刘婉玥，杨凯

（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088）

1 前言

为了适应现代桥梁的工业化进程，越来越多的桥梁构件采用了预制拼装的设计施工方法。桥梁上部结构采用钢截面配合先张法预应力桥面板可以最大限度地实现桥梁的装配式施工，极大地提高了施工效率和安全性。其优势在于施工简单，不需要特制锚具，虽然需要较大的台座或成批的钢模、养护池等固定设施，但在大批量生产时，经济优势明显且质量稳定，适用于中小型构件的工厂化生产。

传统先张法预应力构件均采用直线式布束，而折线式布束方式由于可以更好地匹配弯矩包络，以及产生竖向预应力来提高结构抗剪能力，因此得到了广泛关注并研发运用到先张法预应力构件中。2015年，鄄城黄河公路大桥引桥50m混凝土T梁运用了先张法折线式预应力；2017年，都九高速鄱阳湖二桥引桥工程中也应用了先张法折线式预应力T梁。

2 工程实例

某钢箱组合梁采用双主梁结构，钢箱腹板间距为1.2m（外-外），两片钢箱之间净距为5.9m。钢箱梁跨间设置框架式横隔板，端支点处设置实腹式横隔板；中间横梁及端支点横梁均采用H型钢，与钢箱梁采用栓接连接。钢箱梁采用直腹板形式，其截面中心线处组合高度为 3.21m（顶-顶），其中钢箱梁高2.8m（顶-顶），高跨比1:15.58。钢箱梁主要由顶板、底板、腹板、顶板加劲肋及受拉区加劲肋等组成，采用Q345qD板材。

桥面板拟采用先张法预应力混凝土结构，预制部分采用C40混凝土，现浇湿接缝及剪力钉槽均采用C55补偿收缩混凝土。桥面板宽12.75m，悬臂长度为2.025m，承托处板厚0.4m，悬臂处及跨中处板厚0.3m。桥面板内配置15.2-1预应力钢束。横桥向全宽预制，纵桥向通过钢筋混凝土湿接缝连接。桥面板预留孔洞，孔洞处的钢箱主梁顶板和湿接缝处设置剪力钉群，待桥面板就位安装后，浇筑湿接缝及剪力槽混凝土与钢梁连接。桥面结构布置形式如图1、图2所示。

图1 钢箱-混凝土组合梁桥桥面板横断面图

图2 1/2钢箱-混凝土组合梁桥桥面板平面图

3 先张法预应力混凝土桥面板受力分析

桥面板按照整体单向板计算，纵向长度一般取单位长度。桥面板横向按A类部分预应力构件进行设计。对比直线式预应力配筋以及折线式预应力配筋方式下桥面板受力特点。

3.1 有限元建模

采用通用有限元分析软件MIDAS Civil进行建模，桥面板采用梁单元，钢箱部分采用板单元进行模拟，整个模型共92个单元，113个节点，模型如图3所示。

图3 有限元模型示意图

桥面板与钢箱之间采用弹性连接，连接刚度按照剪力钉抗剪刚度进行计算。根据《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/T D64-01-2015）计算焊钉连接件的抗剪刚度。

式中：k为焊钉连接件的抗剪刚度（N/mm）;d为焊钉连接件杆部的直径（mm）；E为混凝土弹性模量（MPa）；f为混凝土抗压强度标准值（MPa）。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）（以下简称《规范》）计算桥面板车轮荷载分布宽度如图4所示，并根据车轮荷载分布宽度得出车轮荷载分布给各单元的比例系数。

图4 桥面板车轮荷载分布宽度示意图（单位：mm）

由于车辆荷载后轮轴重最重，单个轴重70kN，对结构受力影响最大，考虑横向最大车道数及车轮间距进行横向移动荷载的最不利布置。

3.2 直线式及折线式布束计算结果对比

根据《规范》，对直线式及折线式先张法预应力混凝土桥面板计算结果进行对比分析，直线式预应力布束采用双排预应力，每排3根，即每延米6根15.2-1钢绞线；折线式预应力布束采用每延米3根15.2-1钢绞线，计算结果如表1、表2、图5～图8所示。

图5 先张法直线式预应力桥面板抗弯承载能力包络图（单位：kN·m）

图6 先张法折线式预应力桥面板抗弯承载能力包络图（单位：kN·m）

图7 先张法直线式预应力桥面板抗剪承载能力包络图（单位：kN·m）

图8 先张法折线式预应力桥面板抗剪承载能力包络图（单位：kN·m）

根据以上计算结果可以看出，直线式预应力布束和折线式预应力布束方式均能满足规范中桥面板承载能力要求，且折线式预应力钢束用量更少。针对桥面板常见的开裂问题，也做了详细的计算，计算结果如表3所示。

桥面板抗弯承载能力计算表格 表1

桥面板抗剪承载能力计算表格 表2

桥面板抗裂计算表格 表3

根据以上计算结果可以看出两种布束方式在长期效应作用下正截面均未出现拉应力，短期效应作用下最大拉应力也均符合σ-σ≤0.7f=1.86MPa，斜截面最大主拉应力也小于1.86MPa，因此截面抗裂性能均符合规范要求。

4 结语

①先张法预应力构件的推广使用，可以为桥梁的全装配化施工助力，保证了施工效率和产品质量，同时也避免了大量混凝土现浇作业带来的施工风险和环境污染。

②先张法预应力构件主要采用直线式布束，经过计算对比发现，折线式布束方式可以更好地匹配弯矩包络，因此，可以使用更少的钢绞线达到同等的抗弯承载能力；由于产生了竖向预应力，对构件抗剪承载能力也有所提升。

③现阶段先张法折线式预应力主要借助弯起器在梁肋中进行应用，在桥面板这类厚度较薄的预应力构件中使用时仍有一些限制，包括弯折角度、弯起器安装空间等，亟待进一步研发。