中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北省武汉市 430060
摘要：钢筋混凝土刚架拱梁与索梁结构由普通钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土两种构件组成，将预应力作为等效荷载作用进行结构内力分析与构件截面设计时，需要计算主弯矩、次弯矩和综合弯矩。关于预应力混凝土后张法预压应力，规范中没有明确规定，在混凝土构件中施加预压力的程度，直接影响结构受拉区混凝土在荷载作用下的应力状态。文章结合工程实践，指出预应力筋与普通钢筋合理布置的重要性，总结出三种裂缝验算方法的对应关系，可供同类工程设计建造时参考。
关键词：超长跨度；预应力；混凝土；结构设计
1导言
随着我国社会经济的发展，桥梁工程建设也取得了很大的进步，无论是横跨江湖，还是穿越山涧，桥梁的主要施工方式就是大跨度预应力技术，而这种桥梁工程施工方式较为复杂，一旦控制不好，将直接影响到桥梁工程的施工质量以及使用寿命，在预应力混凝土构件设计中，由于预压应力过大，没有计入温度、收缩及其他局部效应影响，而这些影响可能引起相当大的拉应力，甚至于超过混凝土抗拉强度一倍以上，导致结构不同部位的开裂。
2设计总体思路
结构整体计算时，超长大跨混凝土结构在温度作用下梁板体系可简化为以下四种模型：a)楼板采用弹性膜，梁刚度增大系数取0；b)楼板采用弹性膜，梁刚度增大系数按实际取值；c)楼板采用弹性膜，梁按规范简化为T形截面；d)楼板厚度取为0，梁转化为T形截面，其中梁翼缘宽度取两侧楼板宽度的一半之和。通过计算比较，同一模型按不同简化方式梁板内应力情况如表1所示。
表1 不同简化模型下梁板内应力分布
注：所用模型为假定的标准模型。
框架结构楼盖设计由梁的设计和楼板设计组成，梁、板在温度作用下的应力由梁、板分别承担。梁的设计思路为，采用预应力技术，布置曲线预应力筋，外荷载和温度作用下的内力由预应力筋及普通钢筋共同承担，按拉弯(或压弯)构件设计。楼板的设计有两种思路可供选择，其一与梁的设计思路相同；其二为外荷载作用下的内力由普通钢筋承担，温度作用下的轴向拉力由直线预应力筋承担。对预应力混凝土现浇梁构件而言，其截面实际均为T形截面，预加力由于应力扩散，与梁相连的楼板在翼缘宽度范围内也会产生压应力。由表1可知，梁内总轴力，模型d＞c＞b＞a；楼板内拉应力，模型b＞a＞c，模型d无楼板应力，且楼板内拉应力值差距并不明显。考虑结构安全性及设计可操作性，预应力梁在温度作用下的设计内力按模型c选取，楼板设计时按模型b选取。
3大跨度预应力混凝土桥梁施工过程中存在的问题
3.1施工方案缺乏科学理论依据
大跨度预应力桥梁工程在施工较为复杂，在设计施工方案时，要严格按照相关标准以及所建桥梁的地理环境等因素进行设计，以保证其建成后能够正常、安全通行。但是在具体的桥梁工程施工方案设计中，有许多设计人员本身的专业水平不够高，而且在设计过程中全凭自己以往的经验和阅历进行设计，没有严格遵守国家规定的相关建设标准，或者没有参照地理位置气候、环境等因素，因此，在设计完成后经常出现其施工方案与实际施工不相符的情况，严重缺乏相关科学理论依据。
3.2桥梁结构设计出现问题
桥梁工程的施工设计还包括桥梁结构的设计，而这也是桥梁工程建设中非常重要的一个环节，一旦桥梁结构出现问题，将严重影响到桥梁的稳定性与安全性，同时也影响到后序的一系列施工作业。在大跨度预应力桥梁工程结构设计中，许多设计人员没有对桥梁的预应力进行有效分析，而在开始具体施工建设时，对桥梁所需要的载荷、稳定性能以及结构强度等没有按照标准规定进行严格检测，同时也没有按照科学、合理的施工方案进行施工作业。这样，在施工过程中一旦出现突发问题，将会直接影响到桥梁工程的施工质量与施工进度，因此，在施工过程中必须要求设计人员与施工主要负责人员对设计图纸进行全面地了解、掌握，对于其中的不合理、不规范的地方严格进行完善，保证桥梁工程的施工建设顺利进行。
4超长大跨度预应力混凝土结构设计
4.1结构抗裂采取措施
当预应力混凝土抗裂边缘应力σck较大时，意味着要施加绝对值大于或等于预应力σpc，梁抗裂边缘施加的预压应力应控制在σpc≥-0.98ftk×6的范围内，其一，可通过增大横截面的宽度和高度来增大截面惯性矩的办法，混凝土抗裂边缘应力即能降低。其二，可在渡槽原过水断面不变的基础上，加高“马蹄”增大截面惯性矩，同时降低墩顶高度。另外，降低荷载效应标准值，通过增加纵梁根数来解决。根据渡槽纵梁断面几何尺寸大的特点，在不同部位配置适量的普通钢筋，如抗剪钢筋、温度钢筋、加密箍筋及钢丝网来控制裂缝，也可以在混凝土中加减缩剂。在混凝土浇筑后的养护期间，保持混凝土表面湿润，减少水分损失，保证混凝土强度正常发展。
4.2预应力筋及普通钢筋的合理布置
由于竖向构件的约束作用，温度应力的分布规律为两端小，中间大。由于摩擦等预应力损失的影响，有效预应力两端大，中间小。同时，竖向构件的侧限对超长结构中有效预应力的建立有明显的折减作用，跨数越多，衰减越大。可见，温度应力的分布规律与有效预应力的分布规律是矛盾的。计算表明，对超长大跨度预应力结构而言，两端张拉的两跨中支座预应力损失一般达到25%，两端张拉的三跨跨中预应力损失将达到35%。可见，对此类结构应合理布置后浇带，将后浇带的布置与预应力筋的布置紧密结合起来。通常情况可以两跨且不超过三跨为一个张拉单元，各张拉单元间留一跨设置后浇带，并在此跨布置单跨预应力筋将各个结构单元“缝合”起来。结构中间区域由于温度应力最大，若增配曲线预应力筋则可能导致其抗弯承载力严重溢出，甚至在施工阶段或某些使用阶段使梁的反拱较大，对结构安全不利。
4.3设计出科学、合理的施工方案
在大跨度预应力混凝土桥梁工程中，科学、合理的施工方案极为重要，其直接决定着后续一系列的工程施工。首先，在进行施工方案设计时，设计人员要考虑到所建桥梁的地形、地貌以及环境、气候等因素，科学地设计出合理、适宜的施工方案，比如需要在山涧或者河流上空建造桥梁时，就需要设计悬臂梁的施工方案，更为重要的是要考虑到施工过程中有可能会发生的安全事故，积极做好安全防护措施；其次，在具体开始施工前，设计人员也要跟随施工人员的施工情况做好相应的准备措施，并结合所处的地理环境仔细分析施工过程中的不利因素，制定科学、完善的解决方案；再次，施工设计人员还要考虑到施工作业效率等问题，结合实际施工状况努力完善施工方案，保证施工方案的合理性与可行性。
结束语
综上所述，施加的预应力与外荷载产生的内力均视为作用内力，由钢筋混凝土材料提供承载力。预应力混凝土梁纵向预压力已考虑干缩和徐变的应力损失，横向混凝土干缩引起的拉应力不容忽视，必须采取有效措施。希望本文的探讨、分析对我国大跨度预应力桥梁工程的施工建设能起到一定的帮助作用。
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论文作者:柏隽尧,邱健
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/5/24
标签：预应力论文; 应力论文; 混凝土论文; 楼板论文; 结构论文; 桥梁论文; 构件论文; 《基层建设》2018年第7期论文;