装配式预应力砼箱梁桥设计

摘要：对装配式预应力砼箱梁桥设计从适用范围、上部布梁方式、上下部构造、结构计算等方面进行简要的分析和总结。

关键词：装配式预应力砼箱梁 后张法设计

中图分类号：S611 文献标识码： A

装配式预应力砼箱梁桥（以下简称小箱梁）是近十多年来我国桥梁建设中出现的一种中小跨径桥梁形式，并在国内高速公路建设中广泛采用。

一．适用范围及结构优缺点：

（一） 适用范围及结构形式

小箱梁多用于中小跨径桥梁，跨径一般在20~40米，交通部对于20/25/30/35/40米标准跨径也颁布了通用图。小箱梁采用后张法，结构体系一般为先简支后结构连续，先简支后桥面连续结构小箱梁在国内较少采用，但由于施工方便、工艺简单，也有部分省份采用，立交区变宽桥梁因相邻孔梁片数不同也采用简支结构小箱梁。

小箱梁一般在上跨等级公路/铁路且与主线有一定交角的桥梁中采用，小箱梁有较大跨越能力，斜置角度大，整体性好，外观较美观，施工期间对桥下道路影响小，造价较低，是上跨公路/铁路且与主线有一定交角桥梁的较佳桥形。

由于小箱梁可通过调整纵向湿接缝宽度实现较大幅度的桥面宽度变化，因此在立交区变宽桥梁中也越来越广泛采用。

（二）结构优缺点

与T梁及现浇连续箱梁相比，小箱梁有以下优点：

1． 装配式预应力砼箱梁与同跨径T梁及现浇连续箱梁相比造价经济，以25～35米孔径为例，各种桥型的每平米造价如（表1）

2．适应角度范围大：小箱梁设计角度一般在0～45度，T梁设计角度一般不大于30度，现浇连续箱梁受自身特点限制一般为正交，因此小箱梁结构更适应大斜交桥梁。

3．梁高较低，：以30m跨径为例，小箱梁梁高1.6米，现浇连续箱梁梁高1.8米，T梁梁高2.0米，较低的梁高对于桥下净空受限的桥梁更适用。

4．与T梁相比抗扭刚度大、整体性好，桥梁断面布置中梁片数较少、自重较轻，外形更美观。

小箱梁也存在以下缺点：

1．箱梁吊装重量较重，以30m跨径为例，小箱梁最大吊装重量94吨，T梁最大吊装重量为89吨。

2．平面位于曲线的桥梁当斜角较大时，横向布梁设计中需考虑相邻桥孔梁轴线对齐，否则墩顶负弯矩钢束施工困难，横向布梁方式较为复杂。

3．容易出现沿预应力管道的纵向裂缝。

4．箱内空间小，砼一次浇注内模拆除相对麻烦，箱内质量不便于检验。

二．箱梁设计：

（一）横桥向布梁设计

位于曲线的装配式梁板结构桥梁必须进行横向布梁设计，即在平面图中将各孔每片梁布置出，以确定出每片梁的梁长、边梁悬臂长度，保证横向箱梁布置满足桥梁上部断面尺寸需要。在确定上部箱梁位置基础上，将墩台盖梁尺寸、桩柱位置、支座/垫石位置、挡块位置确定下来。横向布梁设计是否合理，是桥梁设计成败的关键，不合理的布梁设计既会导致下一阶段上下部结构设计麻烦，也会导致施工期间箱梁安装、横隔梁浇筑困难，严重的会导致桥梁报废，因此桥梁设计中一定要重视横桥向布梁设计。

1．斜交角较小的单幅桥一般采用箱梁轴线平行布置：从桥中心开始按预定梁间距向两侧平行布置，此种布置方式边梁悬臂尺寸最接近，纵向湿接缝等宽，相邻桥孔对应梁轴线错开较少。

2．斜交角较小的双幅桥一般采用箱梁轴线平行布置：从每幅桥最外侧开始按预定梁间距向中分带平行布置，此布置相邻桥孔外边梁对齐，较美观，中分带边梁虽错开较多，但在视线外不影响美观。此布梁方式应核查中分带侧相邻桥孔梁轴线错开情况，一般控制在7cm 以内。

3．斜交角较大且位于小半径曲线的桥：如按梁轴线平行布置会导致相邻桥孔边梁轴线错开较多，墩顶负弯矩钢束施工困难。一般采用非平行布置：即每个墩顶沿墩轴线方向定出边梁梁位，假定两边梁轴线间距离为L，拟定梁片数为N，在墩轴线方向墩顶处梁间距为L/（N-1），将各墩顶处梁轴线位置依次连线得出每孔各梁轴线位置。此种横向布梁方式保证相邻桥孔在墩顶处对应箱梁轴线完全对齐不错开，外观美观，缺点是各梁轴线不平行，纵向湿接缝不等宽。

（二）纵桥向箱梁布置：

曲线梁桥，每孔梁长变化在±15cm范围时，可保持预制梁长不变，调整墩顶现浇连续段宽度，每孔梁长变化在±50cm范围时，可调整预制梁长，墩顶现浇连续段宽度不变。墩顶现浇连续段宽度一半不宜大于50cm。

（三）上下部结构尺寸：

小箱梁梁高一般为跨径的1/15～1/20，25m跨径梁高1.4m，30m跨径梁高1.6m，35m跨径梁高1.8m。腹板及顶底板厚度跨中18cm，支点附近25cm，简支端横隔梁厚25cm，跨中横隔板厚20cm（10m设一道），箱梁底板宽100cm，梁间湿接缝宽度40～80cm。III类及以上环境，腹板及顶底板厚度可适当增加。

小箱梁下部结构设计应注意桥墩盖梁悬臂不宜过长，因与空心板、T梁相比梁片数少，箱梁自重较重，盖梁悬臂较大会导致悬臂根部上缘弯矩过大配筋多，悬臂长度不宜大于2.5m。

（四）结构计算及钢束布置

小箱梁桥梁一般按部分预应力A类构件设计，桥面砼铺装可部分考虑参与结构受力。

活载跨中横向分配系数采用刚性横梁法、刚接板梁法、梁格法对比，取最大值。支点处横向分配系数采用杠杆法进行计算。

先简支后结构连续小箱梁基础不均匀沉降对结构受力影响较大，设计中应根据地质情况采用合理的沉降值，一般5～10mm。

竖向温度梯度效应：考虑沥青铺装层和桥面现浇层对温度梯度的影响，按现行规范取值。

预制箱梁钢束布置一般分为腹板束和底板束，第1层布置为底板束，其余层均按腹板束布置。钢束跨中竖向层间距大于1倍波纹管径，一般10cm左右，锚固端钢束布置应满足局部承压尺寸要求。

墩顶现浇连续段负弯矩钢束采用直线型，每片预制箱梁墩顶处布置3～5束，交替布置。

三．注意事项：

（一）箱梁顶面坡度

小箱梁顶板一般与桥面横坡同坡度，保证桥面铺装厚度均匀，顶板横坡不宜过大（≤4%），否则左右侧腹板高差较大，腹板束在锚固端进入顶板与墩顶负弯矩束冲突。桥面横坡超过4%，可通过调整箱梁顶板横坡与桥面横坡的坡差（坡差不宜超过2%）,也可在箱梁底板设置楔形砼垫层或钢板使箱梁旋转，以使箱梁顶板与桥面横坡相同（采用较少）。

位于超高渐变段桥梁，桥面横坡为变值，为保证墩顶负弯矩束施工方便，一联内箱梁顶板采用相同的横坡，横坡可取联内桥面横坡平均值。为保证联内桥面铺装不致薄厚偏差较大，尽量增加联数，减少联长。超高渐变率较大的桥梁也可每孔采用相同的横坡。

（二）反拱设置

小箱梁跨中在张拉钢束及存梁期会产生一定的上拱度，并随存梁期增长而增大， 25～35米跨径小箱梁90天存梁期上拱值一般2～4cm，成桥状态下跨中一般仍有一定上拱度，设计应根据《桥规》6.5.5条中第2条规定核查是否需要设置预拱度（一般都需设置向上反拱）。

表2中是24.5米路基宽，荷载为公路-I级的30米跨径小箱梁反拱度设置。

（三）变宽桥梁注意事项

1．小箱梁一般不能通过调整悬臂长度来适应桥面宽度的变化，多通过调整梁间湿接缝宽度实现。这就造成每孔内各梁轴线不平行，有时偏差还较大，如预制箱梁仍按墩台布孔设计角度设计，会照成墩顶处相邻桥孔预制箱梁梁端间距过大或过小，错牙严重，梁间跨中横隔板错位较大，导致结构受力不利、施工困难。

对于变宽桥梁，在横向布梁设计后，应仔细核查墩顶处梁端间距及跨中横隔板错位情况，如梁端错牙、跨中横隔板错位情况严重，建议按墩轴线与箱梁轴线的交角给出每个梁梁端角度及跨中横隔板角度。

2．梁间湿接缝宽度一般40～80cm，湿接缝宽度过小，砼浇筑质量难以保证，梁片数较多不经济。湿接缝宽度过大，应增大箱梁顶板厚度及配筋以保证结构安全。

3．变宽桥梁一般各孔梁片数不同，横向布梁时应统筹考虑梁片数与湿接缝宽度，在湿接缝宽度合理的基础上尽量使邻近孔梁片数相同，中桥及以下规模桥梁可不考虑梁片数。

4．变宽桥梁一般每个墩台盖梁长度均不相同，墩台盖梁悬臂不宜过大，为使下部墩柱顺桥向总体更美观，建议桥墩盖梁悬臂取统一值，调整墩柱间距，盖梁长度偏差不大的尽量统一，减少盖梁类型。

三．设计优化改进：

1． 25~35米跨径小箱梁的顶底板及腹板尺寸一般在18cm左右（跨中段），建议适当增加，特别是需要增加保护层厚度的III、IV类环境。

2．先简支后结构连续结构小箱梁虽墩顶处设置负弯矩钢束，但由于自身特点，墩顶负弯矩区应力控制较难，建议在桥面砼铺装层墩顶处增设墩顶纵向钢筋。

3．墩台顶伸缩缝处梁端长期承受车辆冲击较宜损坏，对不需在梁体内设预留槽的浅埋式伸缩缝建议也在梁端增设伸缩缝加厚块。

结语：

小箱梁结构桥梁作为一种较为成熟的桥型，随着我国交通事业的发展在祖国各地大量建造，交通部及各省市都已经或正在编制小箱梁标准图纸，以往工程实践中暴露出的问题及不足逐步改进完善，施工工艺也日臻成熟，小箱梁桥梁作为常规结构中的重要桥型，一定会不断推广完善，为我国的交通事业做出更大的贡献。

参考文献

[1]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）

[2]《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）