预应力连续梁的特点及构造

2）梁高及梁底曲线
• 变截面梁的变化规律可采用圆弧线、二次抛物线 或折线等，最常用的是二次抛物线，因其变化规 律与连续梁的弯矩变化规律基本相近。 • 预应力混凝土连续梁桥除在梁高上选用变截面外， 对箱形截面也可将截面底板、顶板和腹板做成变 厚度，以满足梁内各截面的不同受力要求。 • 变截面梁高与最大跨径之比，跨中截面可取 1/30～1/50，支点截面可取1/15～1/20，边跨与 中跨跨径之比可取0.5～0.7。
通过变化连续梁相邻跨长的比值，或加大支点附近 的梁高而做成变高梁时，可调整各控制截面的弯矩 变化幅值，降低跨中的正弯矩，使得预应力筋大部 分布置在梁的顶部，便于张拉。变高梁虽然会增大 中间支点处的负弯矩，但梁的高度增加了，并不引 起钢筋用量的增加；同时加大支点附近梁高，还能 适应抵抗支点处很大剪力的要求。 连续梁预应力钢筋的合理布置，有利于纵向顶推、 悬臂法等施工方法的实现，促进了预应力混凝土梁 桥施工的发展。 立面上，连续梁在中间桥墩处只有一个支座，在竖 直荷载作用下桥墩只受轴向的压力。故除制动墩外， 其他桥墩及其基础的尺寸可做得小些。
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1）纵向预应力筋的类型 连续梁采用节段法施工时，结构体系和结构内力随施工阶 段不同而变化，纵向力筋配置须针对具体阶段内力的需要， 进行张拉或拆除。 有些在施工阶段张拉的力筋，在使用荷载作用下将产生不 利作用，此类力筋在成桥阶段应予以拆除，称为临时束。 临时束布置成短束，不使用连接器接长，也不压浆，将其 锚固在齿板上，使锚头暴露在梁体外。 多数力筋张拉后，不再拆除，成为永久束。此类力筋既抵 抗施工阶段的弯矩，又抵抗运营阶段的弯矩。 另一类力筋是施工阶段不需要，但运营阶段需要，如悬臂 法施工连续梁的底板力筋。此类束在合拢成桥后张拉，称 为后期束，一般锚固在齿板上。
箱梁齿板
齿板内预应力筋张拉示意图
• 还有一种预应力筋的布置形式是体外布筋。体外筋 又分为永久型和装拆型。前者是将力筋设置在主梁 截面以外的管道内，利用横隔梁、转向块等结构物 对梁施加预应力。这种体外筋不消弱主梁截面，不 需预留孔道，预制节段的拼装可采用干缝接合，施 工方便、迅速和便于更换。有些预应力钢筋只是在 施工的某一阶段需要，装拆型体外力筋就是指在施 工过程中为了满足施工荷载的要求，在主梁截面以 外设预应力筋，施工完再去掉这些预应力筋，因为 它们可能对桥的使用阶段是不利的。
1）桥孔分跨
连续梁每联内主梁在各墩台顶连续通过，各支点纵向只设一排支座， 墩顶纵向设两排支座，两联之间的主梁断开。 等跨的连续梁结构简单，适于采用顶推法、移动模架法简支转连续法 施工。但等跨布置将使边跨内力控制全桥设计，不经济。等跨的跨径 大小主要取决于经济分孔和施工设备条件。 为减小等跨布置时跨中的正弯矩，可设为不等跨形式。当跨数不多时， 采用奇数跨，以3跨或5跨较常见。对3跨连续粱，边跨与中跨跨径之比 一般为0.5～0.7。对预应力连续梁宜取偏小值，以增加边跨刚度，减 少活载弯矩的变化幅度，从而减少预应力筋的数量。当边跨长度过短 （比值小于0.3），此时边跨桥台支座将会出现负反力，在桥台上需设 拉力支座或平衡压重。 连续梁如采用悬臂法施工，考虑到一部分边跨采用悬臂施工外，剩余 的一部分边跨须在支架上施工。为减少支架及现浇段长度，边跨长度 以不超过中跨长度的0.65倍为宜。
对于变高连续粱，因截面重心线是曲线形的，预应力筋可采用连续直 线配筋，就可得到偏心距。
（2）分段配筋
分段配筋是节段法如顶推施工和简支变连续 法施工的连续梁最常用的配筋方式。 分段配筋的缺点是力筋的锚头数量多，张拉 受到箱内净空限制（正弯矩力筋分散锚固于 翼缘板或腹板凸出的锯齿板上 ） 节段法施工中，永久束分为直束和弯束，直 束布置在截面的上、下翼缘；弯束平弯布置 在腹板宽度范围内。在抗弯不需要时，起弯 锚固于腹板中，以满足抗剪需要。
连续直线布筋的连续梁要达到使跨中下翼缘内有预应力筋，而支点附近上翼缘内有 预应力筋，可以通过使梁高变化的方法(图a)；而等高度梁要达到这个目的，只能 让力筋具有波浪形，以适应荷载内力的变化(图b)。为了充分发挥预应力筋的作用， 实际上变高度梁的预应力钢筋也是曲线布置的(图c)。图d则根据连续梁受力特点， 采用分段直线配筋方式。
2.横隔板
• 横隔板按位置分为端横隔板和中横隔板， 一般端横隔板必须设（顶梁时作用在端横 隔板处）。还需在支点处设置横隔板，其 作用是约束箱梁的畸变变形、扭转变形及 承受和传递支反力。 • 箱梁内的横隔板通常采用板式结构，为满 足施工、维修和通风要求，在横隔板上设 置过人洞。
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3. 预应力筋构造 箱梁的预应力筋布置分分纵向、横向和竖向三向预应力体 系，其中纵向预应力筋称为主筋。纵向和横向预应力筋常 用钢绞线和高强碳素钢丝，竖向预应力筋主要采用冷拉高 强粗钢筋。 高强碳素钢丝目前主要采用镦头锚锚固形式，由于锚具应 力损失小、接长方便，常用于顶推法施工，此时纵向预应 力筋往往需接长，常用连接器进行接长。 纵向预应力钢绞线主要采用7φ5钢绞线（标准强度 1860MPa,直径15.24mm ），可采用单根钢绞线和由多根 钢绞线组成一束，成束布置时采用群锚锚固体系。常用锚 具类型有OVM、QM、XM等，OVM型锚具是在QM型锚具 基础上改进而成的 。采用钢绞线张拉时以OVM型锚具最 为方便可靠，采用高强碳素钢丝时则XM型锚具较为适宜。 钢束一般采用两端张拉，所以要求主桥边跨底板钢束张拉 完毕之后方可进行相邻引桥跨的施工。
每个OVM锚固单元由OVM锚具、钢绞线或钢丝束、金属管构成。OVM锚具分为张 拉端锚具和固定端锚具。固定端锚具是埋入混凝土中不用于张拉的锚具，具有P型、 H型。固定端P型锚具包括一块中间钻有孔的平板，钢绞线穿过板孔，在钢绞线末 端挤压一挤压套，加上限位约束圈和螺旋箍筋，便构成P型锚具，它可以适用于需 将预应力传递至梁端的结构。
2.立面布置
• 预应力混凝土连续梁桥的立面布置要考虑桥孔分跨、 主梁高度和梁底曲线形状等因素。 • 按桥跨相互关系分为：等跨(a)和不等跨连续梁(b)； • 按梁高变化分为：等高度(ad)和变高度连续梁(bc)； • 按下部结构的支承形式分为：普通的单式桥墩(ab)、 V形桥墩(e)和双薄壁柱式桥墩(f)； • 按主梁梁身的构造分为：实腹式主梁(abcef)和空腹 式的桁架结构(d)； • 按主梁与下部结构的关系分为：墩梁分离连续梁和 墩粱固接的连续T构桥。
二、预应力混凝土连续梁桥的总体布置
• 1.平面布置 桥梁的平面造型取决于线路的方 向与河道或立交线路的方向，并 受桥址地形和地物的制约，通常 有正交、斜交、单向曲线和反向 曲线桥梁等平面布置。正交桥最 为常见，墩台位置与主梁中线垂 直，构造也最简单。 连续梁由若干跨组成一联，桥梁 可由一联或多联组成。常见的连 续梁桥每联由3～7跨组成，随着 科学 技术的发展，连续梁桥一联 的跨数和长度都有了增加。如钱 塘江二桥为18跨一联，中跨跨径 80m，全长1340m。
2）纵向预应力筋的布置 纵向预应力筋的布置不仅与结构形式有关，还取决于施工和 运营阶段的内力分布，常用布筋方式有连续配筋和分段配筋。 由连续梁的弯矩沿梁长变化的情况，连续梁跨中部分的钢筋 要放置在梁的下翼缘内，中间支承附近的钢筋则应安设在梁 的上翼缘内。无论哪种布筋方式，都要体现这个思想。 • （1）连续配筋 • 连续配筋的优点，在于其力筋的锚固与张拉都比较简单，而 且锚头数目少。连续配筋可采用直线布置或曲线布置，要视 梁的立面形状和荷载情况而定。 • 当采用满布支架现浇法施工时，不存在施工内力变化问题， 可直接根据成桥内力采用连续配筋。 • 对等截面连续粱，可采用连续曲线配筋。但当梁的跨度较大 时，因弯道多，预应力损失大，穿束施工难道大，故连续曲 线配筋较合适的桥长≤100m。
后期筋分为直筋和弯筋，直筋配置在支点截面的顶部和跨中截面的底部，弯 筋设置在腹板内。腹板中起初只设置预应力筋的管道，当桥梁达到最终位置 时，才穿束张拉，锚固在离支点截面的1/3跨径附近的腹板内侧的竖向锯齿 板上。
3）纵向预应力筋在箱梁截面上的布置原则
• （1）为避免梁体产生横向弯曲，力筋在截面上应对称布置。 • （2）弯束尽量布置在腹板及梗肋内，尽量减少或避免平弯， 以简化构造和减小预应力损失。 • （3）顶、底板力筋应适当集中在腹板及梗肋等混凝土较厚 的位置，而不宜采用均匀分散布置方式，可避免产生纵向裂 缝。 • （4）若因力筋数量较多而不得不在板的中部布筋时，应尽 量避开横向正弯矩较大区域或改用小型号的预应力筋。 • （5）力筋较多时，可分层布置，先锚固或弯起靠近腹板中 部的力筋。 • （6）当横截面的悬臂较大或箱梁腹板间距较大时，荷载作 用下，截面横向受力较大，在箱梁顶板内布置横向预应力筋。 竖向预应力筋的作用是抗剪，常采用粗钢筋，布置在腹板中。
三、预应力连续梁构造 • 1.主梁横截面 • 高速铁路预应力连续梁横截面多采用箱形截面。箱形截面 整体性好，抗扭刚度大，具有良好的静力和动力稳定性。 同时箱形截面的顶板和底板具有较大的面积，能有效抵抗 正负弯矩，满足配筋要求。 • 因预应力混凝土连续梁多采用现浇施工，为施工方便，其 箱形截面多采用单箱单室截面形式。 • 箱梁顶板一般采用等厚度；腹板一般采用变厚度，支点处 需加厚（靠近支点处受主拉应力控制，需加厚）；底板一 般采用变厚度，支点处需加厚（支点主要受纵向压应力控 制，需加厚）。 • 箱梁腹板分为直腹板和斜腹板两种形式。
• 2.主要缺点 预应力钢筋的布置难于发挥预加力的优点。因在 梁的大部分截面内存在正、负弯矩，使得预应力 钢筋合力的偏心靠近截面中性轴，从而降低了预 加力的作用，且影响了梁的极限强度。 梁在偏心的纵向预压力作用下，产生弯曲变形。 如变形受到约束，在支承处则产生附加反力，从 而降低预应力作用。 超静定的连续梁结构的设计工作复杂，张拉程序、 施工方法以及材料性能等对其应力状态有很大影 响，较难精确计算。
预应力连续梁的特点及构造
（学习项目6.1）
学习目标
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 一、理解预应力连续梁的受力特点； • 二、掌握预应力连续箱梁的构造。
一、预应力混凝土连续梁桥的特点 • 1.优点
连续梁由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩大大减小，使得弯矩 图面积减小（因为连续梁的设计是以截面上最大正、负弯矩的绝对值 之和即弯矩变化幅值作为标准），跨越能力增大。 连续梁为超静定结构，温度变化、混凝土收缩徐变、地基不均匀沉降 影响显著，对地基要求高。 连续梁结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有 利于高速行车。 因连续梁同时存在正、负弯矩区段，截面通常采用上下对称的箱型截 面。 预应力简支梁当跨径超过40～60m时，跨中恒载弯矩和活载弯矩将会 迅速增大，致使梁的截面尺寸和自重显著增加，不但耗材料，且给施 工带来困难；而预应力连续梁，由于支点负弯矩的存在，使跨中正弯 矩值显著减小，其内力分布比同跨度简支梁更合理。 当预应力连续梁跨径较大时，梁体过重不易预制架设施工，多采用现 浇施工，工期较长、费用较高。
顶推法施工，在顶推阶段和使用阶段梁的受力状况 差异较大，根据这两个不同的受力阶段，预应力钢 筋一般相应分为：①用以承受在顶推阶段的悬臂负 弯矩和跨间正弯矩的前期张拉钢筋，布置在截面上 下缘的直线筋；②用以满足使用阶段的要求而补充 设置的后期张拉钢筋，布置在跨中底部和支点顶部 的增加局部直筋。 分段顶推施工是逐段预制、逐段顶推的，前期预应 力筋也得分段张拉，采用连接器接长，接长长度一 般采用两个梁段，间隔排列，以减少连接器数量和 改善主梁受力，简化施工。如果截面的底板较薄， 那么还必须在连接器处予以加厚。
图示为用悬臂法施工的连续梁的弯束布置图，通过支承处的钢筋分段 向下弯至腹板内，并锚固于各段的接缝处；跨中部分的钢筋，从反弯 点处梁的顶部开始向下弯曲到跨中的底部，等接缝混凝土浇筑并达到 设计强度后，在桥面板上进行张拉，并锚固于梁的顶部。
简支变连续施工时，可采用的配筋方式有：待墩顶接缝混凝土达到张 拉强度后，用设置在接缝的局部预应力筋建立结构的连续性；当采用 移动模架逐孔顺序浇筑混凝土、张拉力筋，在接缝处用连接器把已张 拉的钢筋和尚未张拉的钢筋连接起来；也可采用在支点顶部设置非预 应力筋，现浇接缝混凝土形成连续结构。