1、第09卷 第 7期 中 国 水 运 Vol.9 No.7 2009年 7 月 China Water Transport July 2009 收稿日期： 2009-05-20 作者简介： 康红兵（1974-），男，中铁第四勘察设计院集团有限公司工程师。 r B:_ !9 康红兵 （中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063） 摘 要： 根据预应力混凝土连续梁桥设计特点，重点探讨了纵向预应力钢束布置原则及注意事项，最后提出了在抗 剪不控制的条件下，采用直线配束代替腹板下弯束的纵向预应力优化设计方案。 关键词： 预应力；连续梁桥；纵向预应力 中图分类号：U441 文献标识码：A 文章
2、编号：1006-7973（2009 ）07-0205-02 一、引言 预应力混凝土连续梁桥，具有跨越能力大、行车平顺、 受力合理、施工方便、养护费用低等优点，已成为我国中等 跨径梁桥的主要桥型。对预应力混凝土连续梁桥，预应力设 计是主桥上部结构设计的重要组成部分。如果预应力设计恰 当，能使结构的跨越能力出现飞跃，大幅度减轻结构自重， 使结构变得美观轻巧。反之如果预应力设计不当，不仅会浪 费材料，而且会造成混凝土开裂，甚至破坏的严重后果。本 文旨在分析连续梁桥纵向预应力钢束的设计，从而探讨预应 力混凝土桥梁的结构设计。 二、预应力连续梁桥设计特征 在进行预应力混凝土连续梁桥设计时，一般先参照已有
3、 的设计拟定结构几何尺寸和材料类型， 模拟实际的施工步骤， 计算出恒载及活载内力；然后再根据实际情况确定温度、沉 降等荷载，计算其产生的内力，并与恒、活载内力进行正常 使用与承载能力极限状态组合。这是设计过程中的第一次组 合，两种极限状态组合的结果分别作为按应力和按承载能力 估算钢束的计算内力。估算出各截面的钢束后，按照一定要 求将钢束布置好，重新模拟施工过程并考虑预应力的作用， 计算恒载内力。由于钢束对截面几何特性的影响，温度、沉 降等内力也需重新计算，但其与钢束估算时计算得到的结果 差别非常小。各种荷载作用下的内力计算出来后，需进行承 载能力组合和正常使用组合，以进行截面强度验算、应力验
4、算和变形验算，这是设计过程中的第二次组合。如各项验算 均满足要求且认为合理，则设计通过。如有些截面的有些验 算通不过，则需调整钢束甚至修改截面尺寸后重新计算，直 到各项验算均通过为止。 如上所述，设计过程一般包括两次组合。第一次组合是 为了估算钢束。此时钢束还未确定，也就无法考虑预加力的 作用。由于预加力对徐变有很大影响，故估算钢束时一般也 不考虑收缩徐变的影响。此时用的几何特性都是毛截面几何 特性，所以第一次组合的内力不是桥梁的实际受力状态，仅 供估束参考。根据估束结果确定钢束数量和几何形状后，考 虑预加力和收缩徐变的影响重新计算的内力是当前配束下的 受力。如各项验算均通过，那么可作为最终结
5、果。如个别截 面不满足，但两次组合结果相差不大，可适当调整钢束后重 新计算;如两次组合结果相差较大，则应将第二次组合内力作 为估束依据重新估束，再重复进行验算，直到各项验算全部 通过且两次组合结果相差不大为止。 三、预应力连续梁桥预应力设计 连续梁桥预应力设计的基本思想是根据连续梁桥在各个 施工阶段（悬臂阶段、合拢阶段、使用阶段）的结构体系、 使用荷载（自重、施工荷载、二期恒载、温度、收缩徐变、 沉降及活载等）及其结构内力，分阶段确定预应力设计的预 期目标，使之满足施工阶段受力要求，并且保证在使用阶段 结构受力达到理想状态。 1纵向预应力筋的布置 对于悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续梁桥来说，纵
6、向 预应力筋的布置主要有悬臂预应力筋和连续预应力筋两大 类：在悬臂浇筑施工时，要配置承受负弯矩的悬臂预应力筋 （亦称一期配筋或前期预应力束） ；而在合拢成桥以后，要配 置承受恒、活载产生正、负弯矩的预应力筋或连续预应力筋 （亦称二期配筋或后期预应力束） 。 纵向预应力钢筋是主要受 力钢筋，既要考虑构件的整体受力，也要考虑受力的局部影 响，还要考虑施工和操作的方便，进行合理的布置。 在箱形截面内纵向预应力筋可以布置在顶板截面内承受 负弯矩（亦称顶板束） ；也可以布置在底板内承受正弯矩（亦 称底板束） ；在分段施工和分段配筋中，有顶板束在顶板内平 弯后通过腹板下弯锚固的，以承受腹板的主拉应力。在边
7、跨 现浇段可以布置底板束起弯进入腹板锚固在梁端上，以承受 梁端腹板截面的主拉应力。纵向预应力束要根据弯矩包络图 进行， 按曲线配筋， 预应力束的线形大部分由直线和曲线 （圆 曲线或抛物线）组成。 （1）悬臂预应力筋布置 悬臂施工的连续梁桥从墩顶开始向左右对称悬臂浇筑施 工，为了能支承梁体自重和施工荷载，需在悬臂施工时分段 张拉预应力。悬臂预应力束的长度随着悬臂施工的进展，不 断加长。一般都是对称于箱梁断面中心线布置的，尽量靠腹 206 中 国 水 运 第09卷 板布置。预应力束数量较多时可分层布置，一般来说先锚固 下层钢束，后锚固上层钢束。悬臂预应力筋可以从顶板下弯 延伸布置，当预应力筋下弯伸
8、到节块腹板中时，悬臂预应力 筋产生的垂直预应力分力将抵消部分混凝土断面的剪应力。 当外侧腹板为倾斜时，以腹板平面竖弯进入腹板内成为倾斜 的预应力束，锚固在各个节段的腹板内。锚固在腹板内的预 应力束，腹板应有足够厚度以承受集中锚固力。 （2）连续预应力筋布置 连续预应力筋主要考虑在悬臂浇筑合拢以后承受恒、活 载产生的内力。即按照使用阶段的要求需补充设置的预应力 筋，也分直筋（沿纵向按直线布置）和弯筋（伸入腹板承受 主拉应力）两种。一般直筋布置在支点截面的顶部和跨中截 面的底部，直接锚固在顶板或底板的齿形锚固块上。在边跨 的现浇段，弯筋是通过底板束向上弯起后锚固于梁端或顶板 顶面的槽形口内，其作用
9、除了对支点、边跨跨中截面提高抗 弯能力外，主要希望改善腹板的受力情况，解决近支点截面 主拉应力较大的问题。 2纵向预应力筋的布置原则 （1）应选择适当的预应力束筋的型式与锚具型式，对不 同跨径的梁桥结构，要选用预加力大小恰当的预应力束筋， 以达到合理的布置型式。避免造成因预应力束筋与锚具型式 选择不当，而使结构构造尺寸加大。 （2）预应力束筋的布置要考虑施工的方便，也不能像钢 筋混凝土结构中任意切断钢筋那样去切断预应力束筋，而导 致在结构中布置过多的锚具。由于每根束筋都是一巨大的集 中力，这样锚下应力区受力较复杂，因而必须在构造上加以 保证，为此常导致结构构造复杂，而使施工不便。 （3）注意钢
10、束平、竖弯曲线的配合及钢束之间的空间位 置。钢束一般应尽量早地平弯，在锚固前竖弯。特别应注意 竖弯段上下层钢束不要冲突，还应满足孔道净距的要求。钢 束应尽量靠近腹板布置。这样可以使预应力以较短的传力路 线分布在全截面上，有利于降低预应力传递过程中局部应力 的不利影响；能减少钢束的平弯长度；减小横向力；充分利 用梗腋布束，有利于截面的轻型化。在边跨箱梁端部将腹板 的箍筋适当加密，直径适当放大一些，对克服腹板的斜向裂 缝是十分有效的。 （4）尽量以 S 型曲线锚固于设计位置，以消除锚固点 产生的横向力。尽量加大曲线半径，以便于穿束和压浆。分 层布束时，应使管道上下对齐，这样有利于混凝土浇筑与振 捣
11、，不可采用梅花形布置。 （5）顶板束的布置还应遵循以下原则：a、钢束尽量靠 截面上缘布置，以极大发挥其力学效应；b、分层布束时应使 长束布置在上层，短束布置在下层。首先，因为先锚固短束， 后锚固长束，只有这样布置才不会发生干扰;其次长束通过的 梁段多，放在顶层能充分发挥其力学效应；再次，较长束在 施工中管道出现质量问题的几率较高，放在顶层处理比较容 易些。 （6）预应力束筋的布置，既要符合结构受力的要求，又 要注意在超静定结构体系中避免引起过大的结构次内力。 （7）在采用直线束布置方案的同时，有必要在靠近箱梁 支点附近的节段内，在腹板内布置部分下弯束，但吨位不宜 太大。由于这类预应力钢束通过腹
12、板，使得预压应力容易均 匀分布到全断面上， 是克服剪应力最有效的合理的布束形式， 并可达到提供预剪力的效果。 （8）预应力束筋应避免使用多次反向曲率的连续束，因 为这会引起很大的摩阻损失，降低预应力束筋的效益。 （9）预应力储备：由于理论计算模式和计算结果往往与 工程实际情况存在差异，加上一些在设计时难以计入的因素， 因此在设计过程中， 有必要考虑结构各个截面的应力要有一定 的安全储备， 即对使用荷载作用下截面的正应力和混凝土主拉 应力，提供一定的应力储备，以便在设计上带来可靠保证。 四、预应力配束优化设计 传统的纵向预应力配束方案是根据受弯梁的弯矩包络图 设计的，也可以说是根据不同应力状态下
13、受弯梁的破坏形态 设计的，因此，这种传统的纵向预应力配束方案是符合受弯 梁受力规律的，并经历了实践的考验。 自20世纪80年代以来， 越来越多的预应力连续梁桥采 用了新型的配束方式，即：在抗剪不控制的条件下，采用直 线配束代替腹板下弯束。此种配束方案的显著优点是：腹板 长度的90%内均无纵向预应力管道，从而给腹板混凝土的浇 注带来极大的方便，深受施工部门的欢迎；由于钢铰线设置 在结构的最大受力部位，充分发挥了钢绞线的作用，从而可 节约纵向预应力钢材20%一30%，带来了显著的经济效益。 五、结语 预应力连续梁桥的设计是一项复杂而细致的工作。预应 力设计是主桥上部结构设计的重要组成部分。本文重点探讨 了纵向预应力钢束布置原则及注意事项，最后提出了在抗剪 不控制的条件下，采用直线配束代替腹板下弯束的纵向预应 力优化设计方案。 参考文献 1 范立础 .预应力混凝上连续梁桥M .北京：人民交通出版 社，1988 . 2 徐 岳 .预应力混凝土连续梁桥设计M .北京： 人民交通出 版社，2005 . 3 廖 原 .预应力混凝土连续刚构桥预应力设计若干问题的 研究D .武汉：武汉理工大学，2002 . 4 廖 娟，叶贵如，徐 兴 .变截面预应力混凝土箱形连续梁 桥设计若干问题的探讨J .中南公路工程， 2005， 30（4） .
