预应力连续钢构桥设计要点

　　【摘要】:随着公路及城市道路的不断发展，桥梁的设计理念及施工工艺也在不断的进步，预应力混凝土连续钢构桥梁逐渐的被广泛应用。下文对预应力混凝土连续刚构桥的设计以及结构特点、存在问题进行了探讨，从而为类似桥型的设计及施工提供参考。
　　【关键词】:预应力；连续钢构；桥梁设计；结构分析
　　前言
　　随着经济的持续发展、计算方法的进步、施工技术和建筑材料的不断更新,各种新型桥梁在不断的应用。预应力混凝土连续钢构相对于普通非钢构连续梁桥，有刚度好、抗震能力强、变形小、施工简单、经济性好等特点，近些年得到了广泛的应用。桥梁的跨径不断增加,桥墩的高度也不断增高,为了适应新的设计建设要求,悬臂施工法又应运而生,该方法能否顺利实施的关键在于体系的平衡。一些传统的桥梁大多为墩梁铰接,根本无法满足这一要求；或者是桥墩临时固结，但临时固结即增加成本有增加不安全施工因素。因而在墩高及跨度等条件合适时，就逐渐出现了将墩梁固结在一起,依靠本身的刚度来抵御不平衡弯矩的刚构桥。预应力混凝土连续刚构桥就是将连续粱与刚构相结合的产物,主要运用于大跨径、高桥墩的桥梁设计建设当中,其主要特点为:墩、梁、基础三者固结为一个整体共同受力；墩身的高度和形式均会对结构受力造成影响。这就在结合了刚构和连续梁优点的同时回避了它们的缺点,连续刚构桥也因此获得了非常广泛的应用。
　　1.连续刚结构桥的分孔比例问题
　　连续刚结构桥的边跨与中跨比首先取决于桥梁整体布置与周围环境的协调性,在满足这一条件的基础上再考虑方便施工和内力的合理分布。目前国内外已经建成的连续刚结构桥的边跨与主跨比大多在0.55～0.58之间,远远小于变截面连续粱桥的0.7～0.8。实践证明,采用这种比值可以在边跨悬臂端将导梁支撑于边墩上,避免了设置落地支架,从而在一定程度上降低了施工的难度，且节省了造价。
　　2.连续刚结构桥的合理截面问题
　　2.1截面的形式
　　连续刚结构桥大多采用箱型截面,如果箱顶宽小于22m,则可采用单箱单室或单箱双室；如果箱顶宽度更大,则可分为上下双行,从而形成双幅桥,每幅为一个单箱单室或单箱双室。
　　2.2主梁的高度
　　(1)连续刚结构桥箱梁根部的高跨比在大多数情况下处于l/15～l/20.6之间,通过对已经建成的桥梁的比较和分析,得出变截面梁墩顶处的梁高与最大跨径的关系为:h1=0.056lmax+0.26。其中的lmax指的是连续刚结构桥的最大跨径,单位为m。
　　(2)连续刚结构桥主梁跨中箱梁的高跨比大多为l/54～1/60,通过对已经建成桥梁的比较和分析,得出跨中梁高与最大跨径的关系为:h2=0.015lmax+0.94。其中的lmax指的是连续刚结构桥的最大跨径,单位为m。可以看出,随着跨中部位重量的减轻,设计人员可以选择更小的主梁跨中高度,进而减小高跨比,所以说主梁高跨比的减小是桥梁上部结构向轻质化发展的表现。
　　3.连续刚结构桥的的温度内力问题
　　连续刚结构桥固结在一起的墩梁实际上是一种超静定结构,为了防止其温度内力超过额定值,在设计时必须采取以下结构和措施。
　　3.1限制总长
　　随着大伸缩装置的利用和设计水平的提升,连续刚结构的长度不断增加,就我国已经建成的桥梁来看,最长的连续刚结构桥的总长已经达到了1.06km,虽然桥梁长度的增加是社会发展的必然结果,但是为了避免温度内力过大,在设计时必须要对总长度进行限制。
　　3.2减小桥墩的抗推刚度
　　有关研究表明,刚结构桥的温度内力会随着桥墩的抗推刚度的减小而降低。虽然现阶段的连续刚结构桥大多应用于高墩的场合,但如果将其桩基设计成为柔性,同样可以有效降低其抗推刚度。
　　3.3限制合拢温度
　　由于连续刚结构桥采用的是悬臂浇筑施工,因此需要在完成最后一个粱段的浇筑后进行主梁的合拢。如果合拢温度选择不够合理,那么就会因为温差而产生一定的位移,进而影响桥梁的稳定性。因此在设计中必须准确、严格的对合拢温度进行限制。
　　4.连续刚结构桥的结构分析问题
　　4.1纵向计算
　　连续刚结构桥的计算荷载主要包括施工荷载、混凝土的收缩徐变、预应力的作用、整体和局部温变、风力、支座摩阻力、汽车制动力、支座强迫位移以及活载,另外还要注意对各粱段的内力、应力和挠度、强度、剪力等进行计算和验算。通过结构优化，使桥梁设计达到经济、合理的水平。
　　4.2横向内力计算
　　对于箱梁横向内力的计算一般采用弹性支承平面框架进行,对于汽车的荷载则要先计算其纵向荷载的影响宽度,在将其换算成集中荷载,在计算过程中,还要充分考虑到预应力和温度的影响。对于悬臂翼板较长的桥梁，应考虑设置横向预应力钢筋，并进行横向预应力验算。
　　4.3桥墩对主体结构的影响
　　连续刚结构桥的墩梁是固结在一起的整体,因此极易受到收缩徐变、汽车荷载和温度变化的影响。另外,高墩的连续刚结构桥一般处于峡谷地带及较宽的河面上，由于该地带经常风力强劲,因此高墩必须在满足稳定性要求的同时抵抗强大的风荷载,所以在设计时应注意以下方面:
　　(1)要保证具有一定的纵向抗推刚度,从而抵御来自混凝土收缩徐变、温度所带来的影响。
　　(2)要使墩柱具有较大的横桥向刚度,从而减小因风荷载而产生的侧向位移,以增强行车的舒适性。
　　(3)最大限度的减小墩柱的横向迎风面积,并注意减小其风载体形系数,改善气动外形。
　　(4)由于高墩的施工一般采用爬模或滑膜的方式,因此在设计时应尽量保证外形的简洁性,以降低施工的难度，从而提高施工的精度、减少误差。
　　(5)由于高墩连续刚结构桥的体形一般都比较大,因此具有一定的景观效果,在设计过程中特别是靠近城市的桥梁，景观效果要求比较高，需适当考虑桥梁的景观效果。
　　4.4竖向预应力的设计要求
　　在连续刚结构桥的设计中,由于箱室宽度较大，为提高预应力混凝土箱梁的抗剪及斜截面抗拉能力，一般在箱梁的腹板内设置竖向预应力筋,以便防止因主拉应力过大而造成腹板开裂。钢筋的应尽量选择精轧螺纹钢筋,它的优异性能可以在极限状态下承受一部分竖向力。需要注意的是,如果设计中的竖向预应筋过短,就很容易损失掉大部分的预应力。
　　5.结语
　　目前，预应力混凝土连续刚结构桥逐渐被广泛应用。虽然预应力混凝土连续钢构桥梁在设计中需要考虑的因素较多,但是由于它具有一定的优点，仍然具有很大的发展潜力。此外，钢构桥梁不仅限于本文所描述结构形式，还有多种其他构造形式，可根具体据情况合理选择，本文就不详细描述。就现在的实际情况来看,世界各国在连续刚结构桥建设技术上的差距并不明显,故我国的设计人员更应抓住机遇、深入研究、积极探索,从而使我国在此类桥梁的建设以及设计上做出大的突破。
　　参考文献
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