整浇装配式体外预应力桥梁设计方案分析

【摘要】体外预应力混凝土梁式桥在我国桥梁建筑上占我重要的地位，当前，对于中小跨径的永久性桥梁，都在尽量采用体外预应力混凝土梁式桥，因为这种桥梁具有就地取材，工业化施工，耐久性好，适应性强。本文主要介绍体外预应力桥梁设计方案中的一种新方案即整浇装配式体外预应力桥梁设计方案，全文从对整浇装配式体外预应力桥梁设计方案及工程实例的介绍谈起，然后结合工程实例分别就基于整浇装配式体外预应力设计方案的桥梁基础的设计以及桥梁上部结构的设计进行分析说明。

【关键词】整浇装配式 体外预应力 桥梁设计方案

【 abstract 】 external prestressed concrete beam bridge type in China on the bridge architecture of my important position, the current, for small and medium-sized span of the permanent Bridges, as far as possible in the external prestressed concrete beams type bridge, because this bridge has use local materials, industrial construction, good durability, strong adaptability. This paper mainly introduces the external prestressing bridge designs a new scheme that is the whole water of the external prestressing fabricated bridge designs, the full text of the whole water from the external prestressing built-up bridge design and engineering example introduction about, and then combining with engineering examples respectively based on the integral pouring externally prestressed beamtocolumn design scheme of bridge foundation design and the design of the upper structure of the bridge that analysis.

【 key words 】 the whole poured fabricated, the external prestressing, bridge design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、整浇装配式体外预应力桥梁设计方案及工程实例概述

（一）关于整浇装配式体外预应力桥梁设计方案

与传统的城市桥梁设计方案相比，整浇装配式体外预应力桥梁设计方案具有如下几个方面的特点：

第一、整浇装配式体外预应力桥梁设计方案的桥梁工程在施工时，比较容易对几何线形进行控制，而且桥梁的施工质量较好。

第二、基于整浇装配式体外预应力桥梁设计方案的桥梁施工具有施工速度快、周期短的特点。

第三、整浇装配式体外预应力桥梁设计方案的施加荷载晚，而且成桥梁后相应的预应力损失比较小。

第四、基于该设计方案的城市桥梁施工对施工现场周边的自然环境和交通的影响比较小。

（二）工程实例概述

1、相关数据说明

标准跨径为30m（墩中心距）；全桥共120米，分4跨；主梁全长为29.94m；桥面净空为14m；计算跨径为28.86m。

2、设计荷载

（1）公路I级，两侧防撞栏杆重量分别为2.99kN/m。

（2）材料及工艺

①本桥为预应力钢筋混凝土T型梁桥，锥形锚具.

②混凝土：主梁采用C50混凝土，桥面铺装用C40混凝土。

③预应力钢筋：采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）的ф15.2钢绞线，fpk=1860MPa。

3、桥梁整体设计方案

上部构造为预应力混凝土T型梁，梁高1.7 m；下部构造为柱式墩身，肋板式桥台，桩基础。整个桥梁采用整浇装配式体外预应力设计方法进行施工。

二、整浇装配式体外预应力设计方案中桥梁基础的设计

1、荷载计算

（1）构造恒载计算

构造恒载，一孔重4109.525KN；盖梁自重（半根盖梁）304.8KN；横系梁自重300KN；墩柱自重256.2KN。作用在墩柱底面的横载垂直力为2615.76KN。

（2）活载计算

①单孔荷载、单列车时

B1=0, B2= 497.472KN，B1+B2=497KN

相应的制动力T为：

车队10%时T=(550+200)0.1=75KN

车队30%时T=5500.3=165KN

②双孔荷载、单列车时

B1= 355.932KN，B2=257.317KN

则B1+B2=613.249KN

相应的制动力：T为75KN

（3）荷载组合

最大最小垂直反力时，计算见下表

最大弯矩时，计算见下表

2、截面配筋计算及应力验算

作用于墩柱顶的外力中最大和最小垂直力分别为Nmax和Nmin，

其中Nmax=3263.366KN，Nmin=3092.039KN

水平力为H=82.5KN

Mmax=277.17KN.m>212.25KN.m，故取Mmax为277.17KN.m。  

3、桩身弯矩MZ的计算

桩身弯矩MZ的计算公式如下：

式中的无量纲系数Am, Bm可由如下表格查得计算。

三、整浇装配式体外预应力设计方案中桥梁上部结构的设计

1、主梁跨中主要尺寸拟定

（1）主梁高度

整浇装配式体外预应力梁桥的主要高度与其跨径之比通常在1/15—1/25，标准设计中高跨比约在1/18—1/19。本桥采用1700的主梁高度比较合适。

（2）主梁截面细部尺寸

面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。整浇装配式体外预应力主梁的翼板厚度取用110mm，翼板跟部加厚到185mm以抵抗翼缘跟部较大的弯矩。其中，主梁立面图如下图所示。

2、整浇装配式体外预应力钢筋布置

（1）跨中截面预应力钢筋的布置

整浇装配式体外预应力混凝土构件的预应力管道布置应符合《公路桥规》中的有关构造要求。参考已有的设计图纸并按《公路桥规》中的构造要求进行初步布置。

（2）锚固面钢筋束布置

为施工方便，需要将整浇装配式体外预应力构建全部锚于梁端。这样布置符合均匀分散的原则，不仅能满足张拉的要求，而且所有的体外预应力构建在梁端均弯起较高，从而可以提供较大的预剪力。

3、体外非预应力钢筋截面积估算及布置

按构件承载能力极限状态要求估算非预应力钢筋数量：在确定体外预应力钢筋数量后，非预应力钢筋根据正截面承载能力极限状态的要求来确定。

4、主梁截面几何特性计算

整浇装配式体外预应力混凝土梁主梁截面几何应根据不同的受力阶段分别计算。主梁混凝土达到设计强度的90%后，进行预应力的张拉，此时管道尚未压浆，所以其截面特性为计入非预应力钢筋影响的净截面。

5、整浇装配式体外预应力设计方案的施工工序

结合大量的工程实践，笔者总结认为，整浇装配式体外预应力设计方案的施工工序一般如下：整浇装配式体外预应力桥梁施工顺序为:构件的制作和运输通过架桥机或地面支撑结构安装箱型框架和槽板施加体外预应力形成中间承重结构铺设桥面板、绑扎上部钢筋、浇筑桥面混凝土形成整浇装配式桥面结构。

结论：在经济高速发展的社会背景下，我国落后的城市桥梁施工工艺，因施工周期长，造成城市环境污染和交通拥堵情况比较严重，已经成为制约我国经济社会发展的重大问题。为了改善城市桥梁施工中所造成的城市交通拥堵、环境污染等问题，需要加快桥梁的施工速度，而整浇装配式体外预应力桥梁设计方法就是能够解决以上问题的一种有效的方法。实践证明，这种桥梁设计方案具有很好的市场推广价值。

参考文献：

[1]姜正梁.整浇装配式体外预应力桥梁方案设计及有限元分析[D].武汉理工大学硕士学位论文，2010年.

[2]房贞政.预制拼装体外索预应力混凝土连续梁的受力性能探讨[J].福州大学学报，

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[3]牛斌.体外预应力混凝土梁极限状态分[J].土木工程学报，200l(3).

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。