預應力混凝土連續箱梁橋梁結構的設計研究

魏汝海

摘 ? ?要：近年來，我國建筑科技迅猛發展，而在橋梁建設技術中，預應力混凝土連續箱梁技術應用也更為廣泛，此類結構具有整體性好、抗扭能力強，易于施工等優勢。但在設計過程中，其也存在一些技術上的不足和問題亟待解決，否則將對橋梁結構安全、耐久性等造成影響。為此，必須重視預應力混凝土連續箱梁結構設計研究工作。只有保證設計的合理性、科學性，才能最大限度提高橋梁質量，保證橋梁使用性能，延長橋梁使用壽命。

關鍵詞：預應力混凝土連續箱;橋梁結構;設計

1 ?引言

在橋梁設計中，經常會面對如何選擇各構件的斷面尺寸等問題。如何將各構件斷面尺寸擬定得更合適，如何修正斷面的初始尺寸使其具有足夠的承載能力，又能節省材料用量，目前主要依靠設計人員的經驗及參考已有的設計實例。一個橋梁結構，經修改后的設計是否最優，缺乏理論上的依據，把結構的優化方法引入結構設計中，它能夠給結構設計的最優性賦予明確的科學根據。

2 ?預應力連續箱梁結構優勢

簡支梁自身結構特點使其跨徑通常在30m以內，如果跨徑過大，一方面技術難度較高，另一方面也不經濟。就目前而言，在國內簡支梁有著重要地位的空心板，其跨徑不超過20m，若跨徑必須超過20m，則以T梁、連續箱梁或小箱梁為主。其中T梁和小箱梁通常為先簡支后連續，存在難以適應線型、需要體系轉換及梁片數量過多等問題。但預應力連續箱梁采用整體澆筑，不僅跨越能力較大、受力清楚合理，而且適應線型能力強，造型良好，得到越來越廣泛的應用。尤其是在經濟水平日益提高的情況下，橋梁設計重心逐漸由經濟性上轉向保證美觀和舒適上，這使得預應力連續箱梁在諸多設計方案中脫穎而出，成為首選方案。城市橋梁、對美觀有著較高要求的公路橋梁、曲線半徑相對較小的橋梁，都建議優先考慮預應力連續箱梁結構。

3 ?預應力連續箱梁優化設計常量選定的基本原則

3.1 ?合理布置橋跨

由于預應力連續箱梁結構連續變形的特點，邊跨與中跨之比是否合適將直接影響結構的受力合理性。若邊跨與中跨之比太大，邊跨結構的縱向剛度偏小，與中跨結構的剛度不匹配，在恒載與活載作用下，邊跨會出現較大的主拉應力。同時，若邊跨與中跨之比過小，會使中跨跨中彎矩過大，而邊跨支點可能會出現向上的負反力。一般情況下，等高度預應力連續箱梁邊跨與中跨之比可采用0.6～0.8，條件受限時也可采用等跨徑;變高度預應力連續箱梁邊跨與中跨之比可采用0.55～0.6。

3.2 ?腹板、頂板及底板厚度

（1）腹板。腹板的最小厚度首先要滿足構造需要，并最終取決于受力要求。美國和歐洲規范也只給出預應力管道間的最小凈距、保護層厚度，未明確腹板的最小厚度。因此，對于中等以上跨徑的預應力混凝土箱梁結構，隨著跨徑的不同、構造要求和受力需要，跨中腹板的厚度一般為40cm～60cm，支點腹板厚度一般為60cm～80cm。

（2）頂板與底板。對于頂板，其厚度既要滿足橋面橫向彎矩的要求又要滿足布置縱、橫向預應力鋼筋的要求。腹板間距在3.5～7之間時，頂板厚度一般為20cm～30cm。對于底板， 其厚度需滿足縱向抗彎及板內配置預應力鋼筋和普通鋼筋的要求。在等高度預應力連續箱梁中，底板厚度一般為20cm～25cm;在變高度預應力連續箱梁中，其厚度隨負彎矩的增大而從跨中至支點逐漸加厚，支點底板厚度一般為支點梁高的1/10～1/12;跨中底板厚度一般為25cm～30cm。

3.3 ?懸臂板長度與厚度

懸臂板長度和腹板間距是調節橋面板彎矩的主要手段。懸臂板長度一般為2.0cm～4.5m，懸臂端部厚度一般為16cm～20cm，懸臂根部厚度與懸臂長度相適應，一般為40cm～60cm。

3.4 ?橫隔梁的配置

預應力連續箱梁結構中橫隔梁的基本作用是增加截面的橫向剛度，限制畸變應力。由于箱梁截面具有很大的抗扭剛度，所以目前很多國家認為可減少或不設置中間橫隔板，而僅在支點處設置橫隔梁以利于減小支點附近的主拉應力。因此，一般在箱梁每個支點部位設置橫隔梁，若為彎箱梁，當內半徑在240m以內時，需進行跨間橫隔板的設置，它的間距需通過結構分析而定。位于邊支點上的橫隔梁，其厚度在0.8m～1.2m的范圍內取值，而位于中支點的橫隔梁，其厚度以支座所在位置等為依據通過受力計算而定，一般要達到1.2m以上，并且還要適應構造方面的要求。

4 ?預應力混凝土連續箱梁橋梁結構設計要點分析

4.1 ?預應力連續箱梁構造設計要求

（1）梁高設計要求。對于等高度預應力連續箱梁，梁高一般選用主跨跨徑1/15～1/20。對于變高度預應力連續箱梁，支點梁高通常選用主跨跨徑的1/15～1/18，而跨中梁高為主跨跨徑的1/30～1/50。（2）梁底曲線設計要求。對于變高度連續箱梁，一般選取圓曲線、拋物線及折線等作為梁底曲線，但通常選用拋物線居多。采用拋物線時，需擬定多個拋物線指數，對其結構影響程度進行分析，梁底拋物線指數變化過程中，支點彎矩影響較小，基本沒有變化。受影響較大的指標為跨中撓度、截面上緣應力，在不斷增大拋物線指數的過程中，跨中撓度也隨之增大。通常需要經過反復試算，最終確定最優拋物線指數。

4.2 ?預應力連續箱梁鋼束配置設計

對于預應力連續箱梁，其鋼束配置可以分為三種，即縱向、橫向與豎向。在中等跨徑中，僅配置縱向鋼束即可;在大跨徑中，需要配置縱向和豎向鋼束。豎向鋼束作用在于提高抗剪能力，改善支點的主應力;橫向鋼束一般在懸臂超過2.5m的情況下配置，能提高懸臂板自身抗彎能力。為預應力連續箱梁進行鋼束配置時，需要嚴格遵循以下原則：（1）避免設置反向連續束，這樣將會造成摩阻損失，使預應力施加的效益大幅降低;（2）鋼束的布置除了要滿足受力條件，由于它處在超靜定體系，還要防止結構次內力產生;（3）對材料經濟指標是否先進進行考慮，這主要和橋梁結構體系、規格尺寸及施工方法等有關;（4）鋼束的配置要便于施工，不可隨意將其切斷，否則結構中將存在很多錨具。

4.3 ?預應力連續箱梁普通鋼筋配置設計

結合過去的經驗，對于預應力連續箱梁結構，通常按正常使用狀態下的截面應力來設計，根據構造要求對普通鋼筋進行配置即可，僅腹板的箍筋在某些時候需要按照計算進行配置。在順橋與橫橋向的上、下緣都按照10cm～15cm的間距配置φ12～φ16鋼筋;在腹板的側面，以10cm～15cm的間距配置防裂筋;對于腹板箍筋，需根據抗剪計算結果確定數量和間距。但要注意，橫隔梁上的配筋通常較多，同時所用鋼筋的直徑還很大，在布置的過程中要注意防止和鋼束發生沖突。盡管普通鋼筋按照構造要求進行配置即可，但在實際的設計工作中也不可輕視，保證配筋合理性，除了能為施工提供方便，還能對結構的受力予以改善，有效減少運營過程中病害的發生，進而提高結構的耐久性。

5 ?結語

綜上所述，作為橋梁中最常見的結構類型之一，預應力混凝土連續箱梁具有良好穩定性、承載力較大、不會產生較大變形量，同時其還具備極強的抗震性能。于橋梁設計而言，為提高結構整體受力，確保結構安全，必須重視結構設計，并不斷的進行完善和更新。在設計過程中應對多方面條件綜合考慮，只有保證結構設計合理，才能提高橋梁的承載能力和使用性能，從而延長橋梁的使用壽命。

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