试议预应力如何做好预应力桥梁设计工作前言

摘要：下文主要结合笔者多年的工作实践经验，结合工程案例，针对预应力桥梁设计全过程进行了详细的分析，希望通过以下阐述，能与各位同仁相互交流，同时今后也能够为类似桥梁工程的设计提供一些借鉴与参考。
关键词：案例；材料选取；主桥结构设计；引桥结构设计

1、案例
以某桥梁设计为例，其公路的等级为2公路，设计汽车荷载等级为公路-I级，地震烈度为Ⅵ度。长为1065m，其中主桥采用45m+60m+

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45m预应力连续刚构设计，主桥的中孔跨径为60m，两边孔跨径各为45m。

2、桥梁设计材料的选取

本桥梁设计所采用的混凝土配合比设计，其中水泥采用高品质的强度等级为62.5、52.5、42.5、32.5的硅酸盐水泥。粗集料应采用连续级配，碎石宜采用锤击式破碎生产。上部梁体所用碎石最大粒径不宜超过20mm，以防出现混凝土浇筑困难或振捣不密实的现象。对于现浇箱梁、预制小箱梁、端横梁、跨中横隔板、中横梁、现浇接头、 湿接缝、封锚、桥面现浇层混凝土均采用强度等级为C50的混凝土； 而桥面混凝土铺装则采用0防水混凝土；桥梁薄壁墩采取0混凝土，薄壁墩承台采用C30混凝土，对于本桥梁的其他桥台、墩盖梁、 桥墩接柱、垫石、桥头搭板、防撞护栏采用C30混凝土，桥墩系梁采用C25混凝土，桥台、墩桩基采用C25水下混凝土。孔管压浆采用的水泥浆强度不应当低于50MPa。
本桥梁的普通钢筋采用R235和HRB335钢筋，设计所用的钢筋在施工中应当符合相关的规定。凡钢筋直径≥12mm的，采用HRB335热轧带肋钢；凡钢筋直径<12mm的，采用R235（A3）钢。对于本预应力桥梁所采用的预应力钢绞线的低松弛高强度预应力钢绞线应符合相关的规定。标准强度fPK=1860MPa， 弹性模量Ep=1.95×105MPa， 松弛率为

3.5% ，公称直径15.2mm，钢绞线参考面积A =140mm2。

本工程预制小箱梁正弯矩钢束采用M15-4、M15-5圆形锚具及其配套的配件，预应力管道采用圆形金属波纹管；箱梁墩顶连续段处负弯矩钢束采用BM15-5扁形锚具及其配套的配件，预应力管道采用扁形金属波纹管。现浇箱梁采用M15-17、M15-19L圆形锚具及其配套的配件，预应力管道采用圆形塑料波纹管。小箱梁采用板式橡胶支座， 现浇箱梁采用GPZ-Ⅱ系列盆式支座，其材料和力学性能均应符合现行国家和行业标准的规定。对于本桥梁的伸缩装置，采用模数伸缩装置，其材料和力学性能均应符合现行国家和行业标准的规定。

3、主桥结构设计实践

本工程主桥采用3孔预应力连续刚构， 根据部分预应力混凝土A类构件设计， 本主桥上部结构采用单箱双室变截面预应力混凝土现浇箱梁， 梁底曲线为二次抛物线， 支点处梁高为3.0m， 中跨跨中高为1.5m， 箱底宽为8.0m， 两侧悬臂各长2.50m。 对于桥墩采用双薄壁墩， 墩与梁之间刚性联结， 利用“桥梁博士3.2” 对上 、 下部结构进行整体分析 。对体系形成的各受力阶段进行内力、 应力及位移等校核。 桥梁所受荷载除结构自重、 汽车荷载还考虑了预加力（按外荷载计算）、 二期恒载（ 桥面铺装 、 防撞护栏 ） 、 温度 、 不均匀沉降 、混凝土收缩、 徐变、 汽车制动力及船舶的撞击等作用。
本主桥在结构设计中，同时考虑了施工程序，主桥采用贝雷片组 装现浇梁支架的施工方法，150m长分两次浇筑，首先浇筑第一段，长度为90m，它包括60m中孔及边孔各15m长，待混凝土达到设计强度后，穿预应力钢束，进行钢束张拉（在锚固断面使用带连接器的锚具）。然后，中孔不拆除支架及模板，再浇筑两边剩下的60m长梁段，浇筑边孔前应先穿好钢束并与连接器连接好。待混凝土达到设计强度后再进行钢束张拉，最后拆除模板支架。箱梁施工时中跨设5.0cm向上的预拱度。从跨中向两端成二次抛物线，边孔跨中设2.0cm向上的预拱度。经计算，双薄壁墩厚度设计为80cm，承台高度为250cm，群桩桩径为160cm。
表1钢束张拉结束后梁体起 单位： mm
注：表中数值为计算值，施工时可能因为工艺、材料等原因会有所差异。

4、引桥结构设计实践

本工程中的引桥上部采用装配式预应力混凝土连续小箱梁， 采用公路桥涵通用图， 根据部分预应力混凝土A类构件设计， 对本引桥的小箱梁内力计算采用平面杆系有限元程序， 荷载横向分配系数采用刚接板（梁）法计算， 并用梁格法进行检算。 桥面板计算按单向板和悬臂板计算。 结构形式采用多箱单独预制、 简支安装， 现浇连续接头的先简支后连续的结构体系。 对桥梁下部的桥墩采用柱式墩、 钻孔桩基础， 桥墩墩柱直径为150cm， 桩径为160cm，桥台桩基直径为150cm。

5、桥梁构造处理

对桥梁结构设计来说， 其构造处理措施相当重要。 桥梁工程结构设计实践表明， 尤其是小跨度的桥梁结构设计， 其构件主要承受荷载不大， 所以构件的应力较小， 根据计算结果其构件截面尺寸等也相应较小。 因此， 往往桥梁的构造设计措施起着关键作用。 通过结合本桥梁工程的设计实践， 提出桥梁构造处理措施的可行技术。
在桥梁设计过程中， 为了能有效地减轻安装重量和增加横向整体性， 在各箱之间设横向湿接缝。每跨内各箱之间设横向中横隔板每联端部横梁部分与箱梁同时预制， 各中间墩顶横梁采用现浇（箱内堵头板采用单独预制）。 为了能有效满足锚具布置的需要， 箱梁端部在箱内侧方向加厚， 腹板内预应力钢束除竖向弯曲外， 在主梁加厚段尚有平面弯曲。 与此相应， 锚固面应在两个平面上倾斜， 以使预应力钢束张拉时垂直于锚固端面。 同时， 为了能适当地扩散应力， 预应力锚具应在梁端布置力求均匀。 本设计现浇箱梁及 预 制 小 箱 梁 为 部 分 预应力混凝土A类构件， 故跨中底板下层钢筋和支点处顶板上层钢筋是根据承载能力极限状态设置的。
对于预应力桥梁设计的钢绞线的弯折处适宜采用圆曲线过渡， 管道必须圆顺， 定位钢筋以在曲线部分间隔为50cm、 直线段间隔为100cm设置一组。顶板负弯矩钢束的定位钢筋每间隔100cm设置一组。 对于预制小箱梁顶板负弯矩钢束的钢波纹管，应在预制箱梁时预埋。 箱梁安装好后， 在浇筑连续接头段前， 将对应的波纹管相接。
预制主梁简支安装时的临时支座可采用混凝土砂筒制作， 亦可采用其他可靠方法， 需满足施工阶段承载力要求。 为了能确保桥梁整体受力且桥面平整顺畅， 引桥桥面板顶面设置12cm厚的桥面现浇铺装层， 主桥顶面设置8cm厚的调平层。 同时为了能保证桥梁平整， 结合设计实践经验， 建议引桥小箱梁跨中向下1.0cm的预拱度；主桥现浇箱梁中跨5.0cm向上的预拱度，边孔跨中设2.0cm向上的预拱 度。预拱度可采用圆曲线或抛物线。施工时根据实际情况可进行适当调整。
桥梁耐久性设计同样是重要的设计环节，对本桥梁工程情况来说， 桥梁设计安全等级为一级，环境类别为I级。结构混凝土的最大水灰比为0.55，最小水泥用量275kg/m3，最低混凝土强度等级为C25，最大氯离子含量0.30%， 最大碱含量

3.0kg/m3， 桥梁防水混凝土抗渗等级采用W4。

6结语
综上所述，详细地对本桥梁工程设计全过程进行总结，同时分析桥梁构造措施的重要性，提出在桥梁设计中为了能有效地减轻安装重量和增加横向整体性，在各箱之间设横向湿接缝等处理技术，可指导同类桥梁设计。