・工。程 结 构 ・ 两座预应力混凝土连续梁桥的设计分析 马碧波，周 艺，李光凤 （西南交通大学土木工程学院，四川成都６１００３１） 【摘要】 以天津市静王立交主线等截面预应力混凝土连续梁和杭州至长兴高速公路主线等截面预 应力混凝土连续梁为例，对公路及市政桥梁常采用的适合于中等跨径的等截面箱形预应力混凝土连续梁进 行了结构设计与计算方面的研究和比较。对施工方法和预应力张拉方式进行了分析对比。 【关键词】 等截面；箱形；连续梁；预应力 【中图分类号】Ｕ４４２．５ ４ 【文献标识码】Ａ 设置齿块，短束锚固于齿块上，最后完成桥面二期铺装。 １ 设计简介 １．１天津市静王立交 ２计算分析 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（ＪＴＧ Ｄ６２—２００４）采用近似概率极限状态设计法，对上面两座连续 梁按正常使用极限状态和承载能力极限状态进行计算分析 和对比。其中正常使用极限状态以结构弹性理论为基础进 行计算，承载能力极限状态以塑性理论为基础进行计算。对 于正常使用极限状态给出短期荷载效应组合截面抗裂性计 算结果（一般以此项作为应力的控制），对于承载能力极限 状态给出正截面抗弯承载力的计算结果（见图１～图６）。 从图１知，静王立交连续梁在荷载短期效应组合情况 下，截面上下缘均处于完全受压状态（没有出现负值），上缘 最小压应力０．４ ＭＰａ，下缘最小压应力０．３ ＭＰａ，属于全预应 天津市静王立交主线７ ～１Ｏ 墩主桥上跨津沧高速公 路，设计荷载：公路一Ｉ级。桥宽１５ ｍ，布置跨径（３５＋５０＋ ３５）ｍ，为等截面箱形预应力混凝土连续梁。梁高２．５ ｒｎ，为 主跨的１／２０，采用单箱三室截面，悬臂长２ ｍ，腹板中心线间 距３．６ １１１，顶板厚２５ ｃｍ，底板厚２０ ｃｍ，跨中腹板正常段厚度 ４０ ｃｍ，支点段加厚至６０ ｅｍ，以提高抗剪能力和满足双排钢 束锚固布置需要。主粱采用支架现浇施工，分段施工，分段 张拉。设置施工缝２道。先施工中跨５０ ｍ和两边跨靠近中 间支点段１０ ｍ（此处恒载作用下弯矩为零，由结构力学可知 边跨弯矩零点距中支点的距离为Ｌ／５：１０ ｍ，Ｌ为主跨跨径） ，形成简支双悬臂结构，张拉腹板钢束Ｆ５～Ｆ８并拆除中跨支 架以尽量减少交通中断。然后浇筑两边跨剩余混凝土 张拉 剩余腹板钢束Ｆ１～Ｆ４，ｆ、９～Ｆ１２。拆除边跨支架后张拉中间 支点顶板束Ｄ１～Ｄ２。主梁采用Ｃ５０混凝土，腹板钢束采用 ９４， １５．２４和１２＋ １５．２４预应力钢绞线，ＯＶＭ１５ ， 力混凝土构件。但是由于粱高为主跨的１／２０，只配置了腹板 钢束和顶板局部短束给调束带来较大的不便，造成整个梁段 应力的分布不均匀，个别截面很难通过（如支点钢束弯起 处）。值得注意的是由截面温度梯度荷载产生的跨中截面下 缘拉应力达到１．０８ ＭＰａ，而汽车荷载产生的拉应力也只有 ２．２３ ＭＰａ。当然从图２、图３可以看出结构内力包络图比较 ０ＶＭ１５～１２锚具，每个腹板上横向布置２束，纵向采用连接 器在施工缝处接长。预应力钢束采用双向张拉，张拉控制应 力０．７２ｆ 顶板局部短束采用５咖 １５．２４，ＢＭ１５—５体系。 在顶板预留槽口处张拉，最后完成桥面二期铺装。 １．２抗州至长兴高速公路 逼近，此种配束方法比较节约材料，钢绞线２２．７ ｋｇ／ｍ ，混凝 土０．７５ ｍ ／ｍ 。此桥的另一配束优点是考虑到长预应力钢 束由于多次反弯引起的预应力损失（这种损失通常很大）。 计算结果显示跨中截面钢束Ｆ５的预应力摩阻损失仃 ＝１５８ 杭州至长兴高速公路主线１７７ 一１８１ 墩主桥上跨东西 大道，设计荷载：公路～Ｉ级。单幅桥宽１３．２５ ｍ，布置跨径 ＭＰａ，由混凝土徐变引起的跨中主梁上拱值为４．１ ｍｉｌｌ，中间 设置施工缝。钢束分段接长，同时方便了穿束、张拉和压浆 等操作工艺，但桥梁在实际使用中容易出现施工缝处渗漏水 的毛病，这也是其弊病之一。 从图４可知杭长高速（２７＋３３．８＋３１＋２７）ｆｎ连续梁在 为（２７＋３３．８＋３１＋２７）ｍ，为等截面箱形预应力混凝土连续 梁。梁高２．１ ｍ，约为主跨的１／１６，采用单箱双室截面，悬臂 长１．７５ ｍ，腹板中心线间距４．６５ ｍ，顶板厚２５ ｅｍ，底板厚２５ ｅｍ，跨中腹板正常段厚度４５ ｃｍ，支点段加厚至６５ ｃｍ。主梁 采用支架整体现浇，一次张拉成桥。双向张拉，张拉控制应 力０．７２ｆ， ，不设施工缝。主梁采用Ｃ５０混凝土，腹板钢束采 荷载短期效应组合情况下，截面上下缘均处于完全受压状 态，上缘最小压应力０．７ ＭＰａ，下缘最小压应力１．９ ＭＰａ，属 用１２＋ １５．２４预应力钢绞线，每个腹板上横向布置１束，同 时设置顶板通长束和局部短束以及底板通长束，均采用 １２４， １５．２４预应力钢绞线，０ＶＭ１５一ｌ２锚具。在顶板和底板 ［收稿日期］２００９—０６—０８ ［作者简介］马碧波（１９８３～），男，湖北人，硕士研究生。 四川建筑第３０卷２期２０１０．０４ １５１ ｉ 工 ｌ ｌ程＿＿ 结 构・ｌ 、 于全预应力混凝土构件。由于梁高为主跨的１／１６，同时配置 出内力包络图相差较远，此种配束方法比较耗费钢绞线材 料，其用材指标为：钢绞线２５ ｋｇ／１１１ ，混凝土０．７４ ｍ ／ｍ 。 了腹板钢束、顶板通长束和局部短束、底板通长束使得整个 梁段应力的分布比较均匀，截面调束容易通过，混凝土收缩 徐变较小，材料强度得到充分利用。计算结果同时显示由截 面温度梯度荷载产生的跨中截面下缘拉应力达到０．９８ ＭＰａ， 而汽车荷载产生的拉应力也只有１．１３ ＭＰａ，由混凝土徐变引 特别是跨中截面钢束ｗ 的预应力摩阻损失 ．．高达４３３ ＭＰａ。另外近１２０ ｍ长的连续梁一次张拉到位也不易控制， 尤其是钢束张拉伸长量与理论计算值相差较大。齿块的设 置也是使得锚固构造复杂化。当然此法避免了施工缝带来 起的跨中主梁上拱值为３．５ ｍｉｌｌ。活载作用下应力变化范围 的后患，使用安全性也比较稳定。 较小，各个截面的安全系数趋于统一。但从图５、图６可以看 ＼ ＼ —＿＼ ｊ』 —一下 —豫３ ２ 丁一 ：～ 、孵 Ｉ！ 皿 ：、 ＩＸ ——■■ 图１ 静王立交短期荷栽效应纽合下截面正应力图 ３９９９５ 一ｌ３９９９５ ｌ１６５５９ 图２静王立交承栽能力极限状态最小弯矩及抗力 一１３９９９５ 一ｌ３９９９５ ｌ１６５５９ 图３ 静王立交承载能力极限状态最大弯矩及抗力 图４杭长高速短期荷栽效应组合下截面正应力图 ．８８９８７ ８８４７２ 图５杭长高速承载能力极限状态最大弯矩及抗力 ８８，９８７ ８８４７２ —８８９８７ ６６０７６ ６５１２５ 图６杭长高速承载能力极限状态最小弯矩及抗力 ３设计体会 点，对于采用何种配束方法，除按结构受力计算确定外，都必 须考虑实际施工和使用阶段的要求。（１）为了减少预应力损 对于常规的等截面预应力混凝土连续梁，可以根据跨径 失，可以采用分段张拉接长的方式， （下转第１５５页） 布置情况，采取灵活的配束方式，上面两座连续梁互有优缺 １５２ 四ＪＩ Ｊ建筑第３０卷２期２０１０．０４ ・工 程 结 构 ・ ？ 。 图６一 ３２９７ ６ ２一 ．６６３ ． ５ ２一 ｓ一３ Ｓ一６６３ ３ ２９７ ６ 顶板洞边水平梁基本组合弯矩图（二维模型） 侧向压力均由洞边水平梁、壁柱、侧墙承担，因而墙对应的弯 矩增大。在使用阶段，由于顶、中板盾构吊装洞已封堵，墙、 板及柱等构件受力趋于协调，应力集中现象消除，各部位对 应的弯矩相应减小，因此，端头井端墙截面及配筋由施工阶 段控制。同时，由于在端墙盾构孔边形成较大范嗣的应力集 中，因此端墙配筋应适当加强。 顶板水平框架梁采用ｊ维空间模型和二维平面模型的 图３ 端墙基本组合弯矩图（施工阶段） 计算结果分别详见图５、图６。 由图５、图６可以看出，三维空间模型基本组合洞边梁正 负最大弯矩与二维平面模型基本组合洞边梁正负最大弯矩计算 结果差距明显，原因在于空间模型考虑了端头井空问效应。 ４结论 （１）地铁车站盾构端头井受力具有明显空间特征，梁、 板、墙等结构构件受力复杂，对计算模型进行合理简化，采用 ｉ维空间模型计算分析，可避免由于平面简化模型对板侧向 刚度的不合理假定而造成的计算失真现象。 图４端墙基本组合弯矩图（使用阶段） （２）端头井侧墙施工阶段和使用阶段的弯矩相差较大， 应依据施工阶段的计算结果进行配筋设计。 （本文在成稿过程中得到了高升工程师的大力支持，在 此表示衷心的感谢！） 参考资料 ［１］ 丁春林．地铁车站端头井受力计算模型研究［Ｊ］．同济大学学 报（自然科学版），２００７，３５（Ｓ） ［２］ 陶勇，郑俊杰，楼晓明．地铁端头井的设计计算方法探讨［Ｊ］． 华中科技大学学报（城市科学版），２００５（１） ［３］李铭军．地铁车站端头井内部结构的整体计算［Ｊ］．地下工程 圈５顶板洞边水平梁基本组合弯矩图（三维模型） 与隧道，２００６（２） 不 ． ！矫 出 不 铞 ． Ｊ，． 出 乖 尔 希 乖 乖 乖 希 （上接第１５２页） 一次张拉长度不易超过１２０ ｍ。（２）考 ４结束语 虑到活载偏载引起的约束扭转正应力影响，将活载横向分布 系数乘以１．１５来计算。（３）为了减少连续梁的次内力，钢束 对于变截面预应力混凝土连续梁可以通过调整支点和 线形可以参考确定活载作用下的吻合束线形。但实际的设 跨中的梁高来调整结构的内力，但对于等截面连续梁来说， 计还是应该以束界为主作为控制。（４）主梁高度对钢束的 由于截面刚度沿桥长几乎不变，所以只能通过调整钢束线形 布置影响很大，腹板的间距和总厚度对主梁抗剪影响很大， 来抵抗固定的内力。这就要求在设计过程中对预应力钢束 从而决定钢束的弯起位置，一般在恒载的零弯矩点处，束筋 进行反复大量的试调和微调以达到设计期望的应力分布和 合力重心线应靠近该处截面中心线，施工缝也应尽量选择于 结构抗力。 此处设置。（５）考虑到剪力滞的影响和桥面板横向应力的 ，腹板的间距不易太大，同时应优先布置腹板束，且钢束 参考文献 应尽量靠近腹板布置。（６）新规范对温度应力的要求有严 格的，在引起连续梁温度应力的诸温度荷载中，以截面 ［１］范立础．桥梁工程［Ｍ］．人民交通出版社，２００１ ［２］叶见曙．结构设计原理［Ｍ］．人民交通出版社，２００５ 温度梯度荷载最为不利，其产生的温度自应力和次应力应给 ［３］项海帆．高等桥梁结构理论［Ｍ］．人民交出版社，２００１ 予足够的重视。 四川建筑第３０卷２期２０１０．０４ １５５
