周加生

（上海市隧道工程軌道交通設計研究院，上海市 200235）

0 引言

隨著橋梁工程的發(fā)展，張拉設備及施工工藝的進步，預應力混凝土連續(xù)梁已作為橋梁結(jié)構(gòu)的主流形式。但作為其中關鍵的受力鋼筋，由于受超靜定結(jié)構(gòu)二次力的影響，其鋼束布置復雜多變，難以把握。現(xiàn)結(jié)合工程實例，在不影響相鄰聯(lián)鋼束施工的前提下分別采用常見的配置腹板束和頂?shù)装迨皟H配置腹板束兩種方案，從技術(shù)經(jīng)濟、結(jié)構(gòu)受力性能和設計施工便利等角度進行分析比較，推薦優(yōu)先采用僅配置腹板束方案，并就如何優(yōu)化鋼束幾何形狀進行了說明，可為同行進行預應力鋼束布置提供借鑒[1,2]。

1 實際工程的兩種配束方案

城市立交橋梁要求其外觀優(yōu)美、線形流暢、跨越能力大且對曲線及變寬段適應性強，同時考慮到經(jīng)濟性，根據(jù)近年來我國多條高架道路橋梁建設經(jīng)驗，以30 m為標準跨徑較為合適。某立交橋梁主線采用分離式結(jié)構(gòu)，全線標準聯(lián)采用3×30 m預應力混凝土連續(xù)箱梁，梁高為2 m，單側(cè)橋面寬度12.84 m，其橫斷面見圖1。

現(xiàn)采用兩種不同的配束方案按照A類預應力混凝土構(gòu)件進行計算，方案一為單個腹板配置單排腹板束，搭配頂?shù)装迨桨付蝹€腹板配置雙排腹板束，箱梁腹板厚度作相應調(diào)整，方案一腹板跨中厚度為0.4 m，支點處加厚至0.6 m，方案二腹板跨中厚度0.5 m，支點處加厚至0.8 m。兩種方案具體鋼束布置形狀見圖2、圖3。

圖1 橫斷面布置圖（單位：mm）

在以上兩種配束方案均能滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》JTG D62-2004規(guī)定的持久狀況承載能力極限狀態(tài)及持久狀況正常使用極限狀態(tài)計算的各項要求情況下，材料用量見表1。通過表1對比發(fā)現(xiàn)，方案二與方案一相比，鋼束用量、波紋管長度以及錨具數(shù)量均要減少，而且鋼束和錨具種類單一；由于方案二腹板加厚，造成混凝土用量比方案一高出3.48%，但是混凝土價格相比其他材料價格低廉，因此方案二相比之下，施工便利，施工質(zhì)量更容易得到保證，縮短了施工周期，節(jié)約了投資。

2 兩種配束方案計算結(jié)果比較

基于以上兩種不同的鋼束配置方案，其正常使用極限狀態(tài)抗裂驗算結(jié)果見圖4、圖5。圖中應力單位為MPa，壓應力為正，拉應力為負。

圖2 方案一鋼束布置圖（單位：mm）

圖3 方案二鋼束布置圖（單位：mm）

表1 鋼束布置方案比較

圖4 方案一正常使用極限狀態(tài)抗裂驗算

圖5 方案二正常使用極限狀態(tài)抗裂驗算

通過對比兩種配束方案下結(jié)構(gòu)受力發(fā)現(xiàn)，中支點截面和梁端處為結(jié)構(gòu)受力的薄弱環(huán)節(jié)，在短期效應組合下，方案一支點處截面主拉應力為1.16 MPa大于方案二0.89 MPa更接近于規(guī)范規(guī)定的限制1.325 MPa；方案一結(jié)構(gòu)應力圖線形呈鋸齒狀，由于存在很多短束，存在大量的齒塊，引起應力集中，齒塊本身為結(jié)構(gòu)受力的一個薄弱點，齒塊自身及其端部容易產(chǎn)生裂縫，施工繁瑣且質(zhì)量得不到保障。方案二結(jié)構(gòu)應力圖線形更加流暢。在標準組合下，方案二上下緣壓應力儲備分別為7.68 MPa和6.01 MPa，比方案一8.23 MPa和5.73 MPa受力更加均勻。就整體受力性能而言，方案二結(jié)構(gòu)受力比方案一更加優(yōu)越。

3 梁端配束問題

腹板束在梁端的錨固位置不外乎本文的兩種配束方案，如方案一腹板束錨槽不進入端橫梁，雖然這樣張拉腹板束不受相鄰聯(lián)箱梁的限制，有利于加快施工進度，不受端橫梁鋼束的干擾，但是由于降溫梯度的影響，箱梁上緣梁端出現(xiàn)較大的拉應力1.76 MPa，見圖6，在恒載（包括預應力效應）作用下，箱梁下緣近梁端處產(chǎn)生較大的峰值拉應力1.09 MPa，見圖7，因此梁端均需設置單端張拉的頂?shù)装迨鴣斫档徒憾松舷戮壚瓚?；同時《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（TB 10002.3—2005）明確規(guī)定：腹板下端橋軸方向的預應力鋼筋至少應有1/2伸過支點。雖然《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG D62—2004）沒有明確規(guī)定，但對公路及市政橋梁設計仍然具有借鑒意義。由此可見，從結(jié)構(gòu)受力及規(guī)范規(guī)定上看，鋼束通過端支點是必要的，但是按照方案一這種常見的配束思路，采用單端張拉頂?shù)装迨?，若出現(xiàn)斷絲的情況難以采取補救措施，再者腹板束從橋面張拉，施工期間若未注意防水措施，容易引起錨頭銹蝕，從而造成結(jié)構(gòu)耐久性能降低。

方案二僅配置腹板束，張拉端位置過支點，但距梁端的距離不得小于伸縮縫槽口。同時縱向鋼束和端橫梁橫向鋼束設計時稍加調(diào)整也可以避免鋼束之間相互干擾。為了不影響相鄰梁端鋼束張拉，過渡墩處相鄰兩聯(lián)腹板束可采用先后張拉順序。因此稍微加強設計，方案二的配束方案絲毫不會影響施工的可行性。

圖6 方案一降溫梯度上緣正應力

圖7 方案一恒載+預應力效應作用下下緣正應力

4 配置頂?shù)装迨鴨栴}

對于預應力混凝土連續(xù)梁，中跨下緣的鋼束預應力使支點處截面上緣拉應力減小，支點處截面下緣拉應力增大，跨中處下緣的拉應力減小；中跨上緣的鋼束預應力使支點處截面上緣拉應力增大，跨中處截面上緣拉應力減小，支點處截面下緣拉應力減?。恢c上緣的鋼束預應力使支點處截面上緣拉應力減小，跨中處截面上緣拉應力增大，跨中處下緣的拉應力減小；支點下緣的鋼束預應力使跨中處截面上緣拉應力減小，支點處截面下緣拉應力減小，跨中處截面下緣拉應力增大。不同位置施加預應力引起關鍵截面短期效應組合下（未考慮其他鋼束應力效應影響）拉應力變化見表2。因此對于方案一在恒載作用下支點上緣存在較大拉應力，需要配置支點上緣預應力鋼束T1L、T1R來克服，而T1L、T1R鋼束又會引起跨中上緣拉應力的增加，因此需要設置過中支點的中跨上緣預應力鋼束T2和邊跨上緣預應力鋼束T3L、T3R；同理在恒載作用下跨中下緣存在較大拉應力，需要在跨中下緣配置預應力鋼束B2~B4，這些鋼束同樣會引起支點下緣拉應力增大，因此需要設置過支點底板束B1。經(jīng)上述分析，按照方案一配束思路，某些關鍵截面配置局部短束消除拉應力的同時會引起其他截面拉應力的增加，因此鋼束之間產(chǎn)生的應力有相互抵消效應。相對于鋼束在箱梁腹板內(nèi)根據(jù)受力需要彎起的方案二來說，方案一預應力鋼束利用效率有所降低。

5 預應力鋼束布置應注意的幾個問題

在進行預應力混凝土連續(xù)梁設計過程中，預應力鋼束的布置工作往往是設計過程中的重難點。下面將筆者在設計過程中經(jīng)常遇到的幾個問題加以說明，第一：對于跨徑相等的多跨預應力混凝土連續(xù)梁，連續(xù)梁邊跨內(nèi)力大、中跨內(nèi)力小，但是由于預應力二次效應及降溫梯度效應的影響并非中跨跨中底板束一定比邊跨跨中底板束少；第二：在中支點兩側(cè)附近因為腹板束彎起引起梁截面下緣拉應力線形出現(xiàn)局部隆起現(xiàn)象，可以通過減小腹板束彎起角度，使此處拉應力局部隆起效應得到明顯改善；第三：對于僅配置腹板束方案二，預應力鋼束線形較方案一平緩流暢，且鋼束群彎折中點一般位于恒載反彎點附近；第四：對于方案二在施工階段端橫梁的計算寬度需要扣除梁端槽口寬度，因此一般情況下方案二端橫梁較方案一要寬。

表2 關鍵截面應力變化表

6 結(jié)語

通過對上述工程實例研究分析，對于常規(guī)中等跨徑預應力混凝土連續(xù)梁，在滿足結(jié)構(gòu)持久狀況承載能力極限狀態(tài)及持久狀況正常使用極限狀態(tài)的要求下，雖然采用腹板束加頂?shù)装迨男问?，配束比較靈活，很容易使結(jié)構(gòu)滿足受力要求。但不妨通過適當增加箱梁腹板厚度，采用僅配置腹板束的形式，不僅提高預應力鋼束的使用效率，改善結(jié)構(gòu)應力狀態(tài)，還能在方便施工、縮短施工周期和節(jié)約投資上取得很好的效果。