预应力混凝土连续梁桥的设计尺寸拟定

预应力混凝土连续梁桥的设计

1.1总体布置

结构总体设计主要包括桥梁跨径分配、主梁截面形式的拟定以及梁高等方面的内容。

1.1.1跨径布置

目前，设计工程师认为预应力混凝土连续梁桥的最大理论跨度为250～300m，经济跨度为100～240m。

–布置原则：减小弯矩、增加刚度、方便施工、美观要求

–不等跨布置——大部分大跨度连续梁边中跨比为0.5～0.8，最好为0.65

–等跨布置——中小跨度连续梁

–短边跨布置——特殊使用要求

1.1.2主梁截面

–板式截面——实用于小跨径连续梁

–肋梁式——适合于吊装

–箱形截面——适合于节段施工

–其它

1.1.3箱梁梁高

梁高——与跨径、施工方法有关

等高度梁——实用于中、小跨径连续梁，一般跨径在50～60米以下变高度梁——实用于大跨径连续梁，100米以上，90%为变高度连续梁

桥型

公路桥铁路桥

支点梁高(m)跨中梁高(m)支点梁高(m)跨中梁高(m)

等高梁(1/15～1/25)l(1/16～1/18)l

变高（折线）

梁(1/16～

1/20)l

(1/22～

1/28)l

(1/12～

1/16)l

(1/22～

1/28)l

变高（曲线）

梁(1/16～

1/25)l

(1/30～

1/50)l

(1/12～

1/16)l

(1/30～

1/50)l

对于变高梁，一般对于公路桥，支点梁高是跨中梁高的2～3倍；对于铁路桥，支点梁高是跨中梁高的1.5～2倍。

1.2细部设计

主梁细部设计包括顶板、底板、腹板等部位尺寸的拟定，横隔板的设置，齿块和承托等构件的设计等。

1.2.1顶板、底板及腹板

箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。当悬臂施工时，箱梁底板特别是靠近桥墩附近的底板将承受很大的压应力。在发生变号弯矩的截面中，顶板和底板也都应各自发挥承压的作用。

（1）顶板

顶板厚度一般考虑两个因素：满足桥面板横向弯矩的要求；满足布置纵向预应力钢束和横向预应力钢束的构造要求。另外传统的设计理念认为，顶板厚度与腹板间距相关。桥面板的悬臂长度也是调节板内弯矩的重要参数，在布置横向预应力时可考虑桥面板的横向坡度和板截面的变高度，以发挥预应力束的偏心效应。中跨跨中顶板厚度一般要求大于d/30（d为箱梁腹板净距）。

（2）底板

箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚至墩顶处，其厚度变化曲线一般为梁高的同类曲线。箱梁根部底板除需符合使用阶段的受压要求外，在破坏阶段还宜使中性轴保持在底板以内，并有适当的富裕，根部底板厚度一般为墩顶梁高的1/10～1/12。中跨跨中底板厚度要满足承受跨中正弯矩和底板合拢钢束布置构造的要求，一般要求大于d/30（d为箱梁腹板净距）。

（3）腹板

箱梁腹板的主要功能是承受结构的弯曲剪应力与扭转剪应力所引起的主拉应力。在确定腹板厚度时，必须考虑以下三个条件：①剪切荷载引起的剪力和扭矩必须在允许范围内；②必须适于浇注混凝土，尤其是在腹板内设置有弧线预应力钢束的地方；③预应力钢束如锚固在腹板内，则必须能适当地分布集中在锚固位置的高预应力荷载，即锚下局部应力的要求。根据构造要求和受力需要，中跨跨中腹板厚度一般为35～60cm之间。整个箱梁的腹板厚度要根据受力需求和构造要求分别设置，一般箱梁根部腹板厚度较大。当腹板厚度有变化时，其过渡段纵向长度要求大于12倍的腹板宽度差值，以便主应力场的变化顺畅。

1.2.2横隔板、齿块和承托

箱梁横隔板的基本作用是增加截面的横向刚度和整体刚度，限制畸变应力。同时在支承处的隔板还将承受和分布较大支承反力的作用，在中跨跨中的隔板还将克服底板钢束的径向力和箱梁的偏载扭转。

对于顶板和底板的合拢钢束，一般是增设齿块进行锚固。所以齿块和顶板、底板的连接部位受力非常复杂，如果设置不好则导致齿块后面的顶板、底板表面出现横向受拉裂缝。对于此部位的受力，建议进行局部应力分析并用普通抗剪钢筋进行加强。

设计中一般在顶板和腹板衔接处设置承托，因为可以提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减少扭转应力和畸变应力。桥面板在腹板支承处的刚度加大后，在箱梁的横向受力中可以吸收负弯矩，减少顶板的正弯矩。此外，承托也使力线过渡缓和，改善应力集中现象和减少次应力。

1.3预应力钢束

大跨度预应力混凝土连续体系一般在纵向、横向均配置预应力钢束，在竖向配置竖向预应力蹬筋。

1.3.1配置原则

纵向钢束：一般将顶板纵向悬臂束下弯，底板连续束上弯，以降低腹板主拉应力。建议每节梁段至少应有两根顶板束下弯至腹板中性轴以下锚固。纵向力筋弯入腹板,要考虑力筋管道对腹板截面的削弱，应适当增加腹板厚度，并妥善处理锚固区的细节设计。

顶板悬臂束、底板合拢束的各自设置原则（各自克服的荷载不同）。

横向钢束：建议利用桥面板的横向坡度和板截面的变高度，把钢束布置成曲线形状，以发挥预应力束的偏心效应和提高箱梁顶板的抗裂性。设计横向钢束时，必须保证最终预应力值大于顶板横向弯曲和畸变叠加的拉应力。

竖向蹬筋：蹬筋长度太短，设计中规定的张拉回缩量在施工过程中很难控制。建议对于大跨度预应力混凝土结构，竖向蹬筋的预应力按标准计算值的50％进行设计。在传统锚具的设计上，笔者建议采用整体连续锚垫板。

一般的配束数量估算：

纵向60～80kg/m3

横向、竖向5～10kg/m3

1.3.2几个注意的问题

（1）钢束的疲劳问题（要注意灌浆密实）。

（2）底板合拢束的张拉顺序问题。

（3）钢束张拉锚下应力控制问题（建议超张拉3％）。

1.4普通钢筋

对于大跨度预应力混凝土连续刚构体系，除合理配置预应力钢束之外，还必须设置数量和位置都较合理的普通钢筋。普通钢筋的设置，可以防止施工阶段因混凝土收缩和温差引起的裂缝，承受施加预应力过程中产生的拉应力，提高使用阶段桥梁结构的抗压能力。更主要的是普通钢筋的用钢量将直接决定桥梁在长期