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大跨预应力混凝土连续梁桥设计
作者：鄢来军 胡幼玲
来源：《城市建设理论研究》2013年第34期
摘要：本次设计的主体是一座采用挂篮悬臂现浇施工的变截面预应力连续箱梁桥。连续梁是一种古老的结构体系，它具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、养护简易、抗震能力强等优点。 关键词：
中图分类号： S611 文献标识码： A
本次设计的桥梁为变截面布置，因为大跨桥梁在外载和自重作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变截面梁能符合梁的内力分布规律。同时，大跨连续梁桥宜选用悬臂法施工，而变截面梁又与施工的内力状态相吻合。 一、跨径比
一般情况下，为使边跨正弯矩和中支点负弯矩大致接近的原则，以使布束更趋合理，构造简单，故L1/L2=0.539～0.692是常见的边、主跨的跨径比范围，当L1/L2≤0.419时，边跨则需压重，应属于非常规的特殊处理；大都L1/L2=0.54～0.58则较合理，这将有可能在边跨悬臂端用导梁支承于端墩上合拢边跨，取消落地支架。 二、梁高
主跨箱梁跨中截面的高跨比h0≈(1/46.2～1/86)L2,通常为（1/54～1/60）L2，在箱梁根部的高跨比h1≈（1/15～1/20.6）L2,大部分为（1/18）L2左右.
目前在国际上有减少主梁高跨比的趋势，已建成的挪威stolma桥和Raftsundet桥，在跨中区段采用了轻质砼，减轻了自重，减小了主梁高跨比，其跨中h0≈1/86·L2和1/85.1·L2，根部高度分别为h1=1/20.1·L2和1/20.6·L2。
一般情况下，可采用2次抛物线的梁底变高曲线，但往往会在1/4·L2和1/8·L2处的底板砼应力紧张，且在该截面附近的主拉应力也较紧张，因而，可将2次抛物线变更为1.5～1.8次方的抛物线更合理。
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在江苏平原通航河道上，为了满足通航净空的要求，在设计时甚至采用大于2次抛物线的幂级数设置底板曲线，这是值得十分注意的问题，事实证明，跨中挠度一般较大，极易发生正弯矩裂缝和斜裂缝。 三、顶板厚度
以往通常采用28cm，近年来已趋向于减小为25cm，这显然与箱宽和施工技术有关。 四、底板厚度
以往通常采用32cm(跨中)，逐渐向根部变厚，少数桥梁已开始采用28-25cm者，其厚跨比通常为（1/140～1/160）L2,也有用到1/200·L2者。
挪威stolma桥和Raftsundet桥最大底板厚度为105cm和120cm，合跨径的1/286.7和1/248.3，这将取得了明显的经济效益。 五、腹板
一般为40～50cm，但应特别注意主拉应力的控制，近年来在腹板上出现较多斜裂缝的病害甚多，应予谨慎。
增加箱梁的挖空率，减轻截面的结构自重，采用高标号砼，采用较大吨位的预应力钢束，采用三向预应力体系等，无疑都是提高设计水平，获得良好经济效益的重要措施，但同时又必须合理地掌握好“度”，必须确保结构的安全度和耐久性。 六、连续通长束不宜过长
根据连续结构的受力特点，截面上既有正弯矩也有负弯矩，个别设计中将连续通长束顺应弯矩包络图仅作简单布置是欠合理的，尤其对于较小跨径的矮箱梁，其摩擦损失单项即可达40～60%σk之多。建议此时可采用两根交叉束布置，也可改用接长器接长，分成多次张拉等。但在具体设计时接长器也不宜集中在某一个断面上，以使截面的削弱过于集中，同时也会造成施工上困难。
七、预应力混凝土梁的斜裂缝
此类裂缝也称主拉应力裂缝，也是P.C.梁桥中目前出现最多的一种裂缝。一般发生在支点和四分点附近，在梁轴线附近呈25o～50o方向开裂，并逐渐地向受压区发展（宽度）和延伸（长度），甚至逐渐地向跨中范围内扩展。
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斜裂缝的产生原因复杂，属剪切、扭转性质产生的主拉应力不足而引起。从破坏性质而言则属脆性性质，因而必须十分重视，应采取果断措施，注意检测和及时处理。
在设计中，人们对正截面强度常较注意，而对斜截面强度有时却重视不够，由于变高，腹板变厚，底板变厚等原因，一目很难了然，也即一眼很难确切地看出在什么部位会出现斜截面强度不足的问题，计算机有时只会按既定的程序执行，不易发现或者会遗漏某些最不利截面的计算，甚至缺少了一些最不利组合的工况，例如某桥由于划分单元太粗，未能发现突变应力的出现而开裂。又如某桥出现了45o斜裂缝达14，其中49条斜裂缝在腹板的内外侧均已贯通。
目前设计中常采用“直束”布置的方案，以利构造和施工。因而在边跨现浇段常不设弯起束，甚至不布置竖向预应力筋和弯起的普通钢筋。导致了连续梁边跨出现斜裂缝的情况较为普遍。通常情况下，边跨的梁高较小，如果配置竖向预应力筋，其实际效果也是很差的，主要是短束的锚头区损失份额太大，施工中也不易正确控制，故建议只按理论计算值的一半来考虑竖向预压应力（σy/2）较合理。因而，近年来对连续梁边跨必须布置弯起束的观点已成共识。 关于竖向束的锚头空白区问题也应十分注意，其分布角约为26o，空白区直至会延伸至腹板，导致靠近翼板加腋处的腹板出现主拉应力裂缝。
在施工中如出现“跑模”，导致腹板尺寸减小者也时有所见，较设计厚度少2cm，直至4cm也曾出现，致使主拉应力增大而出现斜裂缝。在竖向预应力筋的施工过程中，由于数量多，工作烦锁，重视不够而曾出现过各种质量问题，例如：漏张、漏灌浆、张拉吨位不足、未能及时灌浆而使预应力筋已经严重锈蚀等。 八、关于竖向预应力筋的布置方式
大跨径箱梁的预应力竖向钢筋必须布置在腹板的中心线上。
某桥设计中将预应力竖向钢筋沿顺桥向布置在一条直线上，以利构造和施工（如有利于主束的弯起、非预应力钢筋的布设、顶板锚头槽口的开设等）。但是，大跨径连续箱梁的腹板厚度一般会设计几个梯度进行变化，且均在腹板内侧加厚，因而上述这种构造，将会导致在腹板中存在一个预偏心而产生附加弯矩，使腹板内侧受拉，尤其当箱梁悬臂板上满布活载而箱室上方空载时，也将使腹板产生内侧拉应力，两者叠加后，腹板将会出现顺桥向的内侧纵向裂缝和加剧腹板主拉应力裂缝的发生和发展，这种构造对受力很是不利，因而，要求预应力竖向钢筋必须对腹板截面进行对中布置。 九、关于连续梁的支座布置
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支座是上、下部结构的联结纽带，应予十分重视，且是受力非常集中的薄弱构件，一旦发生故障，如果要更换支座则就是一个巨大的工程。从图2中不难看出支座的布置原则必须满足自由变形的要求，如果按图2(A)的布置方式则在横桥向的温度变形、荷载变形均受到约束，从而导致了主箱梁的纵向开裂，这种现象在国内多座大桥上均出现过，必须引起重视。 以上是指直梁桥而言，但对于梁桥来说，其支座的布置原则又需符合弯梁桥的变形规则。例如某桥为6跨连续弯箱梁，R≈250m，其支座布置成下图，该桥除跨端为抗扭约束外，其余均为独柱墩上设置预偏心的独支座（盆式支座），这些盆式支座均未在径向设置约束，也即可以在径向自由滑移变形，在顺桥向（切向）则有一个约束的“固定”支座，通车营运1.5年后突然发生弯梁向外侧滑移达75cm（最大值），全桥向外侧倾扭转，立即停止交通。 其主要原因属弯梁桥爬行的性质：1）日温升和日温降积累了残余变形；2）车辆离心力向外侧推移；3）预偏心e值的逐渐减小，增加了截面的侧倾扭转。 结束语
对连续梁桥的设计，一般均采用将桥跨结构分解为一单根主梁组成的平面连续梁系，车辆荷载用荷载横向分布系数计算。对变截面连续梁桥的荷载横向分布计算，是当前桥梁结构分析中一个十分重要的技术问题。 参考文献
[1]张丽仪.大跨度预应力混凝土连续梁桥结构设计[J].广州建筑.2010 [2]覃景业.预应力混凝土连续梁桥的设计初探[J].中华建设.2008
