预应力砼连续刚构桥总体设计概述

预应力砼连续刚构桥总体设计概述

摘要：本文结合工程设计经验，简要阐述预应力砼连续刚构桥的设计原则截、面尺寸的确定、预应力钢束的布置及桥墩的设计，并对可能出现的病害提出一些经验措施。

关键词：连续刚构；截面尺寸；预应力体系；桥墩设计

连续刚构作为一种轻型桥梁，由于其结构美观、受力合理、行车平稳舒适、易养护、费用低等优点，在我国桥梁建设中被广泛采用。

1、连续刚构桥的特点

连续刚构桥是在t构和连续梁的基础上演变而来，其结构特点是梁体连续，墩梁固结。这样既保持了连续梁无伸缩缝，行车平顺的优点，又保持了t型钢构不设支座，不需要转换体系的优点。构造简单，施工方便。

连续刚构桥的主梁与桥墩固结，上、下部结构协同受力，使得墩顶处箱梁截面的负弯矩减小，有利于减少梁高；桥墩高而柔，顺桥向抗推刚度小，能有效的减少温度和混凝土收缩、徐变的影响；结构整体性能好，抗震性能优，顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度大，能满足特大跨径桥梁的受力要求。

2、孔跨布置

预应力砼连续刚构桥主跨跨径超过200m后，不仅主梁因梁高较大而产生恒载过大、受力不好，而且经济指标也不好。连续刚构桥的边中跨比一般取0.52～0.58较为合适，以保证结构在最不利荷载作用下边墩支座不会出现负反力。有时受地形或其他条件限制，

可能出现很小的边跨，对桥墩和主梁受力不利，设计有下述两种处理措施：

（1）当小边跨梁端的负反力较大，难以消除时，采用基础锚碇的方法平衡负反力。例如：贵州省关兴公路落拉河大桥，孔跨布置为40m+166.5m+97m。40m小边跨采用大截面等高度箱梁，并在梁端布置4排预应力锚杆。锚杆锚入基岩内10m，在梁顶张拉。

（2）当小边跨跨径不是很小时，采用大、小t和调整边跨构造尺寸的方法协调恒载分布，以改善边主墩的受力。例如云南省三界怒江大桥，孔跨布置为55+138+95m。设计采取的协调措施是：主桥由一个100m小t和一个176m大t组成，使小边跨端部不出现负反力。

3、主梁的构造与尺寸

连续刚构桥一般都采用变高度箱型断面，箱型断面具有较好的整体性，较大的结构刚度，承受正负弯矩、抗剪能力强，各部分结构受力明确的特点。本文仅对箱型断面进行论述。

3.1箱梁高度

早期设计的连续刚构桥，主梁根部高度多为l/18～l/20。近年连续刚构桥出现了一些病害，主要是箱梁腹板产生斜裂缝和跨中挠度过大，箱梁根部高度有增大的趋势，大约在l/16～l/17之间。主梁跨中梁高多为l/35～l/60。考虑到施工因素，跨中梁高一般宜不小于1.8m，多以2m以上控制。

3.2箱梁的顶、底板和腹板厚度

根据箱的宽度和是否布置横向预应力筋，顶板跨中厚度在25cm～35cm 之间变化。一般情况下不小于25cm。0号梁段和边跨现浇段梁端的顶板应加厚，一般加厚至50～70cm。顶板两侧的根部要布置承托，其尺寸应根据顶板预应力钢束构造要求确定。

跨中底板厚度一般取25～35cm。主梁根部底板厚度一般取根部梁高的1/8～1/10。0号梁段底板应加厚，一般取根部梁高的1/6～1/7。边跨现浇段梁端的底板厚度应按端横隔板的构造要求确定。

腹板厚度主要取决于布置预应力筋和浇注砼必要的间隙等构造

要求。从箱梁根部至跨中，根据跨径的大小，可分为不同厚度的二段或三段，一般在80～40cm之间取值。边跨主梁端部附近应结合端横隔板设计，加大腹板厚度，并设置一渐变段与一般梁段的腹板衔接。

3.3箱梁横隔板

通常的做法是，在0号梁段对应于主墩墩柱位置布置横隔板，其厚度与桥墩两壁的厚度一致；另外还在边跨支承处布置端横隔板，其厚度可根据边跨跨径的大小，在0.8～2m 之间取值。当箱梁较宽时，为了减小底板钢束径向力的不利影响，可在主梁跨中布置横隔板。当边跨跨径较大，箱梁较窄时，为了提高梁端支承的抗扭能力，必要时可将端横隔板延伸至箱外，梁端支承相应移至腹板之外。

在拟定箱梁断面尺寸时，要充分考虑箱梁的受力特点，在受力复杂且难以掌握受力状态的区域，应特别注意构造设计，如采取增大断面尺寸，增加普通钢筋的含筋率和有效配置预应力钢束等措施，

确保主梁构造和结构的实际受力要求相符合。

4、预应力体系

4.1纵向预应力钢束

目前箱梁趋向轻型化，预应力束应尽量采用大吨位，大吨位预应力体系所需布束面积少，布置简单，受力明确。顶、底板纵向预应力束应尽量靠近腹板位置布设，这样可以尽快将预应力传递到全断面，也有利于减少在传递过程中因局部预应力产生的不利影响。

增加纵向预应力下弯束。由于竖向预应力的施工质量很难完全达到设计要求，适当增设腹板下弯束，对克服腹板内的主拉应力和剪应力有利，同时下弯束应弯至截面高度的2/3以下。

按全预应力构件设计时，最不利荷载组合下，正截面最大压应力不宜大于规范限值的0.9倍，最小压应力储备应控制在1mpa左右。

4.2竖向预应力钢束

适当的配置竖向预应力束，与纵向预应力束配合使用，可控制箱梁的主拉应力。一般情况下，竖向预应力宜作为安全储备，不参与主拉应力计算，必要时，可考虑0.5倍的竖向预应力效应。

对于跨径较大的桥梁，梁高大于6m的梁段竖向预应力宜采用钢绞线。采用精轧螺纹钢筋时应明确要求采用二次张拉工艺，以保证其有效性。

4.3横向预应力钢束

对于宽翼缘或是较宽的箱梁而言，布设横向预应力束是很有必要的。横向预应力束采用扁锚体系，采用一端张拉一端轧花固定的锚

固方式，有条件时应两端交叉锚固。

总之，为了使箱梁混凝土始终处于受压状态，在箱梁中应尽量设置三向预应力，以确保桥梁的耐久性。

5、主墩的构造与尺寸

主墩的设置原则是在满足抗弯、抗压强度和压杆稳定的前提下，桥墩应具有较小的抗推刚度，使温度、砼收缩、徐变和顺桥向地震的不利影响降至最低限度。

在墩柱较矮（一般在20～30m之间）的情况下，双柱柔性墩是最好的结构形式。它提供的反力能削弱梁体的力矩峰值，双柱之间保持一定的距离，构成很大的整体抗弯刚度。同时其纵向抗推刚度较小，可减少墩柱对中跨梁体的约束。

当主跨l≥120m 时，墩身宜采用箱形断面。箱壁顺桥向厚度一般可取墩柱横向宽度的1/12～1/14；箱壁横桥向厚度，一般大于顺桥向壁厚30～40cm。箱内不设或设置少量横隔板。有的桥为了减小施工阶段的墩身应力，提高稳定安全系数，墩身下段做成实体，上段为箱形断面。

当主跨l在80m～120m 之间时，可采用实体双柱式，顺桥向厚度约为60cm～150cm。墩身断面常用矩形和工字形。

跨径小于80m 时，可采用单柱式箱形断面墩身。

当跨径较大，桥墩较高时，为了提高墩身的稳定安全系数，在双柱之间设置横系梁。横系梁的高度一般为100cm～200cm。经计算，如果使用阶段不需要横系梁，可以按临时构件设计，例如用钢结构，