预应力混凝土桥梁的设计探讨

【摘要】现代诗会经济飞速发展，运输行业发展的欣欣向荣，其中，公路运输、铁路运输在运输业中占了很大比例，二者都具有便捷、实惠的特点，是出行和运输的最佳选择。然而，无论是公路运输还是铁路运输，其设计包含了许多专业的力学和工学原理。在修筑桥梁时要科学的计算各种力的方向，使桥梁具备更强的抗压能力以承受汽车带来的压力，同时还能够节省资源的使用，为车辆的安全通行提供保障。在近几年来国家扩大对运输部门的投资，重视桥梁的修建，预应力技术上也得到了很大突破。不少修建技术已经达到了国际先进水平，本文主要是从科学的角度出发，通过分析预应力混凝土的受力情况、抗震性和耐疲劳性来说明预应力混凝土桥梁的现状以及前景。

【关键词】预应力混凝土桥梁 钢材抗疲劳性 抗震性

中图分类号：TV33文献标识码：A

预应力混凝土桥梁是属于桥梁建设中的一部分，应用十分的普遍，桥式的种类也很多例如斜拉桥、连续梁等，对于桥梁种类的选择则是根据建筑地的具体情况因地制宜。伴随着桥梁的发展，更加追求桥身较为轻便，造价较低，结构外观上薄臂轻盈的桥梁。这些外在要求的增加在桥梁的悬臂施工中增加了不安全因素。预应力是一种为了避免桥梁中的裂缝的出现，运用高强度钢筋及混凝土，施加外力后，使各部件受力减小的科学防护手段。这项技术的运用有效地减轻了桥面的承压力，改变了预应力桥梁的微观结构，使受力更加科学合理。这样不仅仅可以减少施工材料的使用，使资源合理配置，还可以在一定程度上提高桥梁各部件的使用寿命。文章围绕着预应力进行了各方面的分析，最后针对其缺点提出了有效的措施。

1内力的分析

预应力桥梁的设计诣在运用力学原理科学合理的增加桥梁负重，通过运用桥梁顶板，钢索进行分力，使其达到能够在允许的范围内达到较好的效果。预应力的使用增加了桥梁使用材料的材质，减少了中间的缝隙，具有更加良好的抗压性。

1.1 纵向预应力筋在桥梁中的分布

纵向预应力筋在桥梁中具有重要作用。直线束方案的设计和采用能达到的效果往往是较为理想的，其设计理念是为了使预应力可以将力均匀的分布在桥梁的全断面上，这样一来就分流各方向的承压力，从而克服经常困扰桥梁设计的剪应力。还有要控制桥面的腹板内布置一些向下的弯束，使其重量在可控制的范围之内。与此同时，也将边跨线浇筑的部短的腹板中布置同样的弯束，保证向桥梁提供预剪力。纵向预应力筋可以制约桥梁横截面上水平力的拉力，减缓由悬臂直接承担车辆，从而延长其使用寿命。

不仅仅要重视整体力的作用方向，还要考虑桥梁中最容易出现裂缝问题，根据对许多案例进行分析发现有这么一个共同点，桥梁的施工队在施工时为了更加便利，桥梁的预应力钢束的布置往往不够准确，一般都会将腹板下弯束和边跨现浇箱梁端部，在一定的范围内有效利用。预应力在桥梁中的作用不可忽视，也是连接桥梁各个部件的纽带，但预应力的应用也要在一定的前提之下进行，一般情况下，在桥梁的建筑情况之下竖向的桥梁的腹板所使用的钢筋的长度要比一般的短，就使地其拉伸的韧性较小，并且在桥梁的修筑过程中因为材料的压缩还会有微小的变形，从而使得预应力损失再加上桥梁的施工过程桥梁的锚固定系统，就很难达到理论上计算的预应力。桥梁的纵向预应力主要是在材料的使用和施工上体现，采用一系列的方法例如布置纵向预应力钢束，将箱部的受力情况进行分离，或者将边跨箱梁端部腹板的箍筋的密度加大，使其更加密实，从而直径就会放大，这些预应力的运用对于克服斜向裂纹十分有效。斜向裂纹一向是威胁桥梁时用的问题，特殊高科技材料的使用比如碳纤维高分子从细小的方面防止了此类问题的出现。

1.2 板桥模式

无论是高速公路还是铁路还是其他涉及到桥梁建设的交通设施都无一例外的选择轻便式桥梁，外形美观，造价低廉，性价比也比较高。预应力对于板桥模式的桥梁也具有重要的作用。有的板桥模式桥梁的桥梁，其承载力并不能够满足要求，因此施工队常常预应力的一种叫做碳纤维布的材料对普通的混凝土建造的空心模板桥梁进行加固。根据对混凝土板桥桥梁的探测仪科学的计算，并且对桥中心的承载极限全过程的分析可以更深地对预应力纤维布进行了解。在经过一系列的测试以及研究之后表明，预应力碳纤维布在桥梁的修筑过程中对桥心装配式预应力空心混凝土板桥模式的密度加密以及固定，使其高强度的性能得到了充分的发挥，从各个方向减轻了混凝土空心板的受力，延缓桥梁的裂缝的产生，从而延长桥梁的使用寿命。在极限的负荷承载情况下，混凝土的压缩变形也得到了遏制，保障了车辆行驶的畅通。假设使用普通的材料，桥梁的优势就不再明显，很多方面的性能得不到优化。

2 预应力混凝土桥梁的抗震问题

既然我国是一个多山地的国家，并且还处在板块的交接处，从地理学的角度来分析多火山以及自然灾害，因此桥梁的设计建造需要将这些问题都纳入考虑范围之中，预应力混凝土结构可以有效地解决以及避免这个问题的繁盛，桥梁工程界对这项技术也十分的重视。从一些发生过强烈地震的国家以及地区的桥梁调查数据表明，首先预应力桥梁的使用和普通的钢筋混凝土的桥梁从外观上几乎是一样的，主要是在设计和施工的合理以及巧妙上，并且预应力桥梁在地震区也具有很强的抗震能力。预应力桥梁主要是采用竖向的力对桥面以及桥心进行分力，这种方法的使用加固了普通的钢筋混凝土桥梁，使其施工所用的材料更加密实，当地震等地质性灾难降临时，桥梁虽然受土层的内力影响，单边行不或过于明显，这就使桥身不会过度倾斜。摆脱通常意义上的横向压力改用竖向可以增强桥梁的抵抗来自水平方向挤压的承载压力，是水平方向的力与竖直方向的相消，达到平很效果从而具有良好的抗震力。

3 预应力混凝土桥梁的耐久性问题

桥梁的建设不可能做到尽善尽美，桥梁在长年的使用之后总会出现裂痕，这是科学上无法控制的外力因素。但可以依靠现代先进的科学技术手段在一定程度上延长桥梁的使用周期。首先，在材质的选择上，尽量选择高科技高密度的材料，承压性较强同时外型上对外部自然条件的抵抗力较强。其次，要增强桥梁的抗疲劳性不仅仅在施工过程中注意，还要注意在投入使用后定期地对桥梁进行保护和维修。对于老化或者磨损较为眼中的部件尽量进行更新，预应力的应用也可以在力的使用下减轻负重，延长桥梁的使用寿命。

4 预应力设计需要注意的问题

虽然说桥梁的设计建造要有科学的依据，但理论上所得到的预应力并不能够代表实际桥梁中就能够达到理想状态，预应力在内力上改变桥梁但无法避免受到自然的影响。桥梁外部温度的变化无论是升温还是降温毫无疑问都会潜移默化的对桥梁的材质造成影响从而导致桥梁的变形，内力变化。天气所带来的温度应力有可能造成桥梁的支点或者桥面中的跨度出现裂缝，久而久之，腹板和底板在温度的影响和作用之下建桥的混凝土就会容易形成裂缝。

【结束语】在众多的桥梁设计当中，预应力混凝土的使用是必不可少的，要充分认识和应用这项技术以提高桥梁的安全性。虽然预应力桥梁的设计在我国的时间并不长，但其优点受到广大桥梁建筑设计师的青睐。在我国国内，对大跨度预应力桥梁的设计到投入使用仍然有很多的问题亟待解决，桥梁工程的飞速发展以及交通运输业的需求推动了该技术的不断发展。本文通过对该项技术的阐述，对其科学理论的探讨，能够使预应力混凝土得到更广泛的认可，只要坚持不断地探索研究，努力克服技术瓶颈，就能将预应力技术进行推广，从而为公路桥梁建设作出贡献。

【参考文献】

[1]李杰,徐岳,郑凯锋预应力混凝土连续刚构桥结构参数分析 [J]广西交通科技;2003年05期