胡 娜 成寧波

（1.重慶市市政設計研究院， 重慶 400020；2.重慶交通大學， 重慶 400074）

0 引言

常規(guī)公路橋梁設計中，橋面單幅寬度一般在13m 以內，橋墩蓋梁墩柱的跨徑一般在10m 以內，一般均采用鋼筋混凝土結構，施工成本低、施工方便快捷。但在某些特殊環(huán)境中，如避免與既有建筑物干擾、結構凈空受限、橋梁美觀要求高等，當普通鋼筋混凝土蓋梁不能滿足設計和建設要求時，采用預應力混凝土蓋梁成為一種較為合理的方式。本文對預應力混凝土蓋梁設計進行分析探討。

1 橋梁建設中預應力技術概述

在橋梁施工中預應力技術指的是在混凝土工程中應用形成的預應力，減弱或消除外部荷載的拉應力，提高構件的抗拉強度，防止混凝土因承受較大拉力出現破裂。蓋梁作為橋墩頂端的傳力部分，依靠蓋梁支座承受上部結構的恒載和車輛及人群荷載，預應力蓋梁設計在城市高架橋或特殊環(huán)境下有著非常廣泛的應用。

1.1 從橋梁建設成本上來說，預應力蓋粱梁高相對較小，橋下空間大，跨徑大，并且結構耐久性較普通鋼筋混凝土結構要好，并可減少下部樁柱的工程量，節(jié)約工程造價。

1.2 從橋梁的結構性能上來說，預應力混凝土變形小、耐久性好、剛度大，能大幅度提高構件的耐久性能。預加應力消除了使用荷載下形成的裂縫，使混凝土結構的耐久性提升，預應力撓度通常與荷載撓度相反，預應力結構和普通混凝土結構相比總撓度明顯減小， 構件在受拉之后在開裂部位施加一定預壓應力，能較好的控制裂縫?？v向預應力鋼筋防止構件出現斜裂縫，使構件的整體抗剪能力提高。

1.3 從橋梁美觀度來說，蓋梁采用預應力混凝土結構，高強鋼材的利用不僅能降低結構自重20%—30%左右，還能減小外觀尺寸，體現柔美的特點，使橋梁與周圍環(huán)境相協調，符合人們的審美需要。

2 預應力混凝土蓋梁受力及施工特點

2.1 預應力蓋梁的受力特點

蓋梁作為橋梁建設中承上啟下的關鍵構件，將上部結構的恒載和活載向下傳遞給墩柱和樁基，實際上蓋梁在結構中主要以彎、剪、扭三種受力為主，其自重引起的結構內力不大，主要是外加荷載和梁體通過支座傳遞的集中力，車輛活載一般能占到總內力的三分之一左右。施工階段和活載作用時，蓋梁承受的扭矩產生的扭轉剪應力要小于豎向力產生的剪應力，因為不是永久荷載一般不作為受力設計計算，一般采取增加抗剪鋼筋措施消除扭轉內力影響。

2.2 預應力筋張拉技術控制嚴格

蓋梁預應力筋設計采用后張法較多，因為鋼束束數較多一般采取單向或雙向或單雙向交叉使用，要嚴格控制預留張拉孔道、張拉前穿束、端頭錨固等施工技術。通常鋼束分兩批、兩端張拉，張拉次數過多影響施工，張拉次數過少應力達不到設計要求。鋼束第一次張拉一般安排在蓋梁混凝土強度達到100%后，待完成上部結構的架設工作之后，再進行第二次張拉，最后實施橋面鋪裝等附屬設施。要嚴格按計算分批張拉，避免應力超標。另外，預應力蓋梁一般采用大噸位的預應力鋼束較多，錨具處的應力較為集中，通常要設置防裂鋼筋網。

2.3 施工難度系數高

通常墩柱的間距和蓋梁的長度都較大，同一個結構桿件存在不同的正負彎矩，再加上復雜的預應力管道布設，大體積的混凝土澆筑，無疑增加了施工難度、澆注難度大和底模支撐的難度。特別是底模支撐技術要求嚴格，通常采用墩柱上部預埋鷹臂支架、萬能桿件拼組支撐、滿堂式支架、貝雷支架等不同結構形式的組合搭配，施工不規(guī)范容易引起蓋梁結構下沉。一方面是因為支撐點地基承載力引起的不均勻下沉；一方面是因為蓋梁底模安裝沒有留設適當預拱度造成施工荷載或蓋梁自重引起下沉。普通鋼筋做成骨架形式，普通鋼筋的直徑要符合設計要求，并適當增加抗剪斜筋配置。拆除腳手架支撐結構時，要分區(qū)段按順序有計劃、有間隔的進行，確保安全。

2.4 嚴格受力計算和施工監(jiān)測

這兩項工作是預應力混凝土蓋梁施工中的關鍵環(huán)節(jié)，各種支撐桿件要經過嚴密的計算，確保在滿足全部荷載的要求上進行施工，關鍵部位要進行支撐靜載試驗，確保支架的彈性壓縮和非彈性壓縮值處于合理范圍。除此之外，要實時觀測支撐腳手架在設計荷載作用下的沉降，監(jiān)測混凝土配比設計和混凝土質量，驗算張拉應力各項參數，同時要嚴密監(jiān)測能引起結構變化的所有事項。

3 預應力蓋梁計算要點

3.1 單元的簡化

根據蓋梁的幾何尺寸和其結構中主要以彎、剪、扭三種受力為主的特點，將其簡化成平面桿系單元運用結構計算程序，對比模擬成實體單元計算方式來說，不僅簡單方便，而且能滿足設計的控制要求。雖然局部區(qū)域如墩柱與蓋梁連部位、支座墊石附近可能出現應力集中，可以采取增強構造鋼筋等方法來進行消除。除非有特殊要求的情況下，一般將蓋梁用平面桿系有限元模擬計算比采用實體單元計算更加方便、可行。

3.2 荷載的簡化

預應力混凝土蓋梁受本身自重及上部結構梁體、橋面鋪裝、防撞護欄等自重和活載經支座傳遞過來的集中力影響，蓋梁自重計算一般比較簡單、明確，作為集中力加載上去就行?；钶d計算比較復雜需要進行簡化，要對蓋梁內力最不利情況下活載引起的各支座反力進行準確的計算。上部結構為T 梁的計算步驟如下：求出T 梁支座反力影響線→根據T 梁支座反力影響線設計活載和最大支座反力→順蓋梁方向按車輪最不利位置布置車輛活載→根據車輪橫向布置求出相應各梁體荷載橫向分布系數→根據橫向分布系數和最大支反力求出活載經梁體傳遞作用在蓋梁的各集中力。五個步驟計算操作非常繁瑣，需要進行簡化處理?？梢约僭O預應力混凝土蓋梁單元為橋面單元，直接在蓋梁上橫向布置活載車輛，計算蓋梁最不利內力，或者用邊梁的最大活載反力來代替其他所有梁活載反力，雖然這兩種簡單算法可能使結果有所誤差，但偏差在合理范圍內，不影響設計要滿足的要求。

3.3 邊界條件的簡化

預應力蓋梁計算如果邊界條件采用模擬形式不同，會影響到墩柱頂負彎矩，對邊界條件進行簡化要分析墩柱頂的受力，根據墩柱頂負彎矩最不利截面，實際計算中將邊界條件簡化成單點鉸支座、兩點鉸支座、單點固結三種情況。通過計算和對比，單點鉸支座支點控制截面負彎矩最大，對偏差適當消減即可；兩點鉸支座支點控制截面負彎矩值與所兩點鉸支座的距離關系密切，確定支座距離缺乏有效依據，計算準確性難以保證，所以采用不多；單點固結支點控制截面負彎矩和單點鉸支座方法相比，在墩柱外側截面的計算結果偏差不大，二者都能滿足計算設計的要求。

4 結語

隨著公路橋梁跨度和橋面寬度的不斷增大，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土蓋梁澆筑技術已經不能滿足當前橋梁建設發(fā)展的要求，預應力混凝土蓋梁以其變形小、耐久性好、剛度大等特點，成為大跨徑預應力蓋梁橋梁建設的大勢所趨。本文從橋梁建設中預應力技術應用入手，分析了預應力混凝土蓋梁受力、施工特點及預應力蓋梁計算要點，只要保證預應力蓋梁設計和施工滿足相關規(guī)范要求，避免后期超載運營，就能保證施工階段和后期使用過程的結構安全。