关于预应力混凝土简支箱梁桥设计分析

关于预应力混凝土简支箱梁桥设计分析

[摘要]桥梁作为公路的重要组成部分之一，在工程项目中，设计方案的合理性与规划指标的正确性是衡量整个道路工程施工质量、成本控制和使用功能的关键。本文就预应力混凝土简支箱梁桥设计要点分析，结合工程实例进行了全面的探讨和阐述。

【关键词】桥梁；预应力混凝土；简支箱梁桥

伴随着时间的不断推移，国民经济发展不断加快，各类交通荷载也在逐年增加。我国现有运营的早期设计修建的预应力混凝土桥梁和钢筋混凝土桥梁，受到过去国情、经济水平和人类认识水平的限制，在投入使用之后经常出现无法满足使用要求，出现了较为严重的裂缝、耐久性不足等重要问题，同时桥梁老化、陈旧和荷载能力不足的现象也日益凸显。结合现有工程中存在的这些问题，我们在工作中应当注重对混凝土简支箱梁桥设计的相关重点探讨，结合先进科学技术水平合理提高设计方法和观念，进而确保工程项目的质量和耐久性，提高工程效益。

1、工程概况

本工程项目位于某高速公路中段，桥梁在建设中总体长度为35m，桥面宽9.5m。在设计的过程中是对桥梁采用C40的混凝土进行施工的，而桥栏杆和桥面在铺设中是通过采用C20的混凝土。预应力在控制和设计中分别采用的是ASTM270级1524的底松弛钢绞线，在这设计过程中钢绞线的选择为12mm和R235的热轧光圈钢筋。在桥梁桥面施工的过程中是采用5cm厚的C20钢筋混凝土进行铺设和施工的，而最后又铺设了5cm厚的沥青混凝土。在设计的过程中，对桥梁的等级和应力化进行计算和分配，桥梁等级设置为1级，而汽车等相关荷载要求为3.535kN/m2，梯度温度引起的效按照T1=20℃，T2=6.7℃进行考虑。这种设计方法和手段的应用有效的确保了桥梁的使用寿命和耐久性。

2、桥梁总体设计

在桥梁设计的过程中，应当以安全、经济、实用、美观和环保为基础原则进行总体规划，以可持续发展和功能的良好发挥为最终目标进行全面设计。在桥梁设计的过程中，其设计方案的选择要具备相应的合理性，并且对其中存在的相关环节要严肃处理，要做到在设计中毫厘不差的设计要求。对于桥梁结构构造的处理，应当遵循相关的设计规范和国家的法律制度来全面协调和规范，同时合理的控制桥梁各个细小部位的尺寸和构造细节，使得桥梁设计能够满足强度、刚度．稳定性和耐久性的要求。

2.1在桥梁设计的过程中对线条的选择一般都选选择直线和标准跨径，这样能够提高桥梁工程的施工效率和降低施工成本。

2.2桥面净空应确保保证车辆、行人安全通过桥梁上方的空间界限。在该净

空界限范围内不得有桥跨构件或其它任何装置浸入。

2.3处于弯道上的桥梁应根据线路要求设置加宽和超高根据此可以确定桥梁的最小跨径和桥面标高。桥梁的横断面宽度应与所衔接道路的路幅尽可能保持一致。

3、桥梁结构设计

桥梁结构设计方案考虑本桥梁所采取的最终结构方案为预应力简支箱梁结构全桥断面都采用单箱单室结构。采用这个桥梁方案主要是考虑到该结构形式具有以下几个显著优点，而且能有效地满足本桥梁的实际要求。（1）选用箱梁截面其桥梁的结构刚度大而且整体性能好；（2）箱梁的顶、底板有足够的面积以布置预应力钢筋从而能有效地承受桥梁的正负弯矩；（3）本桥梁存在有较大的翼缘悬臂，而箱型梁本身的抗扭能力较强，可有效地承受较大的顶板翼缘悬臂并且箱梁的底板宽度可以相对较小更加有效减小箱梁的工程量。

4、桥梁主梁设计

4.1箱粱高度设计。预应力混凝土简支梁桥的主梁高跨比通常为1/15～1/25。考虑主梁的建筑高度以及预应力钢筋的用量．主梁的高跨比适宜约为1/17—1/19。本桥梁的主梁间距取3m主粱高度取用160cm其高跨比为1/18.75。

4.2箱梁顶板、腹板的厚度设计。桥梁的箱梁顶板主要承受桥面板所受荷载确定厚度为14cm但对于近梁端底板厚度不仅考虑受力要求还需考虑预应力钢束道的布置需要．为此拟定厚度为30cm对于其余部分底板厚度则取为20cm。而近梁端处的腹板厚度要考虑抗剪强度要求以及预应力钢束道的布置需要拟取为25cm。其余腹板厚度则取为15cm。另外，为了能有助于箱壁的剪力流顺利传递，防止在箱梁转角处产生较大的应力集中，本桥梁在箱梁的腹板与顶板相接处做成0.10m×165m的承托。

4.3箱梁高度结构形式。本桥梁的箱梁高采用等高度形式，顶板厚度沿跨长不变．底板厚度在距支座中心线12m处由20cm开始变化至30cm．腹板在梁端附近由15cm渐变成25cm。另外在箱梁端部区段考虑到鉴于锚头集中力所产生的较大局部力，同时鉴于布置锚具的需要故在端头附近做成锯齿形。横隔梁设置。为方便施工，各主梁不设跨中横隔梁，仅设端横隔梁。各主梁之间的横向联系依靠现浇湿接缝来完成。横隔粱高度与主梁同高，厚度取用16cm。

5、预应力钢筋计算与布置

为满足跨中正截面抗裂性要求确定预应力钢筋数量．同时需要考虑预应力损失按张拉控制应力的20％估算经计算本箱梁可得需要预应力钢筋的面积为465941mm2。根据估算结果，采用6束5中178的预应力钢绞线锚具采用夹片式群锚提供的预应力钢筋截面积为AP=6×5×191=5730mm2采用Φ70金属波纹管道成孔，预留孔道直径75mm。后张法预应力混凝土受弯构件的预应力布置应符合

《公路桥规》中的有关构造要求的规定。

6、受力普通钢筋计算与布置

在确定预应力钢筋数量后，非预应力钢筋根据正截面承载能力极限状态的要求来确定。计算时先设预应力钢筋和非预应力钢筋的合力点到截面底边的距离为a=20，ho=1480mm。经计算本箱梁为第一类T形截面根据正截面承载力计算需要非预应力钢筋截面面积。经计算采用10根直径为22mm的HRB335钢筋提供钢筋截面面积3801mm2水平纵向钢筋的作用主要是在梁侧面发生混凝土裂缝后可以减小混凝土的裂缝宽度。水平纵向钢筋为构造钢筋，

7、荷载组合

按照承载能力极限状态进行组合，根据基本组合来验算结构的承载能力极限状态的强度，根据短期效应组合来验算钢筋混凝土结构的裂缝宽度。

根据长期效应组合，仅供部分预应力A类构件的抗裂安全验算．但组合时只考虑直接作用荷载．不考虑间接作用例如不计汽车；中击不计沉降温度等：根据短期效应组合对预应力混凝土构件而言是按照抗裂验算的要求进行组合计算的，即对全预应力构件和部分预应力A类构件以及预制和现浇构件的最小法向应力组合时预应力引起的应力部分分别按照085f全预应力预制构件）08（全预应力现浇构件）10（部分预应力A类构件）的系数来考虑的。其它类型应力以及非预应力构件的各种应力组合由预应力引起的应力部分都是按照10的系数考虑的。

8、结论

本文中桥梁选取预应力混凝土简支箱梁的设计方式，全桥断面都采取单箱单室结构．同时对该桥梁的主梁尺寸等结构设计进行深入探讨建立全桥立体模型。对该桥梁上部结构进行受力分析计算分析结果表明该桥梁设计安全，所采取的结构设计措施合理有效，值得为同类桥梁工程设计提供参考借鉴。