预应力混凝土空心板先简支后连续梁设计梁志顺 （京新高速公路张家口管理处，河北 张家口 076150） 摘要：通过结合桥梁设计实例，对该桥梁上部结构采用先简支后结构连续形式，设计中采取先简支后连续的双支座结构以及设置墩顶负弯矩钢筋等一系列可行的设计措施。从本工程实施效果表明，该桥梁运营期间一切正常，表明结构设计的合理性，为同类工程提供参考实例。 关键词：桥梁工程；预应力混凝土空心板；先简支后连续梁；设计要点 0 引言连续梁具有变形小、结构刚度好、伸缩缝少、行车平顺舒适、整体稳定性好、抗折性能好等特点，在公路工程中具有非常广泛的应用[1]。但是这种梁在施工过程中需要投入较多的施工设备，并且施工工艺较为复杂，施工难度大。而采用先简支后连续梁可以有效克服以上这些缺点，因此先简支后连续梁在公路工程中具有非常广泛的应用前景。本文笔者将结合具体的预应力混凝土空心板先简支后连续梁桥设计实例，简要探讨具体的设计要点。 1 工程概况某桥梁全长53.08m，桥梁中心桩号K5+136，桥梁轴线与河道的交叉角度为105°。本桥为双幅桥，上部采用3～16m后张法预应力连续空心板，下部采用双柱式墩台，钻孔灌注桩基础，设计水位23.672m。本桥上部结构体系为先简支后结构连续，预制空心板按部分预应力A类构件设计，现浇连续段按钢筋混凝土构件设计。全桥采用3孔16m后张法预应力混凝土连续空心板，全桥长53.08m。全桥共设1联，桥面横坡为双向2%，桥梁横断面由18块空心板组成，板高0.8m。如表1所示为本工程的主要设计技术指标。 表1 主要设计技术指标  设计荷载 桥面宽度 桥面横坡 地震动峰值 环境类别公路Ⅰ级 2×（净-11.5+2× 0.5m防撞护栏）双向2% 0.15g Ⅰ类 2 连续梁的结构分析与设计2.1 结构分析与设计 在连续梁中，主要是将板梁分成两部分，分别为预制梁和现浇段。首先对预制梁进行安装，使其形成简支结构，接着再对湿接头处进行现浇处理，使之形成连续的结构形式，然后在支座顶面10cm整体化混凝土部分和现浇段处进行负弯矩钢筋的配置。对于连续梁而言，主要可以将支座分成两种，分别为单支座和双支座[2]。 在进行连续梁的结构设计时，应综合分析结构各个阶段的受力特点。即使是对于跨径和受力状态相同的连续结构，在施工过程中，由于施工方法的不同也可能引起各截面不同的受力。对于20m跨度的三跨连续结构而言，如果采用的是单支座的结构形式，无论是在恒载还是活载的作用下，受力形式均为三跨连续的形式。但是如果采用双支座的形式，则其受力形式与单支座情况下相差较多。 如果采用单支座的形式，在简支时需要设置临时的双支座，之后方可进行现浇段混凝土的浇筑施工，在其达到强度要求之后再将临时的双支座拆除，此时结构体系则从双支座形式转换为单支座的三跨连续结构。此时的一期恒载弯矩与全部恒载弯矩是不能叠加的，而随着体系的转换，一期的恒载弯矩将转换为全部恒载弯矩。 如果采用的是双支座形式，则一期恒载是简支的受力特征，在后续的结构体系转换过程中，一期恒载弯矩也不再随之而改变，并且其后所施加的荷载是可以与之前的恒载相叠加的。仅在二期恒载和活载作用下才是三跨连续结构的受力特征。 对于跨中截面在恒子作用下的正弯矩值进行计算，如式（1），在不削峰的情况下，支点的负弯矩为式（2）：  式中：ML/2代表跨中的正弯矩。Mg1代表一期恒载作用下的正弯矩。Mg2代表二期恒载作用下的正弯矩；M支代表支点的负弯矩。 通过以上的计算可以知道，双支座在恒载作用下所产生的正弯矩比单支座三跨连续结构的跨中弯矩要大。一般情况下，前者的跨中正弯矩会比后者的跨中正弯矩大0.045g×L。而前者支点处的负弯矩会比后者的支点负弯矩小很多，一般情况下，前者的支点负弯矩会比后者的支点负弯矩绝对值小0.1g×L。并且在削缝之后，绝对值会更小一些。通过对单支座和双支座结构形式的施工方案对比可以知道，先简支后连续的双支座结构形式与单支座结构形式的受力形式更加合理一些，并且更为重要的是，即使在支点处不配置负弯矩预应力筋，混凝土产生开裂的可能性也较小一些。 2.2 纵向联结设计 2.2.1 现浇段的处理 先简支，后转换为连续的装配式预应力混凝土空心板一般情况下可以采用以下几种方法：①在墩顶负弯矩处加设后张的预应力钢筋；②增设后张预应力帽筋以加强结构之间的连接；③在跨径内设置纵向联结缝，由悬臂转换为连续，这种方法具体是采用联结器将后张的预应力钢筋与前一孔的已经张拉施工完成的预应力钢筋连接在一起。 在具体的设计过程中，采用何种处理方式应根据支座方案的选择进行确定。在以上的分析中，考虑到结构连续板梁的受力特点，本工程设计在进行支座选择时，采用了永久双支座的结构方案，因此针对双支座的结构方案，所采用的纵向联结设计为采用普通的钢筋混凝土纵向联结方案，并没有采用传统的预应力钢筋纵向联结方案。普通钢筋混凝土纵向连接方案的具体做法为：在墩顶采用湿接缝配置普通钢筋混凝土。经过规范要求，墩顶湿接缝混凝土的宽度应控制在60cm。混凝土采用微膨胀混凝土，在其内应掺入0.05%的铝粉。在结构的纵横向均应配置钢筋，并且应采用焊接的形式将顶板与底部的N5钢筋与空心板的预留钢筋连接在一起。 2.2.2 墩顶负弯矩钢筋的设置 根据以上的分析可以知道，在本结构的设计中，采用了先简支后连续的永久双支座结构方案。因此，在墩顶位置所产生的负弯矩值较小。对于结构连续的预应力空心板而言，墩顶处所产生的负弯矩主要是由桥面的整体混凝土现浇层和现浇段的钢筋进行承担。本工程所采用的是普通钢筋混凝土，根据设计，钢筋的布置形式采用的是双层布筋形式。对于面层，横桥向布置的钢筋直径为12mm，其间距控制在15cm。而下层布置的钢筋直径为25cm，纵桥向钢筋的直径控制在10cm，长度则设计为700cm，并且与混凝土底面之间的净距控制为5cm，这样可以有效提高混凝土的抗弯强度。 2.2.3 弯桥处理 一般情况下，对于曲线梁桥而言，在半径较大的情况下，可以采用平分中矢法进行布置，在这种情况下，对于预制梁并没有特别的施工要求[3]。但是在半径较小的情况下，则应采用径向布置的方式，特别是在桥面较宽的情况下，对于板梁的布置无法按照统一的尺寸进行设计。因此在这种情况下，进行预制梁的设计存在较大的困难。在本工程中，对于预制梁段之间采取了现浇湿接头的联结方式，这样可以通过湿接头长度的调节以满足预制等长度的要求，这就有效解决了预制梁段设计和施工存在的困难。 3 结语从桥梁结构受力特点表明，鉴于先简支后连续梁的结构形式具有刚度好以及整体稳定性好等优势，同时便于施工，使其在桥梁设计中得到广泛应用。文章通过结合桥梁设计实例，对该桥梁上部结构采用先简支后结构连续形式，设计中采取先简支后连续的双支座结构以及设置墩顶负弯矩钢筋等一系列可行的设计措施。从本工程实施效果表明，该桥梁运营期间一切正常，表明结构设计的合理性，为同类工程提供参考实例。 参考文献： [1] 谢圣纲. 某预制空心板桥梁设计与施工工艺研究[J]. 广东科技，2013，22（6）：74-75. [2] 元信文. 先简支后连续预应力空心板梁受力分析研究及设计要点[J]. 铁道工程学报，2007，24（2）：51-53. [3] 郭成川. 预应力混凝土空心板设计与施工的质量控制[J].公路交通技术，2005（2）：92-95. （编辑：蔡海霄） 中图分类号：U445 文献标识码：B 收稿日期：2017-03-05 作者简介：梁志顺（1972—），男，高级工程师，主要研究方向为公路桥梁。 |
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