浅谈预应力混凝土连续箱梁桥设计中的问题

浅谈预应力混凝土连续箱梁桥设计中的问题

摘要桥梁设计是一项综合的工程，设计过程中会遇到一些问题，如桥位选择、桥面标高的确定、确定桥梁分孔、主梁截面选择、确定墩台基础形式、墩台基础埋置深度、结构尺寸的拟定，以及有关桥梁的其他问题，如主梁截面普通钢筋及预应力钢筋的布置、桥墩、桥台和桩基的配筋设计、桥面系的布置等。

关键词桥梁设计，预应力结构，连续箱梁桥，总体布置，结构计算

相对于简支梁桥，连续梁桥结构体系和受力特点具有明显的优势，其跨中正弯矩降低很多，同时支点出现负弯矩。混凝土材料耐久性较好，能够适应桥梁结构后期运营使用过程中产生的磨损，钢结构在使用过程中，应做好防腐措施，工程造价过高。在桥梁结构形式选择过程中，大多数设计单位会优先考虑混凝土连续箱梁桥，设计过程中遇到的问题，可以通过查阅桥梁规范，或者借鉴相似工程在设计过程中的经验取值，能够对设计具有指导作用。

1.桥梁总体布置

1.1 桥位设计

桥位的选择常与桥梁结构体系、原有或新建道路线形及周围环境等众多方面。桥位设计应能够保证原有或既定交通的正常运营，能够通过设计的洪水流量，满足通航要求，并与桥址周围的工农业、自然环境等相协调。桥位选择需要注意保护文物、保护生态环境，同时要注意尽量少占用耕地和农田，尽量做到对有意义及有价值的建筑物的保护。

桥位确定后，应进行桥孔布置。桥孔的大小和长度，应与天然状态桥下河槽或河滩流量分配相协调，并能满足泄洪排沙的要求。桥孔的布置，应该针对不同桥位进行不同的设计，河槽稳定不会扩宽或河槽不稳定时，桥孔布置需考虑以上因素。桥孔布置后桥墩的选择也应满足一定的要求，尽可能小的减小对河流的影响，充分考虑桥墩阻水的影响。

桥面标高的确定，应该根据该桥的使用要求进行选择，注意与既定道路之间的衔接。若桥面标高与既定道路高差过大，可以考虑设置引桥以克服高差。且河流通过设计水位时，须保证支座不受水流侵袭，同时还需要考虑桥墩阻水等各种因素引起的各类升高值，若桥梁结构有通航要求，还应该满足通航净空的要求。

1.2 结构形式

结构形式的确定应遵循一般原则中的安全、适用、耐久、经济、美观这五项要求，所选择的结构形式应有足够的抗力，以抵抗各种可能的作用，包括偶然作用（如船撞、台风等）及地震作用。对于城市桥梁或标志性桥梁，同时应考虑美观，结构形式应尽量新颖，尽量保证与上下游河段的现有桥梁形式不相同。结构形式应尽量降低行车过程中的颠簸，故应尽量少的设置伸缩缝。

主梁截面与墩台基础的形式需满足安全、适用、经济、耐久等要求，主梁截面的设计应进行技术经济性比较，尽量在保证安全的基础上，使桥梁的总造价降低，做到节约材料和环保。同时应考虑施工条件的影响，便于施工和缩短施工周期，仍须保证后期的检查和维修工作能够进行。

墩台形式需要综合桥梁的结构形式、桥位地质情况和施工因素进行选择，重力式桥墩主要靠自身重量来平衡外力，一般采用天然石材或者是片石混凝土进行砌筑，因此适合于桥位周围石材丰富的情况，而空心桥墩是实体墩向结构轻型化发展的一种形式。当桥墩较高时，推荐采用空心桥墩，能够减小圬工体积，利于保护环境和节约材料。桥台主要起到过渡的作用，从桥梁过渡到道路，同时又有挡土的能力，因此在设计时要充分考虑桥台背后填土对于台身的影响。轻型桥台的特点是利用本身的抗弯性能抵抗各种作用，同时大幅度减小了圬工体积。

结构尺寸的拟定应当满足现行的设计规范与技术标准，主梁截面考虑抗弯惯矩和抗扭刚度，设计为混凝土箱梁，为便于检修，设计为单箱单室。施工过程中，箱梁的底板将会产生很大的压应力，因此底板设计为变厚度板。顶板的厚度设计应满足两方面的要求，其一，考虑桥面在使用运营过程中的抗弯要求；其二，在正常使用过程中，顶板将承受负弯矩，应使预应力筋的平弯竖弯及锚固满足规范的规定。在横向布置多个支座时，可将箱梁看成连续梁，其顶板仍承受负弯矩，应设置横向预应力束。

1.3 墩台基础

墩台基础尺寸的拟定应满足抗震规范所规定的尺寸和构造要求。墩台的尺寸应根据上部结构形式、支座布置、主梁的施工方法等要求而决定，悬臂施工连续梁时，桥墩尺寸应能满足支承0#块，且能够安装挂篮。根据规范要求，墩台顶帽下应设置加强钢筋网，除此之外其余部分仅设构造钢筋即可。支座的布置应与结构体系相适应，对于连续梁桥，为保证梁体在温度和收缩徐变的影响下，尽可能的产生较小的次内力。每联设置一个双向支座，其余均设置为单向支座，由于结构体系为连续结构，不限制梁体发生的转动，故不对转角进行约束，不设固定支座。支座垫石的尺寸、钢筋布置情况，应根据上部结构自重、支座尺寸及混凝土强度等因素进行确定。支座的设计应当与结构形式相协调，同一桥墩上的几个支座，竖向或横向转动刚度应相同或相近。对于可能发生不均匀沉降的地方，考虑设置高度不同的支座，便于

后期发生沉降后能有效的处理。桥墩盖梁上方应根据抗震规范设计防落梁装置，如防震挡块等，且能顺应垂直桥轴方向的移动，能在地震发生时，将该构造受到的作用全部传递至下部结构，且构造本身不发生破坏。

基础形式的选择需要结合桥位地质情况，当地质情况良好时，采用刚性或柔性扩大基础经验算强度和沉降后，满足要求即可采用，当采用扩大基础不能满足结构在强度和沉降方面的要求时，需采用桩基，桥墩及桥台基础形式可以根据地质情况作出不同设计。为保证结构的安全性，桩头均打入持力层，桩长根据实际地质情况进行设计，施工方法采用钻孔灌注桩与预制管桩相结合的方法，计算时满足m法地基系数和文克尔基本假定。

1.4 桥面附属设施

桥面系的布置，查阅了有关伸缩缝的文献。伸缩缝是在主梁不连续之处设置的装置，该装置能够满足桥梁在温度或其他荷载作用下产生的变形，能够提高行车舒适性。伸缩缝应具有良好的整体性、强度和耐久性，同时应具有良好的排水和防水性能，否则容易导致伸缩缝对应桥墩上的支座发生腐蚀及破坏，对整个结构产生影响。其余附属设施，栏杆的选择应结合桥梁所处位置进行选择，公路桥梁栏杆的选择需具有足够的安全性、施工因素等，选择城市桥梁的栏杆形式应兼顾美观的要求。桥面铺装除防水层设置应满足规范要求外，还要考虑到在桥梁运营过程中铺装层的磨损。

2.桥梁结构设计与计算

2.1结构设计

桥梁结构设计主要进行钢筋布置与截面验算复核。桥梁设计过程中，采用螺纹钢筋用来施加箱梁横向及竖向预应力，钢绞线主要做纵向主筋。预应力钢筋的选择应充分考虑，主梁截面形式，钢筋种类和标号等因素。同时在确定钢筋种类后，应选择与之匹配的锚具，确定适宜的张拉控制应力，然后根据钢筋截面积计算施工时的张拉控制力。在施工时控制油压表上的控制力不超过该值。主梁在自重及可变荷载的作用下，梁体发生下挠，严重时会使梁体发生开裂，危及整个结构的安全，预应力主筋的设计便是为了克服这种变形。

选择预应力钢筋时，需注意首先根据抗裂要求进行预应力钢筋面积计算，根据预应力钢筋规范选择合适的预应力钢筋规格，预应力编束根数及截面通过的束数。然后计算束界，束界的作用就是保证预应力钢筋能够提供足够的预压力，在正常使用过程中减小挠度，同时不会使梁体产生过大的预拱度，导致上缘开裂。