對抗剪影響很大，從而決定鋼束的彎起位置一般在恒載的零彎矩點處，束筋合力重心線應靠近截面中心線，施工逢也應盡量選擇于此處設置。

對于變截面預應力混凝土連續梁可以通過調整支點和跨中的梁高來調整結構的內力，但對于等截面連續梁來說，由于截面剛度幾乎不變，所以只能通過調整鋼束線形來抵抗固定的內力。這就要求在設計過程中對預應力束進行反復大量的試調和微調以達到設計期望的應力分布。