预应力混凝土薄壁箱梁桥预应力效应分析

原 桥 配筋 图 ， 案 ①是 不 配竖 向预应 力筋 ， 案② 配 方 方
置 竖 向 预 应 力 筋 ， 将 ２种 方 案 进 行 比较 分 析 。 再
［ 稿 日期 ］２ １ 一 ４ ５ 收 ０ １ Ｏ —２ ［ 者 简 介 ］龙 伟 良（ ９ ２ ， ， 南 望 城 人 ， 程 师 ， 要 从 事 高 速公 路 建 设 与 管 理 工 作 。 作 １７ 一） 男 湖 工 主
纵 向预应 力布束 方 案 （ 图 ５ ， 竖 向预 应 力 和纵 见 ）以
在过 去 的 十几 年 ， 国大跨 径 连续 梁桥 和 连 续 我 刚构 桥发展很 快 。悬 臂施 工 工 艺 的成 熟 ， 强 度 预 高 应 力 钢材 、 高标 号 混凝 土 和 大 吨位 预应 力 锚 固体 系
龙 伟 良
（ 南 省 洞 新 高 速 公 路 建 设 开 发 有 限公 司 ， 南 邵 阳 湖 湖 ４２０ ） ２ ００
［ 摘 要 ］大 跨 径 预应 力 混 凝 土 箱 梁 桥 在 近 ２ ３ 得 到 广 泛 的使 用 ， 对 这 种 结 构 ， 过对 预应 力 混 凝 土 薄 Ｏ一 Ｏａ 针 通
浇顶板 束 中的弯起 束 改为直 线束 。
３ ２ 平 面杆 系有限元计 算结 果及 分 析 ．
通 过 建 立 全 桥 的 平 面 杆 系 有 限 元 模 型 对 保 留 弯
①， 按照 原设计 方 案布 置纵 向预应力 筋 ， 即保 留预应 力 弯起束 。方 案② ， 仍然 参照 原桥方 案 布置纵筋 ， 不
箱梁 桥 ， 截面 为分 离单 箱单 室 的箱 形截 面 ， 箱梁 根部
高 １ 跨 中梁 高 ３ ５ｉ， 板厚 度 由 ３ ｍ逐 渐 变 ２ ｍ， ． 底 ｎ ２ｃ
化 为 １ ０ｅ 腹 板 从 跨 中 至 根 部 分 三 段 采 用 ４ ｍ、 １ ｍ， ０ｃ ５ ｍ、０ｅ 三 种 厚 度 ， 梁 高 度 按 照 １ ８次 抛 物 ５ｃ ７ ｍ 箱 ．
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公
路
工
程
３ ６卷
Ｅｆｅ ｔ ｏ ｅ ｔ ｅ ｓ ｏ ｆ ｃ ｆ Ｐｒ ｓ ｒ ｓ ｆ ＰＣ ｘ Ｇ ｉｄｅ ｉ ｇ ｓ Ｂｏ ｒ ｒ Ｂｒｄ ｅ
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（ ｕ ａ ｏ ｇｉ ｘ ｒｓｗ ｙ ｈ ｏａ ｇ ｕ ａ ２ ０ ０ ｈｎ ） Ｈ ｎ ｎＤ ｎｘｎＥ ｐｅｓ ａ ，Ｓ ａｙ ｎ ，Ｈ ｎ ｎ４ ２ ０ ，Ｃ ｉ ａ
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５００００ ｌ ＯＯ０００
图 １ 不 保 留弯 起 束 的 纵 向 预 应 力 筋 作 用 下 的 内力 图 ０
２ ０ ０ ４ ０ ０ ６ ０ ０ ８ ０ ０
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桥 纵 向 距 离 ／ｎ Ｉ
图 ６ 重 力 作 用 下 的 内 力 图
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改 变钢束 数量 、 料 特性 、 面尺 寸 及位 置 ， 将 悬 材 截 仅
起 钢筋 和不保 留弯起钢 筋 的两种 不 同的方 案分 别进
第 ３期
龙 伟 良 ： 应 力 混凝 土 薄 壁 箱 梁 桥 预 应 力 效应 分 析 预
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行计 算 ， 到使 用状 态 下 结构 重 力 产 生 的 内力 图 以 得 及 竖 向位 移 图 以及 两种 方案 的 预应 力产 生 的 内力 图 以及 竖 向位 移 图分 别见 图 ６一图 ｌ 。 １
方案更 为合理 ， 符合 一定 的力 学规 律 ， 得进行 深 更 值
入的研 究 。
图 ３ 国 内 外传 统 的纵 向预 应 力配 索方 案示 意 图
图 ４ 优 化 的纵 向预 应 力 配 索方 案 示意 图
图 ５ 直 筋 式 纵 向预 应 力 配 索 方 案 示 意 图
本 文纵 向 预应 力 的分 析 采 用 ２种 方 案 ：方 案
底板、 横隔 板 以及齿 板 等 部 位 出现 了各 种 形 式 的裂 缝 ， 的桥 甚 至在未 承 受 活载 的 自重 阶段 就 出现 了 有 裂缝 ， 裂缝 的存 在对 结构 的 耐久 性 、 安全 性 和正 常使
用 都会 产生 十分 不 利 的 影 响 ， 中最 严 重 的箱 梁 腹 其 板 斜 裂 缝 。 从 根 本 上 说 ， 应 力 箱 梁 结 构 性 裂 缝 预 （ 力 裂缝 ） 是 由于 拉 应 力 超 过 混 凝 土 的 抗 拉 强 受 都 度 引起 的 ， 导致 出现 裂缝 等 问题 的原 因 比较 复杂 ， 预 应 力被 普遍 认 为是 其 主 要 原 因之 一 ， 以 明确 预 应 所
壁 箱 梁 预 应 力 综 合 效 应 的 平 面 分 析 ， 便 合 理 地 配 置 预 应 力 筋 来 防止 裂 缝 等 病 害 的 出现 。 以 ［ 键 词 ］预 应 力 混凝 土箱 梁 ；预应 力 ； 面 分 析 关 平
［ 图 分 类 号 ］Ｕ ４ ８ ２ ３ 中 ４ ． １ ［ 献 标 识 码 ］Ｂ 文 ［ 章 编 号 ］１ ７ — ６ ０ ２ １ ） ３ ０ ７ — ４ 文 ６ ４ ０ １ （０ １ ０ — １９ ０
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图 ２ 计 算 模型 图
３ 纵 向预 应 力效 应 分 析
３ １ 分 析 思 路 ．
失 ， 建立 纵 向有效预 应力 有利 。 对
传 统 的纵 向预应力 布束 方案 是根 据受 弯梁 的弯 矩 包络 图设 计的 ， 即是 根 据 不 同应 力 状态 下 受 弯 梁 的破坏形 态设计 （ 图 ３ 。为 了适 应 现代化 标 准化 见 ） 施 工及其 简便性 的需 要 ， 适 当 降低 钢筋 用 量 以 降 并 低造 价 ， 据力学 原 理 ， 许 可 的 范 围 内 ， 传 统 的 根 在 对 纵 向预应力 配束 方 案 进 行 了优 化 （ 图 ４ ， 内外 见 ）国 已据此 成 功 地 设 计 了许 多 预 应 力 连 续 箱 梁 桥 。 自 ２ ０世 纪 ８ ０年 代 末 以来 ， 来 越 多 的 预应 力 箱 梁 桥 越 的设计 中 ， 又取 消弯起 束 和连 续束 ， 采用 了直筋 式 的
图 ８ 保 留弯 起 束 的 纵 向预 应 力 筋 作 用 下 的 内 力 图
岂
、
。
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图 ９ 保 留 弯 起 束 的 纵 向 预 应 力 筋 作 用 下 的 位 移 图
从 内力 图 和 位 移 图 的 比 较 可 以 看 出 ：方 案 ① 和
图ｌ ２
第 二 主 跨 主 拉 应 力 图
［ ｙｗｏｄ ］Ｐ ｏ ｉ ｅ ｒ ｇｓ ｒｓ ｅｓ ｇｆｒｅ ｐａｅａａｙｉ Ｋｅ ｒ ｓ Ｃ ｂｘｇｒ ｒ ｉ ｅ ；ｐｅｔ ｓｉ ｃ ； ｌｎ ｎ ｌｓ ｄ ｂｄ ｒ ｎ ｏ ｓ
线 变 化 。单 幅主梁 截 面 图见 图 １ 。
１ 前 言
大跨 径 预应 力混 凝 土箱梁 桥 在近 二 三十 年得 到
和位移 的效果 上来 说是 一致 的 。从 重力 产生 的 内力 和位移 图来 比较可 以看 出施 加纵 向预应 力所 产生 的
图 ７ 重 力 作 用 下 的 竖 向位 移 图
压 力 可 以 中和 一 部 分 重 力 作 用 下 所 产 生 的 巨大 拉 力 ， 应力 产生 的弯 矩 也在 大 多数 区域 同重 力 作用 预
２ 计 算 模 型
本文 采 用 某 大 桥 作 为 研 究 对 象 ， 主 桥 为 其 １６ｎ ＋ ０ ｌ ３× ０ Ｉ ０ 的五 跨 预 应 力 连 续 刚构 ２ ０Ｉ 十１ ６ｍ Ｔ
析， 计算 模 型见 图 ２ 。
对 于纵 向预应 力 配筋 采取 ２种方 案 ：方案 ① 按
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２ ００ ００ ｌ ００ ００
０ １ ００ ００ ２００ ００
－
２ ５Ｏ０００
－
３００ ００
２ ００ ０ ０ ０
１ ５Ｏ ０００
ｌ Ｏ００００
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４ ００ ００
５００ ００ ６ ００ ００ ７ ００ ００
—
－
－
５ ０ ００ ０
０
桥纵 向距 离 ／ ｌ ｎ
图 １ 箱 梁 截 面 图 （ 位 ：ｃ 单 ｍ）
力 的综 合效 应 ， 以便 更 加合 理 地 配 置 预应 力 筋 来 防
止 裂缝 等 病 害的 出现具 有重 要 的意 义 。
采 用桥 梁 分 析 软 件 （ 梁 博 士 ） 立 平 面杆 系 桥 建 结构 有 限元 模 型分 别 进 行 纵 、 向预 应 力 的平 面 分 竖
第３ ６卷 ， ３期 第
２ ０ １ 年 ６ 月 １
公 路 工 程
Ｈ ｉ ｈ ｙ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎｇ ｇ ｗａ ｇ ｎ ｅ ｉ
Ｖｏ ． ６，Ｎｏ ３ １３ ． Ｊ ｎ ． ，２ ０ １ １ ｕ
预 应 力 混 凝 土 薄 壁 箱 梁 桥 预 应 力 效 应 分 析
的研制 开发和 应用 ， 些 是 促 进 大跨 径 预 应力 混 凝 这
土连 续梁 桥发展 的重 要 因素 。其 中 由于大 吨位锚 固
体 系的应用 而导 致连 续桥 的纵 向预应 力布束 方案 发
生 了变化 ， 由传统 的顶 板束 、 板束和腹 板上 下弯束 底
的布 置型式 向 以顶板 直 线 型 束 为 主 、 板下 弯束 为 腹 辅 的过度 ， 而发展 到 全 部采 用 顶 板直 线 型柬 的新 进
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－
５００００
６００００
拉应 力 的贡献 上却 有着 不 同 的效果 。从 桥梁 博士 中
选 取 第二 主跨 的 主拉应 力 ， 绘制 成 图 ， 图 １ ， 二 见 ２第
２０ ０ ４００ ６０ ０ ８Ｏ０
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