预应力混凝土连续箱梁桥梁结构设计研究

张结合

摘 要：在社会经济高速发展的今天，我国桥梁工程建设取得了突飞猛进的发展，然而随着交通事业的发展和桥梁使用要求的提高，结构设计越来越复杂，桥梁结构设计任务十分繁重。预应力混凝土连续箱梁桥梁结构在施工性能和经济效益方面具有明显优势，不仅能够使结构的抗弯和抗剪承载力大幅提高，而且具有较好的抗震性和整体性，应用前景广阔。本文结合某预应力混凝土连续箱梁桥梁的工程实例，围绕该桥的设计和构造特点，重点分析了桥梁上部结构计算和上下部结构构造设计，以期能为有关方面的需要提供借鉴和参考。

关键词：预应力混凝土；连续箱梁桥梁；结构设计

中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）09-0072-02

在桥梁工程中，预应力砼连续箱梁因其特有优势被建筑单位广泛应用，其具有较好的结构刚度、美观的结构外形、简单的养护方式以及较低的施工成本等特点，已成为45-55m跨度桥梁中最主要的桥型之一。通过长期实践能够看出，双向4车道的高等级公路桥面宽度一般为12m左右，预应力箱梁通常采用两种结构，一种是单箱双室箱梁结构，另一种是单箱单室结构。箱梁预应力钢筋的配置方式通常分为三种，一是竖向，二是横向，三是纵向。本文通过某公路主线桥梁设计，浅谈预应力混凝土连续箱梁桥梁结构设计及体会。

1 工程概况

某公路工程中，设计桥梁总长度为170m，设计载荷为1级，设计车道为4车道，桥面全宽24m，分离式梁桥，每桥12m，人行道设计为1.5m，机动车道为2*3.75m，非机动车道为3m，设计时速为每小时100千米，按照7度烈度进行地震设防，桥面纵坡为2.0%，横坡为1.5%，桥梁不存在平曲线和竖曲线。

2 结构设计

2.1 施工材料

在施工以前，需要对施工原材料进行严格把关，以保证工程整体质量。桥梁施工中使用C50混凝土，桥面的铺装层下部选用10cm厚C50防水混凝土，中面层选用6cmAC-20I中粒式沥青混凝土，上面层选用4cmAK-13A型沥青混凝土抗滑表层。連续梁使用C50混凝土，桥墩、承台使用C30混凝土，桩基、搭板使用C25混凝土。箱梁纵向预应力束使用高强度低松弛预应力钢绞线，标准强度为1860MPa。预应力管道全部使用镀锌金属波纹管，支座采用盆式橡胶支座。

2.2 桥型结构构造

（1）布置结构跨经。地质、地形等多种因素都会制约桥梁跨孔的布置。要最大程度的确保施工便捷，受力合理，跨孔配置协调一致。通常来说，相同的跨径可应用于等高度小跨径连续梁中，此次施工采用30m+30m+30m的跨径。（2）梁高。跨中截面梁高的高跨比一般为1/30-1/50，对变高度连续梁一般为1/14-1/18；本桥为30m的跨度，跨中截面梁高为1m，支点截面梁高为2.2m。（3）横截面形式。箱形截面因其众多优势被广泛应用与城市桥梁和公路桥梁上部结构中，其不仅具有较好的桥下视觉效果、较大的跨越能力、较强的扭矩性能和便捷的架设方式，而且能够节省材料、明确受力点。因此，此次施工采用单箱双室箱形截面。（4）箱梁横断面细部构造。一是顶板，箱梁的顶板需要与预应力钢筋布置和横向抗弯的需求相符合，通常腹板间距在大于3.5m且小于7m的范围内，顶板厚度控制在0.18-0.3m之间；二是底板，箱梁底板通常需要与预应力钢筋布置需求相符合，一般变高度连续梁底板控制在0.25-0.3m的厚度，对于横梁附近位置通过加厚过渡进行处理；三是腹板厚度，腹板厚度不仅需要满足受力需求，而且还要达到预应力钢筋构造的连接和锚固的要求，一般腹板厚度控制在大于0.4且小于0.8m的范围内，加厚过渡处理变高度连续梁中靠近横梁的位置，箱梁一般采用直腹板；四是悬臂板，在桥面板弯矩调节过程中，腹板间距和悬臂板长度调节是主要手段，悬臂板长度一般为2.0m，悬臂端部厚度通常控制在0.16-0.20m范围内，悬臂根部厚度一般控制在大于0.4m且小于0.6m范围内；五是承托，在顶补板与腹板连接的位置需要布置承托，承托分为横承托和竖承托两种形式。横承托有利于顶底板受力，竖承托有利于腹板受力。通常需要将竖承托设置在受抗剪、主拉应力控制的位置（图1）。

2.3 上部结构设计

（1）梁的有效宽度计算。在梁承受弯矩过程中，受剪力滞效应影响，T型梁和箱型梁的顶底板所受拉压应力随着离腹板距离的变远导致受力不断变小，并非全梁受力。现如今，有很多方法进行桥梁剪力滞计算，其中包括差分法、线条法以及比拟杆法，不过现如今等效宽度法应用比较广泛。（2）主梁内力计算。在计算恒载内力时，以纵向取1m的板条为基准，一期恒载内力的主梁支座截面的恒载集度为，主梁跨中截面的恒载集度为。二期恒载桥面铺装、栏杆的内力计算包括沥青混凝土找平及抗滑层 ，钢筋混凝土面层为，钢筋砼防撞栏为。（3）预应力筋的安装和绑扎。通过对吊装和吊具、绑扎质量以及内模整体安装进行综合考虑，将全部钢筋分成两部分，一部分为顶板钢筋，另一部分为底腹板钢筋，在胎架上绑扎底腹板钢筋，在完全绑扎好底腹板以后再安装顶板钢筋，随后进行顶板钢筋的绑扎。钢筋需要在加工厂制作成半成品，现场焊接、绑扎在梁体底座，使其成型。根据放样结果进行卡具的安装绑扎，在绑扎卡具上先进行腹板外侧水平钢筋的安装，随后进行腹板箍筋的安装，并绑扎水平筋，先将腹板外侧水平钢筋安装在绑扎卡具上，随后将安放腹板箍筋和水平筋进行绑扎。将底板箍筋摆放在绑扎卡具上，对应绑扎底板箍筋与腹板箍筋，随后将水平筋与底板主筋进行穿梭绑扎。

2.4 下部结构设计

桥梁下部结构的设计必须符合以下原则：具有较低的成本造价、较少的维修养护、较短的施工工期、较好的外观造型以及安全耐久性强等。尤其是在对互通立交跨线桥进行施工时，必须合理设计施工方案，在确保安全稳定的前提下，对上下部结构进行合理协调，同时保证其经济性和美观性。在桥梁设计中，墩台极为重要，且对桥梁上部结构起到支撑作用，能将压力传递给地基部分。所以，土质构造、水文地理、河床断面和冰冻情况、结构受力情况等都直接影响着桥梁墩台及其基础的设计。根据总体设计要求，并与上部结构相协调，双柱式墩为本桥桥梁的施工方式，应将墩柱直径控制在1.4m左右，控制横向柱间距在6.80m左右，将盆式橡胶支座设置在每一个墩柱顶面；在进行桥墩基础施工时，通常使用桩柱连接的钻孔灌注桩基础，将桩径控制在1.6m左右，桩长控制在大于32m且小于36m范围内。在设置墩顶时，考虑到横向稳定性，需要进行横系梁的设置，将横系梁设置在墩顶位置，宽度控制在1.0m左右，高度控制在1.20m左右。

3 结语

综上所述，现如今，随着科技技术的不断进步，预应力混凝土连续箱梁桥梁结构设计如今越来越合理，且其工艺简便、易于推广，能够有效提升施工质量，促进施工进度，并且经济效益显著。在进行桥梁施工以前，需要全面验算支架的强度、变形量和稳定性，防止在施工中出现问题。同时进行支架预压工作，对支架变形情况进行严格控制，在浇筑过程中一定要加强观测和监控支架模板稳定及对称。在预应力连续箱梁施工过程中，相关施工人员需改进落后的施工工艺，并消除前期施工中出现的一系列施工问题，从而提高箱梁施工质量，提升桥梁工程的施工水平。