浅谈合理、快速布置中、小跨径连絒梁预应力束

季雪征 陈维生

（哈尔滨市市政工程设计院，黑龙江，哈尔滨，150000）

浅谈合理、快速布置中、小跨径连絒梁预应力束

季雪征 陈维生

（哈尔滨市市政工程设计院，黑龙江，哈尔滨，150000）

本文通过理论和实例对中、小跨径连续梁预应力束的布束问题进行了探讨，对合 理、快速布置中、小跨径连续梁预应力束提出了可行性的方法

吻合束；总预矩；初预矩；二次矩

一、利用吻合束的概念快速布置预应力筋

预应力混凝土连续梁桥具有设计弯矩小、刚度大、挠度变形小的优点，但是其中预应力筋布置是它较简支梁的一个复杂之处。连续梁在预应力的作用下的变形是不自由的，它受到支座处的约束产生反力，这个反力会引起梁内弯矩，成为次弯矩。在梁的截面上由预加力引起的综合弯矩由主弯矩和次弯矩组成。在混凝土连续梁的设计中，次弯矩是一个不可忽视的因素，它对于结构两类极限状态设计都有重要的影响。

并非所有的超静定结构都产生次弯矩，当预应力钢束布置符合某些条件时，次弯矩为零，此时的预应力合力重心连线与预应力在混凝土结构中产生的混凝土各截面上压力中心的连线相重合，这时的预应力钢束称为吻合束。获得吻合束有两种基本方法：力法与荷载平衡法。吻合束并非最佳布束方式，合理的布束应该是能够得到一条理想的压力线，并且能够尽可能的充分发挥预应力钢束的最佳效果。因此，吻合束是简化结构分析的一个概念，在它的基础上对次弯矩等进行分析，次弯矩与预应力钢束对于梁重心轴线的偏心距是线性的关系。有效利用次弯矩的原则是使预应力次弯矩尽可能与其他荷载产生的结构内力相抵消，就是使预应力次弯矩与其他荷载产生的结构内力方向相反，且尽可能的提高预应力次弯矩的绝对值。具体位置的布束以及预应力钢束的面积也同样可以利用吻合束、次弯矩的概念、性质去考虑。次弯矩是预应力连续梁中一个不可忽视的设计因素，利用吻合束的概念、性质布置预应力筋可达到最佳、快速的设计效果。

二、长束为主、短束为辅

预应力混凝土箱梁通过纵向预应力钢柬提供构件各载面的预压应力，以保证各个截面的正截面强度。设计时通过对纵向预应力钢束的合理布置，以提供和提高箱梁的斜截面强度。纵向预应力设计是预应力混凝土连续梁桥的核心问题。

预应力混凝土连续梁的布跨方式与预应力钢束的布置方式也有很大的关系,合理的布束方式前提必须要求有合理的布跨方式。城市桥梁由于施工工期，施工条件和美观要桥，通常中小跨径连续梁按等跨布置。

对于一般中小跨径联长 100m左右的预应力混凝土连续梁,由于施工时大多采用支架施工,结构在施工中不出现体系转换的问题,不需要布置施工束,此类预应力混凝土连续梁布束时,‚长束为主、短束为辅‛的布束方法明显优于‚短束为主、长束为辅‛的布束方法。这种布束的方法是,首先根据连续梁弯矩包络图形状在梁体腹板内布足通长钢束,然后如果在正负弯矩较大处由于预应力不足而增加短钢束。

1、预应力损失

传统观念一般认为长束的预应力损失远大于短束,这是因为束形布置尚欠合理,在具体设计时完全可以通过合理的束形使得长束的损失接近于短束的损失。长钢束和短钢束预应力损失主要区别在于摩阻损失和变形回缩损失,其它损失两者相差不大。由于长束摩阻损失的不利性,变形回缩损失的有利性；而短束刚好相反,故该两项损失之和比较接近，一般中小跨径通长钢束的预应力总损失与短钢束相比并不很大。另外,预应力长束以摩阻损失为主,不同位置处相差较大,而短束在不同位置处的预应力损失则相差不大。因此在应力计算中,短束可近似认为每点处的永存预应力相同,但长束则不能同样处理。所以设计中在条件许可的情况下可采用变截面或在梁端加腋等措施，使预应力筋平直，减小摩擦损失。

2、总预矩

混凝土连续梁的预应力总预矩包括初预矩和二次矩。同样条件下,长束由于中跨跨中的预应力损失稍大于短束,除中跨跨中处的总预矩稍小于短束外,其他部位基本相同,且边跨的总预矩长束还略大于短束。无论是长束布置还是短束布置,边跨的总预矩远大于中跨的总预矩,基于总预矩这一特性,本文提出预应力混凝土连续梁的合理布跨方式应是等跨布置，这样既可以避免长束中跨跨中处的总预矩稍小于短束的缺点,又可以发挥长束边跨的总预矩大于短束的优点。

不同的跨径布置对预应力总预矩影响不大,但对恒载弯矩影响较大。等跨布置的恒载弯矩图与长束的总预矩图特性很相近,特别是弯矩包络图中边跨与中跨的正弯矩比值与总预矩图中边跨与中跨的负弯矩比值基本一致。因此采用等跨布置完全可以采用长束为主的布束方式,甚至可以避免布置短束。等跨布置的使用荷载弯矩图很好地体现了与长束的总预矩图的一致特性,避免了大量繁琐的短束,体现了预应力混凝土连续梁等跨布置与长束布置的合理性。

3、施工难易和梁体整体美观

预应力混凝土连续梁采用以‚长束为主、短束为辅‛的方法利于设计和施工。采用短束为主的设计方法,由于大量的支点负弯矩短束及箱梁内顶底板短束存在,势必造成施工难度大。采用长束为主的设计方法,通长束一般都在梁端和梁顶张拉,因此施工相对容易。

支点负弯矩处,由于短束较多,使得梁底的张拉槽口相应增加,后封的混凝土与先浇的梁体形成极大的色差,且直接面对桥下行人,大大影响桥梁外观的美观。如果采用合理的布跨和布束方式,完全可以避免这一不足。另外,连续梁是等跨布置,也使得桥下墩柱整齐排列,井然有序。

三、 工程实例

下面以哈尔滨市二十道街跨江桥南岸 D匝桥的设计，来进行比较说明。

1、工程概况

D5-D8、D8-D11均为3x31m连续梁，是D匝桥中的两联，桥面宽度9m，，设计采用预应力混凝土连续箱梁结构，主梁顶宽8.8m，底宽3m。主梁为全桥等高度箱梁，梁高2.0m。主梁两侧各悬臂2.4m，悬臂端部厚度20cm，悬臂根部厚度45cm。顶板全联等厚，厚度为25cm，底板跨中附近厚度为22cm，横隔梁边缘厚度40 cm，采用5m范围直线变化。腹板为斜腹板，跨中部分腹板厚度为40cm，根部厚60cm。横隔梁中支点厚度为2.0m，边支点厚度1.2m。施工方法为满堂支架施工。

2、计算方法

对主梁进行正常使用极限状态和承载能力极限状态计算，采用相同的技术标准和设计依据、设计计算参数。

3、计算结果

预应力束布置情况一：每个腹板配置两个通常束，一个短束，支点截面6根短束。

预应力束布置情况二：每个腹板配置三个通常束，一个短束，支点截面4根短束。

上述两种配筋均满足规范要求，但是所用钢筋量却有不同，第一种情况，钢筋用量为21.6吨，平均该桥每平米预应力钢束25.8公斤，锚具56套。第二种情况，钢筋用量为18.4吨，平均该桥每平米预应力钢束22公斤，.锚具40套。并且，第一种情况，顶、底板束较多，施工难度加大。

结果表明，在采用直线束布置的同时，有必要在靠近箱梁支点附近的节段内，在腹板内布置部分下弯束，但吨位不宜太大，并同时在边跨现浇段端部腹板内布置部分弯起束。由于这类预应力钢束通过腹板，使得预压应力容易均匀分布到全断面上，是克服剪应力最有效的合理的布束形式，可达到免费提供预剪力的效果。

四、结束语

理论来源于实践，又反过来能知道实践。对于中小跨径的连续梁的预应力束的布置，首要问题就是要结构断面选择合理，分跨也要合适；其次，利用吻合束的概念、性质布置预应力筋可达到快速的设计效果；最后，在中小跨径连续梁设计中，采用长束为主、短束为辅‛的布束方法，能够很快获得合理、经济的预应力束布置方案。

TU660

A

1674-3954（2011）02-0037-01