魏汝海

摘    要：近年来，我国建筑科技迅猛发展，而在桥梁建设技术中，预应力混凝土连续箱梁技术应用也更为广泛，此类结构具有整体性好、抗扭能力强，易于施工等优势。但在设计过程中，其也存在一些技术上的不足和问题亟待解决，否则将对桥梁结构安全、耐久性等造成影响。为此，必须重视预应力混凝土连续箱梁结构设计研究工作。只有保证设计的合理性、科学性，才能最大限度提高桥梁质量，保证桥梁使用性能，延长桥梁使用寿命。

关键词：预应力混凝土连续箱;桥梁结构;设计

1  引言

在桥梁设计中，经常会面对如何选择各构件的断面尺寸等问题。如何将各构件断面尺寸拟定得更合适，如何修正断面的初始尺寸使其具有足够的承载能力，又能节省材料用量，目前主要依靠设计人员的经验及参考已有的设计实例。一个桥梁结构，经修改后的设计是否最优，缺乏理论上的依据，把结构的优化方法引入结构设计中，它能够给结构设计的最优性赋予明确的科学根据。

2  预应力连续箱梁结构优势

简支梁自身结构特点使其跨径通常在30m以内，如果跨径过大，一方面技术难度较高，另一方面也不经济。就目前而言，在国内简支梁有着重要地位的空心板，其跨径不超过20m，若跨径必须超过20m，则以T梁、连续箱梁或小箱梁为主。其中T梁和小箱梁通常为先简支后连续，存在难以适应线型、需要体系转换及梁片数量过多等问题。但预应力连续箱梁采用整体浇筑，不仅跨越能力较大、受力清楚合理，而且适应线型能力强，造型良好，得到越来越广泛的应用。尤其是在经济水平日益提高的情况下，桥梁设计重心逐渐由经济性上转向保证美观和舒适上，这使得预应力连续箱梁在诸多设计方案中脱颖而出，成为首选方案。城市桥梁、对美观有着较高要求的公路桥梁、曲线半径相对较小的桥梁，都建议优先考虑预应力连续箱梁结构。

3  预应力连续箱梁优化设计常量选定的基本原则

3.1  合理布置桥跨

由于预应力连续箱梁结构连续变形的特点，边跨与中跨之比是否合适将直接影响结构的受力合理性。若边跨与中跨之比太大，边跨结构的纵向刚度偏小，与中跨结构的刚度不匹配，在恒载与活载作用下，边跨会出现较大的主拉应力。同时，若边跨与中跨之比过小，会使中跨跨中弯矩过大，而边跨支点可能会出现向上的負反力。一般情况下，等高度预应力连续箱梁边跨与中跨之比可采用0.6～0.8，条件受限时也可采用等跨径;变高度预应力连续箱梁边跨与中跨之比可采用0.55～0.6。

3.2  腹板、顶板及底板厚度

（1）腹板。腹板的最小厚度首先要满足构造需要，并最终取决于受力要求。美国和欧洲规范也只给出预应力管道间的最小净距、保护层厚度，未明确腹板的最小厚度。因此，对于中等以上跨径的预应力混凝土箱梁结构，随着跨径的不同、构造要求和受力需要，跨中腹板的厚度一般为40cm～60cm，支点腹板厚度一般为60cm～80cm。

（2）顶板与底板。对于顶板，其厚度既要满足桥面横向弯矩的要求又要满足布置纵、横向预应力钢筋的要求。腹板间距在3.5～7之间时，顶板厚度一般为20cm～30cm。对于底板， 其厚度需满足纵向抗弯及板内配置预应力钢筋和普通钢筋的要求。在等高度预应力连续箱梁中，底板厚度一般为20cm～25cm;在变高度预应力连续箱梁中，其厚度随负弯矩的增大而从跨中至支点逐渐加厚，支点底板厚度一般为支点梁高的1/10～1/12;跨中底板厚度一般为25cm～30cm。

3.3  悬臂板长度与厚度

悬臂板长度和腹板间距是调节桥面板弯矩的主要手段。悬臂板长度一般为2.0cm～4.5m，悬臂端部厚度一般为16cm～20cm，悬臂根部厚度与悬臂长度相适应，一般为40cm～60cm。

3.4  横隔梁的配置

预应力连续箱梁结构中横隔梁的基本作用是增加截面的横向刚度，限制畸变应力。由于箱梁截面具有很大的抗扭刚度，所以目前很多国家认为可减少或不设置中间横隔板，而仅在支点处设置横隔梁以利于减小支点附近的主拉应力。因此，一般在箱梁每个支点部位设置横隔梁，若为弯箱梁，当内半径在240m以内时，需进行跨间横隔板的设置，它的间距需通过结构分析而定。位于边支点上的横隔梁，其厚度在0.8m～1.2m的范围内取值，而位于中支点的横隔梁，其厚度以支座所在位置等为依据通过受力计算而定，一般要达到1.2m以上，并且还要适应构造方面的要求。

4  预应力混凝土连续箱梁桥梁结构设计要点分析

4.1  预应力连续箱梁构造设计要求

（1）梁高设计要求。对于等高度预应力连续箱梁，梁高一般选用主跨跨径1/15～1/20。对于变高度预应力连续箱梁，支点梁高通常选用主跨跨径的1/15～1/18，而跨中梁高为主跨跨径的1/30～1/50。（2）梁底曲线设计要求。对于变高度连续箱梁，一般选取圆曲线、抛物线及折线等作为梁底曲线，但通常选用抛物线居多。采用抛物线时，需拟定多个抛物线指数，对其结构影响程度进行分析，梁底抛物线指数变化过程中，支点弯矩影响较小，基本没有变化。受影响较大的指标为跨中挠度、截面上缘应力，在不断增大抛物线指数的过程中，跨中挠度也随之增大。通常需要经过反复试算，最终确定最优抛物线指数。

4.2  预应力连续箱梁钢束配置设计

对于预应力连续箱梁，其钢束配置可以分为三种，即纵向、横向与竖向。在中等跨径中，仅配置纵向钢束即可;在大跨径中，需要配置纵向和竖向钢束。竖向钢束作用在于提高抗剪能力，改善支点的主应力;横向钢束一般在悬臂超过2.5m的情况下配置，能提高悬臂板自身抗弯能力。为预应力连续箱梁进行钢束配置时，需要严格遵循以下原则：（1）避免设置反向连续束，这样将会造成摩阻损失，使预应力施加的效益大幅降低;（2）钢束的布置除了要满足受力条件，由于它处在超静定体系，还要防止结构次内力产生;（3）对材料经济指标是否先进进行考虑，这主要和桥梁结构体系、规格尺寸及施工方法等有关;（4）钢束的配置要便于施工，不可随意将其切断，否则结构中将存在很多锚具。

4.3  预应力连续箱梁普通钢筋配置设计

结合过去的经验，对于预应力连续箱梁结构，通常按正常使用状态下的截面应力来设计，根据构造要求对普通钢筋进行配置即可，仅腹板的箍筋在某些时候需要按照计算进行配置。在顺桥与横桥向的上、下缘都按照10cm～15cm的间距配置φ12～φ16钢筋;在腹板的侧面，以10cm～15cm的间距配置防裂筋;对于腹板箍筋，需根据抗剪计算结果确定数量和间距。但要注意，横隔梁上的配筋通常较多，同时所用钢筋的直径还很大，在布置的过程中要注意防止和钢束发生冲突。尽管普通钢筋按照构造要求进行配置即可，但在实际的设计工作中也不可轻视，保证配筋合理性，除了能为施工提供方便，还能对结构的受力予以改善，有效减少运营过程中病害的发生，进而提高结构的耐久性。

5  结语

综上所述，作为桥梁中最常见的结构类型之一，预应力混凝土连续箱梁具有良好稳定性、承载力较大、不会产生较大变形量，同时其还具备极强的抗震性能。于桥梁设计而言，为提高结构整体受力，确保结构安全，必须重视结构设计，并不断的进行完善和更新。在设计过程中应对多方面条件综合考虑，只有保证结构设计合理，才能提高桥梁的承载能力和使用性能，从而延长桥梁的使用寿命。

参考文献：

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