预应力混凝土简支梁桥、连续梁桥和刚架桥的设计构造特点和对比分析

对于预制部分的自重比恒载与活载小得多的梁，在预加力阶段跨中部分的上缘可能会开裂而破坏，因而也可在跨中部分的顶部加设无预应力的纵向受力钢筋这种钢筋在运营阶段还能加强混凝土的抗压能力，在破坏阶段则可提高梁的安全度。对全预应力梁可加强混凝土承受预加压力的能力。
在下翼缘内通长设置的钢筋，对部分预应力梁可补足极限强度的需要，对于配置不粘结预应力筋的梁能起分布裂缝的作用。此外，无预应力的钢筋还能增加梁在反复荷载作用下的疲劳极限强度。装配式预应力混凝土梁桥的横向连接构造一般与钢筋混凝土梁桥一样。
（1）锚具的布置应尽量减小局部应力。一般地，集中、过大的锚具不如分散、小型的有利。（2）锚具应在梁端对称于竖轴布置，以免产生过大的横向不平衡弯矩。
（3）锚具之间应留有足够的净距，以便能安装张拉设备，方便施工作业。
为了防止锚具附近混凝土出现裂缝，还必须配置足够的间接钢筋（包括加强钢筋网和螺旋筋）予以加强。间接钢筋应根据局部抗压承载力计算确定，配置加强钢筋网的范围一般是一倍于梁高的区域。另外，锚具下还应设置厚度不小于16mm的钢垫板，以扩大承载面积，减小混凝土应力。也可以采用带有预埋锚具的预制钢筋混凝土端板来锚固预应力筋。此时除了加强钢筋骨架外，锚具下设置两层叉形钢筋网，施工起来也比较方便。目前用于预应力钢绞线的锚具（如OVM锚）已包括了钢垫板和螺旋筋在内的整套抵抗锚固区局部承压所需要的加强措施，故不需要再配置上述的加强钢筋。施加预应力之后，应在锚具周围设置构造钢筋与梁体连接，并浇筑混凝土封锚，以保护锚具不致锈蚀。封锚混凝土的强度等级不应低于构件本身混凝土强度等级的80%，且不低于C30。
3．其他钢筋的布置
预应力混凝土梁与钢筋混凝土梁一样，要按规定的构造要求布置箍筋、架立钢筋和纵向水平分布钢筋等。由于弯起的预应力筋对梁肋混凝土提供了预剪力，主拉应力较小，一般可不设斜筋。另外，预应力混凝土梁还要设置其他的非预应力钢筋。
（1）箍筋的配置
预应力混凝土T形梁的腹板内应设置直径不小于10mm的箍筋，且采用带肋钢筋，间距不大于250mm；自支座中心起长度不小于一倍梁高范围内，应采用闭合式箍筋，间距不大于100mm，用来加强梁端承受局部应力。纵向预应力筋集中布置在下缘的马蹄部分，该部分的混凝土承受很大的压应力，因此，必须另外设置直径不小于8mm的闭合式加强箍筋，其间距不大于200mm。此外，马蹄内尚应设置直径不小于12mm的定位钢筋。
二、配筋构造
预应力混凝土梁内的配筋，除主要的纵向预应力筋外，尚有非预应力纵向受力钢筋、架立钢筋、箍筋、水平分布钢筋、承受局部应力的钢筋（如锚固端加强钢筋网）和其他构造钢筋等。
1．纵向预应力筋的布置
预应力混凝土简支T梁桥，通常采用后张法施工，根据简支梁的受力特点通常采用曲线配筋的形式。全部主筋直线布置的形式，仅适
2．纵向预应力筋的锚固
预应力筋的锚固分两种情形：在先张法梁中，钢丝或钢筋主要靠混凝土的握裹力锚固在梁体内；在后张法梁中，则通过各类锚具锚固在梁端或梁顶。此处仅介绍后张法的锚固：在后张法锚固构造中，锚具底部对混凝土作用着很大的压力，而直接承压的面积不大，
应力非常集中。在锚具附近不仅有很大的压应力，还有很大的拉应力。因此，锚具在梁端的布置必须遵循一定的原则：
桥跨布置还与施工方法密切相关。长桥、选用顶推法施工或者简支—连续施工的桥梁，多采用等跨布置，这样做结构简单，统一模式。等跨布置的跨径大小主要取决于经济分跨和施工的设备条件。
连续梁跨数以三跨连续梁用得最为广泛，连续梁桥连续超过五跨时的内力情况虽然与五跨时相差不大，但连续过长会造成梁端伸缩量很大，需设置大位移量的伸缩缝，因此，连续跨数一般不超过五跨。
2．主梁布置
经济分析表明，对于跨径较大的预应力混凝土简支梁桥，当吊装重量不受限制时，采用
较大的主梁间距比较合理，一般可采用～。
3．截面尺寸
(1)截面效率指标
为了合理设计预应力混凝土梁的截面尺寸，首先分析其截面的受力特点。在预加力阶段和运营阶段，预应力混凝土梁截面承受双向弯矩。在预加力阶段，施加了偏心预加力，在预加力和自重弯矩的共同作用下，合力相当作用于截面的下核点（截面上缘应力为零）
2．梁高选择
（1）变截面连续梁桥连续源自桥支点截面负弯矩绝对值比跨中正弯矩大，采用变截面形式符合受力特点，同时变截面梁一般采用悬臂法施工，变高度梁与施工阶段内力相适应。从美学观点看，变高度梁比较有韵律感。
变截面梁的梁底线形可采用折线、抛物线、圆曲线和正弦曲线等。二次抛物线与连续梁的弯矩变化相适应，最常采用。根据已建成桥梁的资料分析，支点梁高约为最大跨径的1／15～1／20，跨中梁高H约为支点梁高的1／～1／
⑶其他细部尺寸
在预应力混凝土梁中，由于混凝土所受预应力和预应力束筋弯起，能抵消荷载剪力的作
用，肋中的主拉应力较小，肋宽一般都由构造和施工要求决定，但不小于160mm。标准设计中肋宽为140～160mm。
T梁上翼缘的厚度按钢筋混凝土梁桥同样的原则来确定。为了减小翼板和梁肋连接处的局部应力集中和便于脱模，在该处一般还设置折线形承托或圆角，此时承托的加厚部分应计算在内。
预应力混凝土连续梁桥适宜于修建跨径从30m到100多m的中等跨径和大跨径的桥梁。
二、立面布置
预应力混凝土连续梁桥的立面布置包括体系安排、桥跨布置、梁高选择等问题，可以设计成等跨或不等跨、等截面或变截面的结构形式。结构形式的选择要考虑结构受力合理性，同时还与施工方法密切相关。
1．桥跨布置
根据连续梁的受力特点，大、中跨径的连续梁桥一般宜采用不等跨布置，但多于三跨的连续梁桥其中间跨一般采用等跨布置。当采用三跨或多跨的连续梁桥时，为使边跨与中跨的最大正弯矩接近相等，达到经济的目的，边跨取中跨的倍为宜，当综合考虑施工和其他因素时，边跨一般取中跨的～倍。对于预应力混凝土连续梁桥宜取偏小值，以增加边跨刚度，减小活载弯矩的变化幅度，减少预应力筋的数量。若采用过小的边跨，会在边跨支座上产生拉力，需在桥台上设置拉力支座或压重。当受到桥址处地形、河床断面形式、通航（车）净空及地质条件等因素的限制，并且同时总长度受到制约时，可采用多孔小边跨与较大的中间跨相配合，跨径从中间向外递减，以使各跨内力峰值相差不大。
当支座设臵在横隔板中部时横隔板还要承担着传递支反力的作用是重要的受力结构如采用普通钢筋混凝土结构横隔板内的抗剪抗弯及抗裂钢筋交错密布导致混凝土浇筑困难且不易振捣密实而如果采用预应力混凝土横隔板厚度一般小于80cm横隔板中设臵曲线形的预应力筋则可避免钢筋混凝土横隔板所产生的弊病
预应力混凝土简支梁桥、连续梁桥和刚架桥的设计构造特点和对比分析
T梁下缘的马蹄尺寸应满足预加力阶段的强度要求，同时，从截面效率指标ρ分析，马蹄应当是越宽而矮越经济。马蹄的具体形状要根据预应力束筋的数量和排列方式确定，同时还应考虑施工方便和力筋弯起的要求。具体尺寸建议如下：
①马蹄宽度约为肋宽的2～4倍，并注意马蹄部分(特别是斜坡区)的管道保护层不宜小
于60mm。
②马蹄全宽部分的高度加1/2斜坡区高度约为梁高的～倍，斜坡宜陡于45o。
另外，由于简支梁弯矩向梁端逐渐减小，故索界的上下限也逐渐上移，这就是必须将大部分预应力筋向梁端逐渐弯起的重要原因之一。
预应力筋弯起的曲线形状可以采用圆弧线、抛物线或悬链线三种形式。在矢跨比较小的情况下，这三种曲线的坐标值很接近，工程中通常采用在梁中部保持一段水平直线后按圆弧弯起的做法。
预应力钢束弯起的曲率半径，应符合下列规定：
预应力混凝土简支梁桥、连续梁桥和刚架桥的设计构造特点和对比分析
A、装配式预应力混凝土简支梁桥的构造与设计
装配式钢筋混凝土简支梁桥，常用的经济合理跨径在20m以下。跨径增大时，不但钢材耗量大，而且混凝土开裂现象也往往比较严重，影响结构的耐久性。为了提高简支梁的跨越能力，可采用预应力混凝土结构。目前，世界上预应力混凝土简支梁的最大跨径已达76m。但是，根据建桥实践，当跨径超过50m后，不但结构笨重，施工困难，经济性也较差。因此，我国桥规明确指出：预应力混凝土简支梁桥的标准跨径不宜大于50m。
用于先张法施工的小跨径梁。
预应力筋一般都采用全部弯至梁端锚固的布置形式，这样布置可使张拉操作简便，预应力筋的弯起角度不大(一般都小于20o的限值)，对减小摩阻损失有利。
对于钢束根数较多或当梁高受到限制，以致梁端不能锚固全部钢束时，可将一部分预应
力筋弯出梁顶。这样的布置方式使张拉操作稍趋繁琐，使预应力筋的弯起角度增大(达25o～30 o)，摩阻引起的预应力损失也随之增大。
对钢丝束、钢绞线，d≤5mm（d为钢丝直径）时，不小于4m；
d>5mm时，不小于6m；
对精轧螺纹钢筋，D≤25mm（D为钢筋直径）时，不小于12m；
D>25mm时，不小于15m。
预应力筋在跨中横截面内的布置，应在保证梁底保护层和位于索界内的前提下，尽量使其重心靠下，以增大预应力的偏心距，节省高强钢材。预应力筋在满足构造要求的同时，尽量相互靠拢，以减小下马蹄的尺寸，减小梁体自重。直线管道的净距不应小于40mm，并不小于管道直径的倍。此外还应将适当数量的预应力筋布置在腹板中线处，以便于弯起。直线形管道保护层厚度应满足表的要求，对曲线形管道，其曲线平面内側受曲线预应力钢筋的挤压，混凝土保护层在曲线平面内和平面外均受剪，梁底面保护层和侧面保护层均需加厚，其值应依据《桥规》计算确定。横截面内预应力筋的布置如图所示，d为管道的内直径，应比预应力筋直径至少大lOmm。
（2）主梁高度
预应力混凝土简支梁桥的主梁高度取决于采用的汽车荷载等级、主梁间距及建筑高度等
因素，可在较大范围内变化。对于常用的等截面简支梁，其高跨比的取值范围在1/15～1/25，一般随跨径增大而取较小值，随梁数减少而取较大值，对预应力混凝土T形梁一般可取1/16～1/18左右。当桥梁建筑高度不受限制时，采用较大的梁高显然是较经济的，因为加高腹板使混凝土用量增加不多，而节省预应力筋数量较多。
一、横截面设计
1．横截面形式
装配式预应力混凝土简支梁桥的横截面类型基本上与钢筋混凝土梁桥类似，通常也做成T形、I形，但为了方便布置预应力束筋和满足锚头布置的需要，下部一般都设有马蹄或加宽的下缘。有时为了提高单梁的抗扭刚度并减小截面尺寸，也采用箱形。由于采用预应力筋施加预压力，可以提供方便的接头形式，为了使装配式梁的预制块件进一步减小尺寸和重量还可做成横向也分段预制的串联梁。但由于串联梁施工麻烦，构件预制精度要求高，在国内使用较少。