预应力混凝土连续梁桥的设计与施工
2010-02-08
随着现代化步伐的加快，我国基础设施建设正以前所未有的规模在全国展开，同时质量问题越来越成为人们关注的焦点。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。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。在连续梁桥的施工方法中，常用的有满堂支架法、悬臂法、顶推法、先简支后连续等施工方法，笔者根据自身的经验，就近几年施工的预应力混凝土连续梁桥结构优化设计与施工的几个关键因素进行探讨。
一、预应力混凝土连续梁桥的特点
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。在张拉预应力连续梁桥结构中，结构构件在承受外荷载前，预先对外荷载产生拉应力部位的混凝土预加压应力，造成人为的压应力状态，预加压应力可以抵消外荷载所引起的大部分或全部拉应力，这样在外荷载作用下混凝土拉应力不大或处于受压状态，使混凝土结构不开裂，提高结构的刚度和结构的耐久性。张拉法预应力混凝土施工是在浇筑混凝土前张拉预应力钢筋，将其固定在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，等混凝土达到规定强度。保证预应力钢筋与混凝土有足够粘结力时放松预应力钢筋，借助预应力筋的弹性回缩及与混凝土的粘结，使混凝土产生预压应力。同时其具有较强的变形恢复能力，抗震性能明显高于普通钢筋混凝土结构，而且便于震后加固。值得注意的一点是，预应力混凝土由于自重轻，照常理看含钢量应该少，但由于现在的设计水平问题，此部分并没有减少，反而很多设计含钢量大了，从而在很大程度上造成主体结构成本增加。
二、预应力混凝土连续梁桥的设计
(一)预应力混凝土连续梁桥设计的内容
1.荷载。施工时的荷载条件中，预应力荷载应按扣除第一批预应力损失后的有效应力来确定；其他荷载应根据施工阶段可能的最不利荷载情况来定。而施工时的支撑条件应考虑施工方案的具体情况来定，模板周转情况影响施工阶段的结构分析模型的支撑条件与荷载条件的选取。
2.极限设计。对预应力板各截面进行多种可能的荷载效应组合的受弯强度设计，计算时要考虑预应力产生的次弯矩的影响。采用混合配筋设置非预应力筋，提高结构在地震作用下的延性和能量吸收，可有效分散受拉区裂缝，改善结构的受力性能。对无粘编者按预应力砼连续结构作补充设计，选取合适的荷载效应值与材料参数，验算抵抗预应力筋失效时连续倒塌所需的非预应力筋用量。
(二)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。
三、预应力混凝土连续梁桥的主要施工方法
预应力混凝土连续梁桥的发展与其施工方法密切相关。不同的施工方法对连续梁桥的内力会产生较大影响，从而影响其构造设计。
(一)整体现浇施工法
整体现浇施工通常一联为整体浇注混凝土而成。首先搭设支架，然后在支架上安装模板，绑扎及安装钢筋骨架，预留孔道，并在现场浇筑混凝土与施加预应力的施工方法。由于施工需用大量的模板支架，一般用于中小跨径的桥或为交通不便的边远地区采用。随着桥梁结构形式的发展，出现一些变宽的异形桥、弯桥等复杂的混凝土结构，又由于近年来临时钢构件和万能杆件系统的大量应用，在其他施工方法都比较困难或经过比较施工方便、费用较低时，也有在中、大跨径桥梁中采用满堂支架施工方法。预应力混凝土连续梁桥需要按一定的施工程序完成混凝土的现场浇筑，待混凝土达到所要求的强度后，拆除部分模板，进行预应力筋的张拉、管道压浆工作。至于何时可以落架，则应与施工程序和预应力筋的张拉工序相配合。
(二)预制简支－连续施工法
预制简支－连续施工又称先简支后连续施工法。其程序为：预制简支梁，分片进行预制安装，预制时按预制简支梁的受力状态进行第一次预应力筋的张拉锚固，安装完成后经调整位置，浇筑墩顶接头处混凝土，更换支座，进行第二次预应力筋的张拉锚固，进而完成一联预应力混凝土连续梁的施工。简支－连续施工方法亦存在体系转换。体系转换方法一般有以下三种：
1.从一端起依次逐孔连续，即先将第一孔与第二孔形成两跨连续梁，然后再与第三孔形成三跨连续梁，依此类推，形成一联连续。
2.从两端起向中间依次逐孔连续。
3.从中间孔起向两端依次逐孔连续，如遇长联，可按上述三种方法灵活综合选用。显然，不同的体系转换方法所产生的混凝土徐变二次力及预加力产生的二次力是不同的。
(三)悬臂施工法
用悬臂施工法建造预应力混凝土连续梁桥，分悬浇和悬拼两种，其施工程序和特点与悬臂施工法建造预应力混凝土悬臂桥基本相同。在悬臂或拼浇过程中，要采取使上、下部结构临时固结的措施，待悬臂施工结束、相邻悬臂端连接成整体并张拉了承受正弯矩的下缘预应力筋后，再卸除固结措施，使施工中的悬臂体系转换成连续体系。
(四)移动式模架逐孔施工法
移动式模架逐孔施工法是近年来以现浇预应力混凝土桥梁施工的快速化和省力化为目的发展起来的。它的基本构思是：将机械化的支架和模板支承在长度稍大于两跨、前端作导梁用的承载梁上，然后在桥跨内进行现浇施工，待混凝土达到一定强度后脱模，并将整孔模架沿导梁前移至下一浇筑桥孔加些有节奏地逐孔推进直至全桥施工完毕。尚须指出，移动式模架逐孔施工法不仅用来建造连续梁桥，同样也往往用来修建多孔简支梁桥。
