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[摘 要]目前我国高速公路上预应力混凝土梁桥占有较大比重，连续梁桥与其它桥型相比具有很强的经济性，常成为最佳桥型方案。是工程上广泛使用的一种桥型。本文通过预应力混凝土连续梁桥的特点，分析了设计中应注意的问题，希望对同类桥梁工程能起到一定作用。
[关键词]预应力混凝土 连续梁桥 设计
中图分类号：TN65.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-252-01
一、预应力混凝土连续梁桥的特点
预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。加上这种桥型的设计施工均较成熟，施工质量和施工工期能得到控制，成桥后养护工作量小。众所周知，普通混凝土框结构由于跨度小、柱网密，无法满足多种功能的需要，而预应力可以有效解决以上问题。预应力混凝土能充分发挥材料的效能，在相同条件下，它比普通钢筋混凝土构件截面小，重量轻、刚度大，抗裂性和耐久性好，能有效地控制结构的挠度（甚至无挠度），节约钢材40%～50%，节约混凝土20%～40%，特别在大跨度结构中更为经济。预应力混凝土连续梁的适用范围一般在150m以内，上述种种因素使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。目前，我国已建成许多有代表性的大跨径公路和城市预应力混凝土连续梁桥。
二、预应力混凝土连续梁桥设计资料准备
2.1 技术标准。（1）标准跨径：23+35+23m；（2）桥面宽度：净7+2×0.5m，共8m；（3）桥梁横坡：1.5%；（4）设计荷载：公路-Ⅱ级；两侧栏杆重量分别为6kN/m。
2.2 材料及特性。（1）材料及特性。①混凝土：C50混凝土。立柱、盖梁及桥头搭板采用C30混凝土，基桩采用C25混凝土。桥面铺装层采用10cm厚C50混凝土。②钢绞线：采用符合GB/T 5224-1995技术标准的1860级高强低松弛15.20钢绞线，抗拉强度标准值，弹性模量。③普通钢筋：采用符合新规范的R235，HRB335钢筋。凡钢筋直径≥12毫米者，采用HRB335（20MnSi）热轧螺纹钢；凡钢筋直径<12毫米者，采用R235钢。④钢板应符合GB700-88规定的Q235钢板。⑤材料容重：钢筋混凝土γ=26kN/m3，钢板容重γ=78.5kN/m3。以上各种材料特性参数值参见《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）。（2）锚具：YM15-7，YM15-9
2.3 施工工艺。上部结构采用整体现浇施工，预应力采用后张法施工，利用满堂支架，泵送现浇混凝土施工，预留预应力钢丝孔道，由Φ=90mm和90×19mm的预埋波纹管形成。施工工序：（1）施工临时支座并固结，进行主梁的布置，整体对称平衡浇筑混凝土；（2）进行桥面铺装，包括桥面板的铺装和防撞护栏的设置；（3）拟定十年的收缩徐变的影响。
2.4 设计依据。（1）《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）；（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）；
三、预应力混凝土连续梁桥的设计
3.1 预应力混凝土连续梁桥设计的步骤。（1）进行结构布置，选取恰当的力学模型。（2）根据工程的具体情况，选择合适的桥梁高跨比，初步选定构件的截面尺寸，并进行内力与组合效应的计算。（3）主要根据杆件的弯矩分布图形确定预应力筋的索形，并按经验用预应力度法或平衡荷载法初步估算出所需要的预应力筋根数。（4）进行预应力损失和次应力的计算，验算预应力和挠度控制限值以及正常使用阶段的结构性能。（5）按计算的各项控制结果，选择需要变动的参数进行修改，再重新计算。（6）根据选定的预应力筋方案计算预应力筋的极限应力，按承载能力要求补充普通钢筋用量，按预应力筋的实际方案及普通钢筋的实际配筋直径与根数，计算允许开裂的控制截面的裂缝宽度及构件的挠度。
3.2 预应力混凝土连续梁桥具体设计分析。（1）跨径布置及结构尺寸的拟定。当桥梁的设计方案选定后。首先应进行桥梁的总体布置和确定结构的构造尺寸，预应力混凝土连续梁的布宣和构造，应考虑桥梁的技术经济指标、跨越性质和水文、地质条件以及施工方法。其中不论是等截面还是变截面连续梁（刚构），合理的主、边跨比、跨径与梁高的比例非常重要。若选用不当，将会导致箱梁混凝土开裂或边跨、边墩受力不合理。在具体设计时先根据通航或通行净空，结合地形、地物等控制因素定出主跨跨径，然后结合桥梁所采用施工方法来选定边跨跨径，再通过细部尺寸拟定来调整主、边跨的刚度来调整主梁各截面的内力，直至满足设计规范要求。在连续梁桥细部尺寸拟定时，应作一定的计算及分析，对箱梁各部分尺寸进行详细优化。在主、邊跨不变的情况下，结合所采用的施工方法，考虑不同梁高、不同箱梁顶底板、腹板厚度；对于连续刚构桥还须根据地质资料对桩基础进行等效模拟，考虑不同的双壁墩间距、不同的截面（空心薄壁型、实心哑铃型）类型，进行多种组合的分析计算，经过反复多次的调整与综合考虑，最后确定较为理想的主、边跨梁高与结构细部尺寸。接着应对结构施工阶段的梁段划分、施工可靠度进行了深人的分析验算，梁段划分时尽量使所划分的梁段数量较少、相邻两梁段重量相差较小，以方便施工，缩短施工周期。（2）预应力钢束布设。在连续梁桥（刚构桥）设计中纵向预应力索的布置宜多采用通长束，减少在跨中和支点布置的短束。对于逐孔施工的连续梁桥，通长束锚固在相临孔约0.2 L处，锚固后用连接器接长，在一个施工缝处不宜锚固所有钢束。最好有一半左右的连续束在下一个施工缝处锚固。每束不宜采用较大的张拉吨位，以使主粱截面的受力较为均匀；对于用支架现浇的连续梁，纵向预应力钢束一般需作齿板进行锚固，齿板应分散布置，不宜集中。在一个齿板上锚固吨位较大的钢束应不多于两束，齿板最好布置在混凝土受压部位，以防局部应力集中产生裂缝；对于跨径较大的连续梁与连续刚构桥，通常采用悬臂施工，在一些桥梁的设计中，纵向预应力索常采取直线索，用张拉普通精轧螺纹钢筋来克服结构的剪应力，但近年来的实践证明，单纯用竖向预应力钢筋来克服剪应力的做法值得商榷。最直接、最有效的办法还是在连续梁主梁支点左右一定范围内布置下弯索。在其端部将纵向预应力钢束弯起，以抵抗剪应力的作用。这一点已经重新得到桥梁工程界的普遍认可。（3）温度问题。根据以往工作经验，笔者认为在设计桥梁时应重视温度应力的影响作用。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ023—85）》中只规定了T形截面连续梁由于日照温差所引起的内力计算（即混凝土连续梁由于日照引起的桥面与其它部分的温度差而产生的内力，在缺乏实测资料时，可假定温度差+5℃（桥面板上升5℃），并在桥面板内均匀分布），对箱型截面连续梁的温度应力及温度梯度的取值未作规定与说明，故在桥梁进行温度力分析计算时若参考JTJ023—85桥规取值，可能导致计算结果偏于不安全，不能反应桥梁实际所受的温度内力。我国桥梁新规范JTGD62—2004及JTGD60—2004 对桥梁结构由于梯度温度引起的效应给出了竖向温度梯度曲线。对于同一桥梁结构，采用不同的温度梯度模式得到的梁内温度应力值相差很大。因此，为保证桥梁结构抗裂性，合理的温度梯度模式。对桥梁设计验算准确性极为重要。
四、结语
为了进一步适应高速发展的经济趋势，有效的缓解交通问题所给人们的生产以及生活带来的诸多不便，公路桥梁方面有效的使用预应力混凝土结构将成为当前一个大的发展趋势。预应力连续梁桥的设计是一项复杂而细致的工作，在设计理论、设计规范、预应力材料和施工技术上要不断完善、不断发展、勇于创新，使桥梁工程能够高质量完成。
[关键词]预应力混凝土 连续梁桥 设计
中图分类号：TN65.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-252-01
一、预应力混凝土连续梁桥的特点
预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。加上这种桥型的设计施工均较成熟，施工质量和施工工期能得到控制，成桥后养护工作量小。众所周知，普通混凝土框结构由于跨度小、柱网密，无法满足多种功能的需要，而预应力可以有效解决以上问题。预应力混凝土能充分发挥材料的效能，在相同条件下，它比普通钢筋混凝土构件截面小，重量轻、刚度大，抗裂性和耐久性好，能有效地控制结构的挠度（甚至无挠度），节约钢材40%～50%，节约混凝土20%～40%，特别在大跨度结构中更为经济。预应力混凝土连续梁的适用范围一般在150m以内，上述种种因素使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。目前，我国已建成许多有代表性的大跨径公路和城市预应力混凝土连续梁桥。
二、预应力混凝土连续梁桥设计资料准备
2.1 技术标准。（1）标准跨径：23+35+23m；（2）桥面宽度：净7+2×0.5m，共8m；（3）桥梁横坡：1.5%；（4）设计荷载：公路-Ⅱ级；两侧栏杆重量分别为6kN/m。
2.2 材料及特性。（1）材料及特性。①混凝土：C50混凝土。立柱、盖梁及桥头搭板采用C30混凝土，基桩采用C25混凝土。桥面铺装层采用10cm厚C50混凝土。②钢绞线：采用符合GB/T 5224-1995技术标准的1860级高强低松弛15.20钢绞线，抗拉强度标准值，弹性模量。③普通钢筋：采用符合新规范的R235，HRB335钢筋。凡钢筋直径≥12毫米者，采用HRB335（20MnSi）热轧螺纹钢；凡钢筋直径<12毫米者，采用R235钢。④钢板应符合GB700-88规定的Q235钢板。⑤材料容重：钢筋混凝土γ=26kN/m3，钢板容重γ=78.5kN/m3。以上各种材料特性参数值参见《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）。（2）锚具：YM15-7，YM15-9
2.3 施工工艺。上部结构采用整体现浇施工，预应力采用后张法施工，利用满堂支架，泵送现浇混凝土施工，预留预应力钢丝孔道，由Φ=90mm和90×19mm的预埋波纹管形成。施工工序：（1）施工临时支座并固结，进行主梁的布置，整体对称平衡浇筑混凝土；（2）进行桥面铺装，包括桥面板的铺装和防撞护栏的设置；（3）拟定十年的收缩徐变的影响。
2.4 设计依据。（1）《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）；（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）；
三、预应力混凝土连续梁桥的设计
3.1 预应力混凝土连续梁桥设计的步骤。（1）进行结构布置，选取恰当的力学模型。（2）根据工程的具体情况，选择合适的桥梁高跨比，初步选定构件的截面尺寸，并进行内力与组合效应的计算。（3）主要根据杆件的弯矩分布图形确定预应力筋的索形，并按经验用预应力度法或平衡荷载法初步估算出所需要的预应力筋根数。（4）进行预应力损失和次应力的计算，验算预应力和挠度控制限值以及正常使用阶段的结构性能。（5）按计算的各项控制结果，选择需要变动的参数进行修改，再重新计算。（6）根据选定的预应力筋方案计算预应力筋的极限应力，按承载能力要求补充普通钢筋用量，按预应力筋的实际方案及普通钢筋的实际配筋直径与根数，计算允许开裂的控制截面的裂缝宽度及构件的挠度。
3.2 预应力混凝土连续梁桥具体设计分析。（1）跨径布置及结构尺寸的拟定。当桥梁的设计方案选定后。首先应进行桥梁的总体布置和确定结构的构造尺寸，预应力混凝土连续梁的布宣和构造，应考虑桥梁的技术经济指标、跨越性质和水文、地质条件以及施工方法。其中不论是等截面还是变截面连续梁（刚构），合理的主、边跨比、跨径与梁高的比例非常重要。若选用不当，将会导致箱梁混凝土开裂或边跨、边墩受力不合理。在具体设计时先根据通航或通行净空，结合地形、地物等控制因素定出主跨跨径，然后结合桥梁所采用施工方法来选定边跨跨径，再通过细部尺寸拟定来调整主、边跨的刚度来调整主梁各截面的内力，直至满足设计规范要求。在连续梁桥细部尺寸拟定时，应作一定的计算及分析，对箱梁各部分尺寸进行详细优化。在主、邊跨不变的情况下，结合所采用的施工方法，考虑不同梁高、不同箱梁顶底板、腹板厚度；对于连续刚构桥还须根据地质资料对桩基础进行等效模拟，考虑不同的双壁墩间距、不同的截面（空心薄壁型、实心哑铃型）类型，进行多种组合的分析计算，经过反复多次的调整与综合考虑，最后确定较为理想的主、边跨梁高与结构细部尺寸。接着应对结构施工阶段的梁段划分、施工可靠度进行了深人的分析验算，梁段划分时尽量使所划分的梁段数量较少、相邻两梁段重量相差较小，以方便施工，缩短施工周期。（2）预应力钢束布设。在连续梁桥（刚构桥）设计中纵向预应力索的布置宜多采用通长束，减少在跨中和支点布置的短束。对于逐孔施工的连续梁桥，通长束锚固在相临孔约0.2 L处，锚固后用连接器接长，在一个施工缝处不宜锚固所有钢束。最好有一半左右的连续束在下一个施工缝处锚固。每束不宜采用较大的张拉吨位，以使主粱截面的受力较为均匀；对于用支架现浇的连续梁，纵向预应力钢束一般需作齿板进行锚固，齿板应分散布置，不宜集中。在一个齿板上锚固吨位较大的钢束应不多于两束，齿板最好布置在混凝土受压部位，以防局部应力集中产生裂缝；对于跨径较大的连续梁与连续刚构桥，通常采用悬臂施工，在一些桥梁的设计中，纵向预应力索常采取直线索，用张拉普通精轧螺纹钢筋来克服结构的剪应力，但近年来的实践证明，单纯用竖向预应力钢筋来克服剪应力的做法值得商榷。最直接、最有效的办法还是在连续梁主梁支点左右一定范围内布置下弯索。在其端部将纵向预应力钢束弯起，以抵抗剪应力的作用。这一点已经重新得到桥梁工程界的普遍认可。（3）温度问题。根据以往工作经验，笔者认为在设计桥梁时应重视温度应力的影响作用。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ023—85）》中只规定了T形截面连续梁由于日照温差所引起的内力计算（即混凝土连续梁由于日照引起的桥面与其它部分的温度差而产生的内力，在缺乏实测资料时，可假定温度差+5℃（桥面板上升5℃），并在桥面板内均匀分布），对箱型截面连续梁的温度应力及温度梯度的取值未作规定与说明，故在桥梁进行温度力分析计算时若参考JTJ023—85桥规取值，可能导致计算结果偏于不安全，不能反应桥梁实际所受的温度内力。我国桥梁新规范JTGD62—2004及JTGD60—2004 对桥梁结构由于梯度温度引起的效应给出了竖向温度梯度曲线。对于同一桥梁结构，采用不同的温度梯度模式得到的梁内温度应力值相差很大。因此，为保证桥梁结构抗裂性，合理的温度梯度模式。对桥梁设计验算准确性极为重要。
四、结语
为了进一步适应高速发展的经济趋势，有效的缓解交通问题所给人们的生产以及生活带来的诸多不便，公路桥梁方面有效的使用预应力混凝土结构将成为当前一个大的发展趋势。预应力连续梁桥的设计是一项复杂而细致的工作，在设计理论、设计规范、预应力材料和施工技术上要不断完善、不断发展、勇于创新，使桥梁工程能够高质量完成。