預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

摘 要：近些年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)得到的大力的發(fā)展，我國(guó)的橋梁、隧道、公路、鐵路工程項(xiàng)目都得到的快速發(fā)展，這些行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也是日趨激烈。面對(duì)著日益嚴(yán)酷的競(jìng)爭(zhēng)，設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，大多數(shù)都采用預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本文便詳細(xì)的介紹預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，并施土縫處鋼束的處理方式、梁端張拉的處理方式等問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究。

　　關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；箱梁結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　中圖分類號(hào)：U412.31+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

　　1 預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理

　　預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理就是在鋼梁的受拉側(cè)位置上進(jìn)一步的配置具有較高強(qiáng)度的鋼索，這樣對(duì)比于一般的組合梁的受力情況，這種鋼梁的預(yù)應(yīng)力便更大了，同時(shí)鋼梁對(duì)外荷載所產(chǎn)生的撓度與彎矩會(huì)有一定的相互抵消，這樣便是相對(duì)的提高了鋼梁的抗荷載能力，也大大降低了鋼梁在外荷載的作用下所。

　　2　預(yù)應(yīng)力箱梁的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

　　2.1　箱梁腹板及厚度

　　一般情況下，箱梁鋼束及腹板內(nèi)各鋼筋的構(gòu)造決定了箱梁腹板的厚度，同時(shí)箱梁的腹板的支點(diǎn)附近還應(yīng)滿足箱梁截面抗剪的強(qiáng)度要求，箱梁的厚度一般采取漸變的處理方式，箱梁支點(diǎn)段厚度為60cm，跨中段腹板厚度為45cm左右。

　　2.2　箱梁頂?shù)装寮昂穸?/p>

　　箱梁箱室的寬度決定了頂?shù)装宓暮穸龋�通常情況下，箱梁頂?shù)装宓暮穸缺仨毚笥?0cm。當(dāng)箱梁為變高連續(xù)箱梁時(shí)，箱梁的頂板及底板均為24cm等厚，支點(diǎn)處厚度漸變?yōu)?8cm；當(dāng)箱梁為等高箱梁時(shí)，頂板及底板均為等厚22cm，則箱室變寬處厚度為24cm。另外在確定箱梁頂?shù)装搴穸葧r(shí)，還用注意滿足箱梁內(nèi)部的普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋的保護(hù)層的保護(hù)要求。

　　2.3　箱梁懸臂及其長(zhǎng)度

　　一般情況下，箱室數(shù)及橋?qū)挍Q定了箱梁懸臂的長(zhǎng)度，箱梁懸臂的長(zhǎng)度通常都小于3cm。

　　2.4　箱梁的跨徑布置與橫斷面

　　箱梁的跨徑布置方式一般有不等跨布置和等跨布置兩種處理方式。通常情況下，等截面的連續(xù)箱梁的高跨比為1比15到1比20，邊中跨比為1比15到1比25。而變截面箱梁的支點(diǎn)截面處的高跨比一般為1到15和1到25，跨中截面處的高跨比為1比25到1比40，同時(shí)在對(duì)變截面箱梁箱底進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用二次變化拋物線的形式，這種形式不但滿足了受力的要求，也使整個(gè)箱梁梁體更加美觀及勻稱。

　　箱梁主要有四種截面形式，分別為單箱單室、多箱單室、單箱多室和多箱多室。實(shí)際工程中，橋?qū)捫∮?3cm的采用單箱單室，13到17cm的采用單箱雙室，17到21cm的為單箱三室，大于21cm的為單箱四室。進(jìn)行箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，注意箱梁與底板和頂板的連接處設(shè)置圓弧角并且箱梁邊腹板使用斜腹板。

　　3 箱梁的鋼束的配束方式

　　不同的箱梁的施工方法對(duì)鋼束的配束方式有著至關(guān)重要的影響，另外，不同的橋梁結(jié)構(gòu)體系、不同的結(jié)構(gòu)形式甚至是不同的受力情況都會(huì)影響預(yù)應(yīng)力箱梁的配束方式。

　　3.1 施工方法的確定

　　中小跨徑的預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁由于其配束形式比較簡(jiǎn)單并且不存在質(zhì)量轉(zhuǎn)換，因此采用滿堂支架整體現(xiàn)澆的施工方法進(jìn)行施工。為了避免由于張拉過(guò)大的鋼束而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力的過(guò)度損失，施工箱梁的聯(lián)長(zhǎng)應(yīng)在150米以內(nèi)。如果聯(lián)長(zhǎng)超過(guò)了150米，則應(yīng)該分階段施工，分階段張拉并且使鋼束設(shè)置連接器，施工縫的位置大約設(shè)置在4分之一的聯(lián)長(zhǎng)處。在實(shí)際的施工過(guò)程中，大部分都采用一次性的滿堂支架整體現(xiàn)澆，只有5跨一聯(lián)和4跨一聯(lián)分兩個(gè)階段進(jìn)行施工。

　　施工時(shí)，應(yīng)盡量在靠近腹板的位置配置鋼束，為了提高鋼束的利用率，仍然不夠是可以腹板的倒角處進(jìn)行布置。采用通常鋼束并且減少短束，這樣可以有效的減少齒輪數(shù)量及張拉次數(shù)。鋼束的布置形式應(yīng)考慮施工順序及施工縫并且應(yīng)根據(jù)鋼束的張拉空間及錨固進(jìn)行布置。

　　3.2 箱梁鋼束張拉端的處理方式

　　在工期安排比較緊張的情況下，張拉端主要有以下三種處理方式：

　　3.2.1 在端橫梁處開槽口會(huì)對(duì)橫梁的受力產(chǎn)生負(fù)面影響。

　　3.2.2 鋼束通常在腹板彎起時(shí)并直接在腹板頂部進(jìn)行錨固。最小的錨固尺寸是錨固面根據(jù)鋼束大小所決定的，如果同一排鋼束同時(shí)彎起就會(huì)整個(gè)截面受力產(chǎn)生極為不利的影響。如果分開彎起，則彎起段就會(huì)很長(zhǎng)，若對(duì)腹板開口就必須切斷腹板的箍筋膜，對(duì)受力也是不利的。

　　3.2.3 腹板鋼束必須在腹板的范圍內(nèi)平彎直至張拉完成。所以實(shí)際狀況中采用第二和第三種相結(jié)合的辦法對(duì)鋼束張拉端進(jìn)行處理。當(dāng)工期不緊的時(shí)候，采用正常的張拉端處理方式并有效的安排澆筑順序，確保對(duì)結(jié)構(gòu)的受力影響最小就可以了。

　　3.3 箱梁鋼束施工縫的處理方式

　　采用滿堂支架施工時(shí)，為了避免預(yù)應(yīng)力的過(guò)度損失，張拉鋼束的長(zhǎng)度不要過(guò)長(zhǎng)，所以在施工縫處應(yīng)合理而有效的處理鋼束的布置形式。在實(shí)際對(duì)箱梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般有對(duì)施工縫的處理有兩種處理方式：一是鋼束在腹板處直接進(jìn)行平彎操作，并且跟梁端的張拉方式一樣進(jìn)行錨固。注意在需要施工縫處按要求對(duì)腹板進(jìn)行加厚處理。二是鋼束在腹板處進(jìn)行平彎以及豎彎，在平彎和豎彎操作時(shí)注意梁高及鋼束的大小，不宜過(guò)大。當(dāng)進(jìn)行平彎以及豎彎時(shí)，腹板的錨固面上會(huì)呈現(xiàn)豎排排列的形式，這樣會(huì)多出鋼束，多出的鋼束需要在腹板底板位置處進(jìn)行張來(lái)，注意施工縫需要局部加厚。對(duì)比這兩方法，第一種相對(duì)簡(jiǎn)單，第二種由于需要平彎以及豎彎的操作，不宜進(jìn)行操作，所以從是否容易操作的角度來(lái)講，建議選擇第一種處理方式。

　　3.4 預(yù)應(yīng)力箱梁配束計(jì)算時(shí)需要考慮的問(wèn)題

　　3.4.1 箱梁的內(nèi)力分析一般有空間分析以及平面桿系兩種分析方法。半徑較小的橋梁一般選用空間分析的方法進(jìn)行內(nèi)力分析；而半徑較大或者是直線的橋梁采用平面桿系的方法進(jìn)行內(nèi)力分析。鑒于整個(gè)工程的計(jì)算量大并且類型也較多，為了使調(diào)束更方便，建模更迅速，通常選用Midas或是橋梁博士等軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。

　　3.4.2 預(yù)應(yīng)力箱梁構(gòu)件設(shè)計(jì)有兩種設(shè)計(jì)方法：部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件設(shè)計(jì)以及全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)。由于新出臺(tái)的新橋規(guī)對(duì)橋梁的耐久性能要求更高，對(duì)截面應(yīng)力的控制要求也更高，因此現(xiàn)階段的大部分工程均采用全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算。

　　3.4.3 結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計(jì)算包括兩部分：可變荷載內(nèi)力計(jì)算以及永久荷載內(nèi)力計(jì)算。可變荷載內(nèi)力通常受溫度梯度、人群荷載以及汽車荷載等外力影響。而永久荷載內(nèi)力則主要受橋梁自重、收縮徐變、橋面系自重等客觀條件所影響。

　　通過(guò)以上論述，對(duì)預(yù)應(yīng)力箱梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，并對(duì)預(yù)應(yīng)力箱梁的基本原理、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及配束方式等問(wèn)題進(jìn)行了較為詳細(xì)的探討及研究。目前，我國(guó)的預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還并不完善，施工工藝也并談不上絕對(duì)的成熟，這就需要所有的工程設(shè)計(jì)以及施工人員共同努力。只有的不斷的總結(jié)并完善現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及施工工藝，才能夠建造出更耐用、更經(jīng)濟(jì)、更完美的精品工程項(xiàng)目。

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