预应力混凝土连续箱梁配筋设计相关问题讲座.ppt

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1、预应力混凝土连续箱梁配筋设计相关问题讲座,中铁第一勘察设计院集团有限公司2012.5,编写：李林,目录 引 言一 总体设计二 结构计算三 预应力体系设计四 预应力配筋设计相关问题五 预应力箱梁主要病害现象及原因分析,引言 连续梁桥是工程上广泛使用的一种桥型,它不但具有可靠的强度,刚度及抗裂性,而且具有行车舒适平稳,养护工作量小,设计及施工经验成熟的特点。设计一座梁桥必须从桥跨布设,尺寸拟定,钢束布置以及施工方法等方面综合考虑,还要充分考虑设计参数和环境影响。,混凝土连续梁桥的特点,三跨连续梁桥,三孔简支梁桥,VS,由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩大大减小，恒载、活载均有卸载作用。由于弯矩图

2、面积的减小，跨越能力增大。超静定结构，对基础变形及温差荷载较敏感。行车条件好。,连续梁桥的体系特点,混凝土连续梁桥的特点,连续梁桥的适用特点,连续梁桥,简支梁桥,连续刚构桥,跨越能力增加,钢筋砼梁,PC梁,钢筋砼梁,PC梁,钢筋砼梁,PC梁,150m,300m,50m,约2030m,等截面连续梁适用于中小跨度桥梁；变截面连续梁跨越能力显著增加。预应力的使用提高了连续梁桥的跨越能力。由于支座使用和更换条件的限制，混凝土连续梁的跨度不宜过大。,控制值,等截面连续梁,变截面连续梁,混凝土连续梁桥的总体布置,平面布置方式：正交斜交单向曲线反向曲线,连续梁桥平面布置示例,联连续梁由若干梁跨（通常为38跨

3、）组成一联，每联两端设置伸缩缝，整 个桥梁可由一联或多联组成。,平面布置,连续梁桥的施工特点,施工方法灵活，悬臂施工方法提高了连续梁的跨越能力；施工中通常存在体系转换的情况，不同的施工方法会产生不同的恒载内力结果，计算分析中需要考虑结构的形成过程。,混凝土连续梁桥的特点,满堂支架施工,悬臂施工,悬臂浇筑,悬臂拼装,预制简支变连续施工,移动支架施工,顶推施工,一、总体设计 1.1结构形式 预应力混凝土连续箱梁一般包括等高度连续梁、变高度连续梁、连续刚构，连续V构等四种，一般适用于25m以上跨径连续梁。1.等高度连续梁:具有跨越能力小、构造简单，施工方便，适用于小跨径连续梁桥，一般采用现浇施工。2

4、.变高度连续梁：受力合理、悬臂施工；适用于中大跨径连续梁桥,桥墩较矮时宜采用。3.连续刚构：墩梁固接、省去了大吨位支座；适用于桥墩较柔的中大跨径连续梁，桥墩较矮时不宜采用。4.连续V形刚构：构造复杂，造型美观；适用于对造型要求较高的中等跨径连续梁。,1.2 总体布置 结构总体设计主要包括桥梁跨径分配、主梁截面形式的拟定以及梁高等方面的内容。1.2.1 跨径布置 目前，设计工程师认为预应力混凝土连续梁桥的最大理论跨度为250300m，经济跨度为100240m。布置原则：减小弯矩、增加刚度、方便施工、美观要求不等跨布置适用于中大跨度，边中跨比连续梁一般为0.60.8倍,连续刚构一般为0.520.6

5、8倍.推荐采用的边中跨比为0.550.60之间（小的边跨比适用情况：边墩较高或河道内难以采用落地支架时，可采用0.53,保证边墩支座压力）等跨布置适用于中小跨度,混凝土连续梁桥的总体布置,立面布置,分跨的选择,等跨布置,不等跨布置,布置原则：减小弯矩、增加刚度、方便施工、美观要求。,适用于中小跨度连续梁。,边跨与中跨之比 L1/L 一般为 0.50.8（过大，过小的不利情况),VS,连续刚构桥总体布置要点,1.2.2 主梁截面形式 连续梁及连续刚构多采用箱梁截面，适合于节段施工，具有很好的抗弯和抗扭性能，根据桥面宽度可采用单箱单室、单箱多室。一般单双线铁路桥面宽度为712m，均采用单箱单室截面

6、.公路桥先由交通要求确定桥宽，再根据桥面宽度及跨度合理选择。城市桥梁由于桥面要求较宽可采用单箱多室结构。,横断面的选择,依据桥梁的结构体系、跨度、宽度、梁高、施工方法等确定。大跨度连续梁通常采用箱形断面。,实体截面：用于小跨度的桥梁（现浇）空心板截面：常用于1530m的连续梁桥（现浇）肋式截面：常用跨度在1530m范围内，常采用预制架设施工，并在梁段安装完成之后，经体系转换形成连续梁。鱼腹式特点：构造简单，施工方便，适用于中、小跨度的连续梁桥。,箱形断面,具有良好的抗弯和抗扭性能，是预应力混凝土连续梁桥的主要截面型式 单箱，单室，单箱双室截面，双箱单室、双箱双室、多箱单室等 顶板和底板结构承受

7、正负弯矩的主要部位腹板主要承受结构的弯矩剪应力以及扭转剪应力引起的主拉应力 梗腋（或称承托）设置在腹板与顶、底板接头处锯齿块方便预应力张拉锚固,1.2.3 箱梁梁高梁高与跨径、刚度要求、施工方法有关等高度梁实用于中、小跨径连续梁，一般跨径在3060米，现浇施工时多采用。变高度梁实用于大跨径连续梁，60米以上一般均采用变高度连续梁，多采用挂篮悬臂现浇法节段施工时。对于变高梁，一般对于公路桥，支点梁高是跨中梁高的23倍；对于铁路桥，支点梁高是跨中梁高的1.52倍。梁高与跨度比例经验值,梁高的选择,等高度连续梁,变高度连续梁,等截面连续梁,变高度连续梁,变截面连续梁,梁高不变。具有构造、制造和施工简

8、便的特点。适用于中等跨度（4060m左右）的、较长的桥梁。可按等跨或不等跨布置。长桥多采用等跨布置，以简化构造，统一模式，便于施工。,更能适应结构的内力分布规律。受力状态与其施工时的内力状态基本吻合。梁高变化规律可以是斜（直）线、圆弧线或二次抛物线。箱型截面的底板、腹板和顶板可作成变厚度，以适应梁内各截面的不同受力要求。,VS,高跨比 h/L(公路：跨中1/301/50；中支点1/161/25)。,高跨比 h/L(公路：1/151/30）,公路连续梁常用跨度参数,铁路常用等高等跨连续梁参数（多用于高速铁路）,京沪高铁常用跨度连续梁主要设计参数,1.2.4 桥面横坡的形成方式 桥面横坡一般通过下

9、面三种方式形成1.三角铺装垫层成坡：在箱梁顶板与桥面铺装间设置不同的铺装垫层厚度（一般控制在68cm内），该设计方法简单，但额外增加了桥梁自重，特别是桥面较宽时造成设计不经济。(适用于桥面宽度较小时)2.箱梁顶板成坡：箱梁顶板与桥面横坡保持平行，通过桥面板倾斜来形成横坡，当箱顶为一字坡时两侧腹板不等高。（推荐采用）3.箱梁旋转成坡：当箱梁设置为一字坡时可将箱体“刚性旋转”在顶板上形成横坡，该方法设计简单，但施工时较难掌握。（多用于立交桥匝道连续梁）,双线铁路箱梁一般采用顶板成坡,单线铁路箱梁一般采用三角垫层形成排水横坡,公路箱梁一般多采用顶板成坡,铁路箱梁采用角钢支架方案的桥面布置,1.3箱梁

10、细部构造尺寸的确定 箱梁横截面由顶板、底板、腹板、悬臂板、承托构成；各部分构造须满足受力、刚度、构造、施工方便的要求。箱梁各部分组成顶板和底板结构承受正负弯矩的主要部位腹板主要承受结构的弯矩剪应力以及扭转剪应力引起的主拉应力 梗腋（或称承托）设置在腹板与顶、底板接头处锯齿块方便预应力张拉锚固,大跨度预应力连续梁箱形断面的构成特点,顶板,满足横向抗弯及纵向抗压要求；一般采用等厚度，主要由横向抗弯控制（桥面板）。,腹板,主要承担剪应力和主拉应力；一般采用变厚度腹板：靠近跨中处受构造要求控制，靠近支点处受主拉应力控制，需加厚。,底板,满足纵向抗压要求；一般采用变厚度，跨中主要受构造要求控制，支点主要

11、受纵向压应力控制，需加厚。,一般在支点截面设置横隔板。,横隔板,箱梁纵剖面,箱梁平剖面,箱梁横断面,箱梁顶板尺寸 箱形截面顶板厚度一般考虑两个因素：满足桥面横向弯矩的要求；满足布置纵横向预应力钢筋的要求。,公路桥梁顶板经验尺寸 根据行车道板要求、构造要求确定箱梁顶板厚度,跨中顶板厚度一般要求大于d/30（d为箱梁腹板净距）（一般中大跨度时，t=2832cm为宜）；（一般在腹板间距为3.57.0m时，顶板厚度可采用1830cm。）,铁路连续箱梁由于刚度要求较高，顶、底、腹板厚度尺寸一般均比公路箱梁要高，顶板厚度一般为3255cm,箱梁悬臂板尺寸 根据翼板悬臂长度大小，确定翼板根部厚度及变化规律，

12、悬臂长度宜控制在4m以内。,公路桥梁悬臂板经验尺寸采用普通钢筋混凝土结构时，箱梁悬臂长一般在1.53.0m之间取值，大于3.0米时，需张拉横向预应力。（一般情况下，根部厚度3070cm；端部厚度1520cm。）,铁路连续箱梁悬臂板长度一般较小（一般不超过3m），根部厚度一般为5090cm,箱梁腹板尺寸 根据抗剪要求确定腹板厚度及变化规律（一般情况下，腹板厚度从支点至跨中采用直线或折线变化）。整个箱梁的腹板厚度要根据受力需求和纵向及竖向预应力钢筋构造及锚固要求分别设置，当腹板厚度有变化时，其过渡段纵向长度要求大于12倍的腹板宽度差值，以便主应力场的变化顺畅。,公路桥梁腹板经验尺寸,铁路连续箱梁腹

13、板厚度一般为45100cm,箱梁底板尺寸 根据抗弯要求确定底板厚度及变化规律（一般情况下，底板厚度从支点至跨中采用直线或抛物线变化）；箱梁底板厚度随负弯矩的增大而逐渐加厚至根部。根部底板厚度可按根部梁高的1/101/12，跨中底板厚度根据底板弯矩及预应力钢筋的配置要求确定，一般要求大于d/30（d为箱梁腹板净距）。公路箱梁跨中底板厚度一般经验取值为2035cm。,铁路连续箱梁跨中底板厚度一般为3050cm,箱梁顶底板承托（梗腋）尺寸 设计中一般在顶板和腹板衔接处设置承托，合理设置可以提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减少扭转应力和畸变应力。桥面板在腹板支承处的刚度加大后，在箱梁的横向受力中可以吸收

14、负弯矩，减少顶板的正弯矩。承托也使力线过渡缓和，改善应力集中现象和减少次应力。从构造上考虑，利用承托所提供的空间可方便预应力钢筋的布置及锚固，降低箱梁顶、底板的厚度。设计时可参考已建桥梁的相关统计资料，结合预应力钢筋布置及锚固的构造要求来确定承托形式和尺寸。,箱梁横隔板及锯齿块 箱梁横隔板的基本作用是增加截面的横向刚度和整体刚度，限制畸变应力。同时在支承处的隔板还将承受和分布较大支承反力的作用，在中跨跨中的隔板还将克服底板钢束的径向力和箱梁的偏载扭转。横(隔)梁厚度应根据桥梁跨径、宽度，结合支座、桥墩布置具体确定，一般情况横梁在端支点处取1.0m，中支点处取2.0m，横隔梁设在跨中时厚度为30

15、cm。对于顶板和底板的合拢钢束，一般是增设齿块进行锚固。所以齿块和顶板、底板的连接部位受力非常复杂，如果设置不好则导致齿块后面的顶板、底板表面出现横向受拉裂缝。对于此部位的受力，建议进行局部应力分析并用普通抗剪钢筋进行加强。,PC梁桥设计计算基本流程,二 结构计算,2.1箱梁设计计算基本流程,2.2计算模型,纵向计算模型,横向计算模型,横隔梁计算模型,40,PC连续梁桥梁恒载内力计算要点,恒载内力是分阶段分工况叠加而形成的，这即为内力叠加。同样道理，也存在位移和应力的叠加。混凝土连续梁恒载内力的计算与所采用的施工方法密切相关。连续梁的内力计算中存在次内力的影响。,体系转换,结构形成的过程中（施

16、工过程中），从一个施工阶段到下一个施工阶段时，结构的受力体系发生了改变，这种改变称为体系转换。体系转换很多时候体现在结构的受力约束关系的改变上。,计算要点,确定每一施工阶段的结构情况，及计算图式；确定每一施工阶段的荷载情况；内力、位移和应力的叠加。必须注意施工过程中的体系转换，不同的荷载作用在不同的体系上,2.3内力计算要点,内力计算一般步骤,设计拟定结构几何尺寸、材料类型后，模拟施工步骤，计算恒载、活载、温度、沉降等荷载产生的内力，并进行正常使用和承载能力的组合，按组合结果估算钢束的计算内力，按照一定要求将钢束布置好，重新计算并考虑预应力的作用，对各项控制指标作检算，根据计算结果调整钢束布置

17、或结构尺寸，直至满足规范要求。应注意箱梁有效宽度的影响，截面检算时采用的截面特性应按规定考虑有效分布宽度的影响。该过程一般通过计算机软件进行计算，有条件可参考规模相近的同类桥梁进行结构尺寸和钢束配置的拟定。,箱梁内力计算注意事项,1.偏载系数要考虑,2.预应力径向力不容忽视,3.施工荷载的正确计算,2.4结构计算项目及内容,公路规范中规定的计算内容：1.持久状况承载能力极限状态下构件承载力及稳定计算2.持久状况正常使用极限状态下构件抗裂、裂缝宽度、挠度验算3.持久状况和短暂状况构件的应力计算铁路规范中规定的计算内容：1.按破坏阶段检算构件截面强度2.按弹性阶段检算截面抗裂性3.按弹性阶段检算预

18、加应力、运送、安装和运营阶段构件内的应力4.按弹性阶段计算梁的变形（挠度和转角）,铁路规范箱梁计算相关规定,铁路规范箱梁计算控制指标,箱梁计算注意问题及经验控制值,在充分吸取了现有大跨径混凝土箱梁桥存在的跨中下挠、腹板斜裂缝、底板裂缝等病害教训的基础上，从而提出主梁的一些应力控制指标，以及改进缺陷的一些经验措施，作为对设计规范的补充。1.根据纵向计算结果，在满足规范各项要求的原则下，预应力钢束布置要留有一定的安全储备（箱梁截面各项应力控制在规范容许的0.8倍左右）。2.控制腹板主拉应力值，尽量能比规范要求的富裕1MPa以上；3.在运营阶段，主梁宜按照全预应力混凝土构件设计，考虑最不利荷载效应后

19、，跨中下缘应有适量的压应力储备，跨中下缘压应力宜（1+L/100）MPa（L为主跨跨径，单位：m）。分析主梁跨中正应力储备时，建议充分估计混凝土收缩徐变的影响。4.在进行主应力计算时,不计竖向预应力钢筋，将其作为安全储备.5.公路桥在进行局部及横桥向计算时，除了考虑冲击外，建议根据业主的要求，计入适当的活载超载。,6.建议充分估计混凝土收缩徐变对结构的影响。在有条件时，原则上宜进行混凝土的徐变试验，按照试验得出的徐变系数和终极值进行徐变计算；没有试验数据时，建议徐变按照以下三种计算结果中的较大徐变效应作为徐变对结构的影响，前两种徐变计算方法是分别采用不同的徐变系数和徐变终极值，第一种取徐变系数

20、0.0021，终极值k=2.5，第二种取徐变系数0.021，终极值k=2.0，第三种徐变计算方法采用现行规范中相对潮湿度。(不同徐变参数计算出的徐变挠度相差较大，基于收缩徐变的复杂性，充分考虑混凝土的收缩徐变，保证结构的安全。)7.计算时计入构件调整力的影响，通常包括以下两种：连续刚构在主跨合拢前，根据需要在两悬臂端用水平千斤顶互施水平顶推力，以调整主跨及双壁墩身的内力，设计时宜计入调整力对结构的影响。连续刚构在边跨梁处于悬臂状态时，在悬臂端施加竖直荷载，于边跨合拢后卸除，以调整双壁墩身内力，设计时也宜计入其影响。,箱梁计算注意问题及经验控制值,8.计入施工规范允许的误差对结构内力的影响，同时

21、考虑此部分误差引起的收缩徐变内力的变化。9.宜考虑箱梁剪力滞效应对于结构正应力的影响，控制结构的最大正应力在规范容许值之内。另外在验算截面强度时也宜考虑剪力滞效应，对截面宽度进行折减来计算截面强度。(箱梁剪力滞效应引起箱梁断面在腹板处的正应力高于理论计算出来的平均应力，因此正应力设计时，应考虑实际应力会比计算值大，避免正应力超出规范容许值，若忽略此影响就会低估箱梁腹板和翼缘交接处的挠度和应力，致使实际应力大于设计应力，翼缘板的承载能力得不到满足从而出现裂缝，导致结构不安全。)10.计算预应力混凝土主拉应力时，在计算主拉应力时，应考虑横向因素对腹板主拉应力的影响，即cy值应是竖向预应力提供的压应

22、力与内外温度差、活载、张拉横向预应力和张拉纵向预应力引起的径向力等荷载产生的应力叠加。11.建议设计中考虑施工规范容许范围内的自重施工误差对结构挠度的影响，包括结构自重误差5%，铺装层超厚L/7000（L为主跨跨径），但不得小于2cm，同时考虑施工误差对混凝土收缩徐变挠度的影响。,箱梁计算注意问题及经验控制值,箱梁计算注意问题及经验控制值,12.宜考虑钢绞线误差对于结构挠度的影响。13.建议分析全部纵向预应力误差6%对结构弹性挠度的影响，同时分析此项误差对混凝土收缩徐变挠度的影响。14.混凝土收缩、徐变对于结构的影响较大、而且复杂不定，建议充分估计混凝土收缩徐变对结构的不利影响。15.宜考虑活

23、载对于结构徐变挠度的影响。徐变挠度只对永久作用而言。但在繁忙交通的路段上，桥上车流日夜不断，部分活载也实际成了永久作用，也会产生徐变挠度，导致下挠增大。设计时宜考虑部分活载对结构徐变挠度的影响。16.各截面腹板最大主拉应力有可能位于腹板中性轴、腹板上倒角下缘或腹板下倒角上缘，建议计算出其最大值，以免遗漏。17.横向分析时，可以按框架模型计算，必要时采用空间实体单元模型计算。横向分析时，建议考虑自重、桥面铺装超方、活载、活载偏载和超载、底板预应力钢束的径向力及箱内外温差等因素对结构的影响，验算顶板、底板跨中下缘、底板根部上缘、腹板内侧的安全性。,箱梁计算注意问题及经验控制值,18.必要时进行有效

24、预应力不足的敏感性分析.纵向预应力的有效应力随着时间的推移会降低，对特别重要的桥梁，建议进行预应力敏感性分析，必要时可按某一指定的有效预应力不足比例进行配束。19.结构设计时除了根据计算荷载需要的钢绞线外，还应考虑预留一定量的备用钢束，确保结构在运营期出现病害而有补救措施。20.建议设计中对于施工规范容许范围外的误差，能够采取措施予以补救，比如设置体外预应力等。,箱梁计算注意问题及经验控制值,预应力钢束的估算方法：按正常使用极限状态下正截面抗裂性满足要求来确定预应力钢筋的数量。,对于截面上缘：,对于截面下缘：,2.5预应力筋束的估算,正常使用极限状态组合弯矩包络图,预应力筋束的估算,上下缘均布

25、筋时,为保守起见，预应力筋的永存应力取为：y=0.5fpk,预应力筋束的估算,当只在下缘配筋以抵抗正弯矩时,预应力筋束的估算,当只在上缘配筋以抵抗负弯矩时,预应力筋束的调整方法,跨中截面附近,下缘应力不足时:如上缘压应力富余较多,首先减少上缘预应力束增加底板短束（下缘）如有可能预应力束重心向下移上缘应力不足时:如下缘压应力富余较多,（2MPa),首先减少下缘预应力束增加上缘顶板束如有可能,预应力束重心向上移.,预应力筋束的调整方法,支点截面附近,上缘应力不足时:增加上缘顶板束或增加弯起的腹板束如有可能预应力束重心向上移.下缘应力不足时:如上缘压应力富余量较大（2MPa),首先减少上缘预应力束(

26、原因:支座沉降量过大,温度变化大.)如果是桥长较短的等高度连续梁，可增设底板通长束(原因:梁的刚度大(I大,L小 EI/C EI/L变大了)温度和支座沉降产生的正弯矩过大)变高度连续梁：将底板短束近可能延长到支座附近 减少上缘顶板束,增加弯起的腹板束,并将腹板束的重心下移.,位于跨中和支点之间的截面,上缘应力不足时:如下缘应力富余量较大,（2MPa),首先减少下缘预应力束增加上缘顶板短束延长顶板短束并通过该截面将预应力束重心向上移,预应力筋束的调整方法,位于跨中和支点之间的截面,下缘应力不足时:如上缘预应力富余量较大,（2MPa),首先上缘预应力束增加下缘底板短束延长底板短束并通过该截面将预应

27、力束重心向下移,预应力筋束的调整方法,2.6 连续梁桥的变形计算与施工线形控制,（1）预应力钢筋的分类,按走向：纵向力筋（主筋）、横向力筋和竖向力筋三向按位置：分为顶板筋、底板筋、腹板筋（竖筋）按形状：直筋、弯筋、平面筋、空间筋等按受力特性：分为正弯矩筋、负弯矩筋、抗剪筋等按使用时间长短：分为永久性筋和临时筋按布置在混凝土体内或体外：分为体内筋和体外筋按与混凝土是否有粘结：分为有粘结筋和无粘结筋,三 预应力体系设计,3.1连续箱梁中的预应力钢筋形式,（2）纵向预应力钢筋的布置,A.连续配束,小跨度等截面连续梁桥（现浇）中采用；连续跨数不宜过多（一般小于4）。,悬臂灌注钢束布置示意,B.分段配束

28、,适用于大跨度变截面连续梁（刚构）桥特别是采用分段施工的情况,分段配筋示例,C.预应力钢筋的逐段接长,由于力筋供料长度、施工方法和结构受力等方面的原因，有时需要采用连接器把主筋对接或逐段加长。适用对逐孔施工的连续梁桥，其纵向主筋往往采用逐段接长力筋。该方式也用于顶推法施工的连续梁桥，以及混凝土斜拉桥梁部中。,、波纹管、螺旋筋、锚垫板、连接体、挤压头、保护罩、六角螺栓、六角螺母、约束圈、钢绞线、波纹管、保护罩、夹片,多根钢绞线连接器结构示例,特点减小截面尺寸；提高混凝土浇筑质量；无须预留孔道，减少孔道压浆等工序；施工方便迅速，钢束便于更换；钢束线形容易调整，减小预应力损失；但其对力筋防护和结构构

29、造等的要求较高，抗腐蚀、耐疲劳性能有待提高。在桥梁工程中有所应用（新桥设计和既有桥梁加固）。,D.预应力钢筋的体外布置,指把力筋布置在主梁截面以外的箱内外，配以横隔板、转向块等构造，对梁体施加预应力。,体外布筋示例（瑞士Bois de Rosset引桥）,横向布筋在箱梁结构中，若两腹板间距过大或悬臂板外挑过长，就需要对箱梁顶板施加横向预应力竖向布筋当腹板混凝土、普通钢筋、纵向下弯力筋等不足以抵抗荷载剪力时，就需要在腹板内布置竖向力筋。竖向力筋一方面可以提高截面的抗剪能力，另一方面也可以与挂篮施工配合，作为后锚钢筋。材料采用高强度钢筋（钢铰线和粗钢筋），在预留孔道内按后张法工艺施工。,竖向预应力

30、,横向预应力,（3）横向预应力钢筋和竖向预应力钢筋,（4）示例,71,纵向预应力筋数量和布筋位置要根据结构在使用阶段的受力状态确定（弯矩包络图），同时，也要满足施工各阶段受力需要。不同的施工方法，在施工阶段的受力状态存很大差别，因此配筋必须考虑施工方法。应避免使用多次反向曲率的连续束，避免引起很大的摩阴损失，降低预应力束筋的效益。预应力钢束布置应满足相应规范规定的构造要求以及所采用锚具相关参数的构造要求，锚具布置要满足安放张拉设备所需要的空间要求。,、纵向预应力筋,布束的基本原则,3.2预应力筋布置（三向）,选择合适的力筋形式和锚固形式；选择预加力大小适当的束筋，以达到合理的配筋形式；若预加力

31、过小，束筋过多，管道多，增大结构尺寸；如预应力过大，受力过于集中，引起局部压应力过大箱形截面考虑剪力滞效应，应尽量靠近腹板布置，同时减小下弯束的平弯角避免在同一截面锚固，可分散锚固，如在同一截面，要适当分散，可减小锚下局部应力,宽翼缘箱形截面梁的两腹板处受对称垂直力作用时，其上、下翼缘的正应力沿宽度方向向呈不均匀分布的现象称为剪力滞或剪力滞效应即腹板对接处的顶底板正应力出现峰值平均值,1.悬臂施工,分为悬臂束（施工束），合拢束（连续束），边跨束悬臂束：支撑梁体自重，施工荷载，施工一段，张拉一束 a.顶板束不下弯：在顶板内锚固，施工方便，不需竖弯；b.顶板束下弯：在腹板或顶底板锚固，顶底板锚固要

32、有齿块,合拢束：满足跨中合拢段正弯矩要求，在下缘布置。边跨合拢束：与满堂支架现浇相同,直线布束方式：顶板预应力筋沿水平布置并锚固在梗肋处，可减少预应力筋的摩阻损失，穿束方便，改善了腹板的混凝土浇注条件；水平预应力筋的设计和构造仅由弯曲应力决定，而抗剪强度则由竖向预应力筋来提供。,曲线布束：预应力筋在腹板内弯曲并下弯锚固在腹板上，以减小外荷载所产生的剪力。此时腹板应具有足够的厚度以承受集中的锚固力。,跨径较小时，采用连续曲线束（布束简单，摩阻力大，穿束困难）桥梁总长100m,2.满堂支架施工,跨径较大时，为了减小摩阻损失，可采用分段配筋 a.两端张拉（顶板张拉）b.一端张拉：底板预先埋置锚头（锚

33、固式）上部为张拉式锚头,3.简支转连续 分为先期束和连续束,先期束：简支梁连续束；待墩上接缝混凝达到规定强度后，用设置在接缝顶部的局部顶应力钢筋来建立结构的连续性,4.逐跨施工,主索布置往往采用逐段接长配筋，接头位置设置在支点截面，也可设在离支点约1/5跨径附近弯矩较小的部位,5.顶推施工,前期张拉力筋-为顶推施工需要而设置，施工过程中，箱梁每一截面均会出现最大正、负弯矩，通常在截面的上、下缘配置直线筋，各段之间采用“逐段接长配筋”,后期张拉力筋，依照使用阶段要求补充设置的力筋，分直筋和弯筋直筋配置在支点顶部和跨中底部，弯筋设置在腹板内，水平投影长度为跨径倍，锚固1/3跨径腹板内侧齿板上,设计

34、中，需要对结构施加横向和竖向预应力横向预应力加强桥梁的横向联系，增加悬臂及顶板的抗弯能力。一般布置在横膈梁或顶板内；采用高强钢绞线或粗钢筋箱梁横向预应力筋趋向于采用扁锚体系，以减少布筋所需空间，便于减小顶板尺寸。,、横向和竖向预应力筋,竖向预应力提高截面的抗剪能力，设置在腹板内；一般采用高强粗钢筋，轧丝锚固在预留孔道内按后张法工艺施工；竖向直线配置，也有用预应力钢丝束和钢绞线作为竖向预应力筋，须留孔道按后张法工艺张拉施工的。在施工中常考虑利用竖向预应力筋作为悬臂挂篮的后锚装置。由于竖向预应力筋较短，预应力损失较大、施工控制容易失当，很容易造成大部分预应力丧失，因此需要明确采用二次张拉工艺完成。

35、,1.悬臂施工的公路连续刚构桥一般采用大吨位预应力群锚体系，这样可以减小箱梁断面，纵向预应力筋尽量靠近肋的位置排列，集中锚固在腹板及腹板的上承托处。这样既有利于端面的局部承压，又可以减小预应力筋弯曲所产生的横向内力。并应考虑对称受力的需要，每个断面的锚固数布置成双数。布置时可采用平弯与竖弯相配合，使锚头在各块件端面的位置不变，以方便张拉千斤顶定位。在满足腹板主拉应力条件下应尽可能减少向上向下的弯起束，以方便腹板混凝土的浇筑。2.一般大跨度梁将顶板纵向悬臂束下弯、底板连续束上弯、以降低腹板主拉应力。建议每节梁段至少应有两根顶板束下弯至腹板中性轴以下锚固。纵向力筋弯入腹板,要考虑力筋管道对腹板截面

36、的削弱，应适当增加腹板厚度，并妥善处理锚固区的细节设计。3.横向钢束：建议利用桥面板的横向坡度和板截面的变高度，把钢束布置成曲线形状，以发挥预应力束的偏心效应和提高箱梁顶板的抗裂性。设计横向钢束时，必须保证最终预应力值大于顶板横向弯曲和畸变叠加的拉应力。,、预应力体系配筋设计关键要点,从预应力作用的原理来看，预应力所提供的所有内力是通过预应力锚板对锚下混凝土施加压力来提供局部轴力，此轴力沿预应力走向不断通过梁体的纵向剪切扩散直至形成全断面的偏心受压状态。单侧扩散角度约为26左右，由于箱梁构造复杂，以箱梁底板中心线处的钢束为例，预应力扩散是先扩散至全底板，再沿腹板向上，然后在顶板向两侧扩散。这样

37、，布置于底板中心处的纵向预应力要从锚固断面延伸很长一段距离，方能达到全断面受力的效果。采用常规结构分析工具进行结构计算时，多数都采用了全断面受力的假定，则忽略了上述不利影响，从计算结果中无法真实地反映实际应力分布情况。同时，当底板纵向预应力布置在底板中心附近时，由于变截面箱梁梁底纵向曲线引起预应力的径向分力，也会导致箱梁底板横向弯矩增大。将钢束布置在腹板附近是缩短预应力传递长度的有效方法，这样有效预应力能够沿腹板和底板双方向传递。同时由于钢束靠近腹板，预应力的径向分力对底板产生的弯曲效应也大大减小。,4.等高度连续梁应优先布置腹板预应力钢筋，尽可能少的布置顶底板较长预应力钢筋；以减小预应力次内

38、力对桥梁的不利影响。5.悬臂施工的变高连续梁，腹板下弯锚固可以抵抗下弯覆盖截面的剪力，但是减小了抗弯抵抗能力，总的说来对全桥经济性没有大的影响。6.梁端部位应配置弯起锚固钢束，一般弯起锚固在梁端横隔板上；对于弯起锚固于桥面的钢束应重视该处的耐久性设计细节。7.预应力钢筋的保护层厚度应满足规范相应规定。8.设计时建议对纵横竖三向预应力钢筋、支座锚固钢筋、腹板箍筋等构造进行图纸放样，尽量避免相互干扰，以保证预应力钢筋的布置合理。9.纵向钢束需要平弯的，应妥善处理好平弯与腹板箍筋位置重叠的问题，以避免过分削弱腹板抗剪能力。10.预应力钢筋弯曲处，会在弯曲平面内产生垂直于预应力钢筋的径向分力。在布置钢

39、束时应尽量避免这个力对结构局部造成不利的影响。,树立空间意识，进行图纸放样，避免相互干扰，合理布置钢束位置,11.预应力钢束锚固位置应尽量布置在靠近截面厚实部分附近，并尽量让锚固力传至全截面的区段尽量短。12.在悬臂板根部等预应力钢筋布置密集处，应避免孔道过多对结构局部产生不利的影响，必要时可以加大结构局部尺寸。13.腹板下弯束宜对称于腹板布置，宜锚固于距箱梁顶截面高度的2/3位置处。14.跨中顶底板应预留连续束数量的10%并不少于2孔的备用孔道，如施工中未动用，则将喇叭口封闭，作为运营期的备用孔道。（有效预应力不足时，补救措施通常有两种方法：一是预留体内备用钢束，管道预埋好，不穿钢绞线，封住

40、喇叭口，需要时打开喇叭口，张拉钢绞线再灌浆；二是预留体外预应力钢束，根据桥梁运营情况，需要时再张拉，比如苏通长江公路大桥辅航道桥。）,15.由于竖向预应力钢筋锚固在桥面容易失效（箱顶混凝土实际标号偏低、桥面渗漏水等因素），设计时应充分考虑。16.一般情况下竖向预应力作为安全储备，不参与主拉应力计算，必要时可考虑0.5倍的预应力效应。竖向预应力宜对称于腹板布置，对于梁高大于6m的梁段宜采用钢绞线，采用精轧螺纹钢筋时应明确要求采用二次张拉工艺，以保证其有效性。竖向预应力钢筋应滞后23节段张拉。当竖向预应力采用精轧螺纹粗钢筋时，建议在不少于1的竖向预应力下设测力环，并用扭矩扳手做扭力测定，采用二次张

41、拉工艺完成。（竖向预应力锚固完后，由于底板底面不平和施工过程中对主梁的震动，会使竖向预应力的锚头松动，建议在张拉完12周内，对竖向预应力再进行一次张拉，确保达到设计吨位。）,17.横向预应力宜采用扁锚体系，滞后23节段张拉。采用一端张拉一端轧花固定的锚固方式，有条件时应采用两端交叉锚固。18.按全预应力构件设计时，最不利荷载组合下，正截面最大压应力不宜大于规范限制的0.9倍，最小压应力储备宜控制在1MPa左右。19.波纹管净距原则上不宜小于7cm。20.顶底板钢束宜尽量靠近腹板布置，钢束宜平弯靠近腹板锚固，否则应验算锚前和锚后的局部应力。锚固齿板应与腹板连成整体，齿板不宜做成横向贯通齿板。21

42、.要注意钢束平弯和竖弯曲线的配合及钢束之间的空间位置关系。钢束一般应尽量早点平弯，在锚固前竖弯。22.箱梁底板钢束应改变传统的与底板平行设置而造成在梁段节点处形成死弯的缺点，应将底板钢束管道顺桥向各点均设在一条平顺的曲线上，为此每梁段中的管道距离底板的竖向距离应按照钢束曲线计算得出，而不是定值。(近年来发生的大跨径连续刚构桥由于底板钢束径向力产生的病害较多，产生病害的原因大致分为两种：一是底板钢束不平顺，局部产生死角，死角处钢束产生较大的径向力，导致底板钢筋和混凝土受到较大的崩力；二是底板防崩钢筋设计不到位，没有起到防崩的作用。因此首先从钢束线形设计上来减小钢束的径向力是很必要的。),23.箱

43、梁中跨跨中及边跨现浇段与悬臂端相接处底板的纵向预应力管道宜尽量靠近底板上缘布置，即可紧贴箱梁底板的上层钢筋，以增大截面抵抗钢束径向力的抗剪厚度。,任意点径向分力集度q=T/r，其中T为该点有效预应力，r为该点曲率半径。,24.箱梁纵向钢筋和横向钢筋的间距不宜大于15cm，纵向钢筋和底板横向钢筋直径不宜小于16mm，腹板箍筋直径不宜小于20mm，当顶板设有横向预应力时，顶板上层钢筋和箱内顶板下缘横向钢筋直径不宜小于16mm，悬臂下缘和箱中承托下缘钢筋直径不宜小于12mm。(适用于大跨连续箱梁)25.建议在两个管道之间及最外排管道的外侧均设底板预应力防崩钢筋，防止底板预应力钢束张拉时将底板下缘保护

44、层崩裂，每一个管道的防崩钢筋的面积按照下式计算:,26.建议边跨底板预应力钢束有20且不少于2束的预应力钢束按直束布置通过支座外，其余底板束一律上弯锚固。27.纵向预应力管道的平弯和竖弯半径在有足够空间的情况下，尽可能采用较大半径，以减小管道平弯和竖弯引起的局部拉应力。28.在布置主梁纵、横、竖三向预应力钢束时，应错开位置，避免钢束的锚头、管道相互干扰，或锚头管道与普通钢筋干扰，而不能准确到位，从而影响预应力的效果。29.预应力钢束的张拉龄期除满足混凝土强度条件外，建议对加载龄期提出要求，加载龄期最少不得小于5天，主跨跨径大于200m的桥梁，加载龄期不得小于7天，以减少收缩徐变的影响。张拉时，

45、对于加载时的混凝土弹性模量提出要求。30.建议尽可能增大主梁的预应力度，控制主跨跨中在永久作用下的下挠。31.预应力配束时尽量减少预应力钢束的类，以利设计和施工。一般腹板束采用12种类型（建议优先采用15-12、15-9），顶、底板束采用12种类型（建议优先采用15-9、15-7）。具体类型可以根据结构跨径大小确定。,32.建议构造端部与底、顶、腹板表面设置1015的后仰角，以减小齿板端部下部的受拉范围和大小，同时给齿板后部受剪区增加压力。在齿板端部宜设置足够的受拉箍筋，并将开口端锚固于原结构内。33.在管道竖弯范围内宜设置防崩箍筋，并将开口端锚固于原结构。,34.洞边缘钢筋直径不宜小于16m

46、m，间距不宜大于15cm。35.从施工辅助工艺上保证有效预应力值。,盖帽和观察孔,真空辅助压浆工艺,桥梁上部构造实例,广东番禹海鸥大桥,、预应力钢束布置细节设计,1.钢束的布置应注意首先满足规范规定的构造要求。横断面布置控制因素：管道间距 预应力管道间的距离，以及管道到箱梁混凝土外缘的距离应满足规范相关的要求。(公路规范及铁路规范有所差别)分层布置时应使管道上下对齐，这样有利于混凝土的浇筑和振捣，不可采用梅花形布置。并应使长束布置在上层，短束布置在下层。这样既符合施工顺序，不会发生干扰，同时长束通过的梁段多，放在上层能更好地发挥其力学效应。建议在一般情况下预应力管道的水平净距不小于60mm，竖

47、向净距不小于40mm。竖向最好不要超过3层叠置。,铁路桥规相关规定,铁路桥规相关规定,铁路桥规相关规定,铁路桥规相关规定,铁路桥规相关规定,公路桥规相关规定,公路桥规相关规定,2.钢束的布置应注意满足所选用预应力锚具的构造要求。钢束的弯曲和锚固 钢束锚固位置应满足锚具的最小锚固空间和最小张拉空间的要求。锚固空间一般也不宜采用极限值，以防止混凝土局部应力过大。锚固、起弯位置不宜太集中，以防止截面局部应力过大，顶、底板束在同一个腹板两侧不宜超过4根同时锚固。顶、底板束采用锯齿块锚固，钢束在起弯锚固时应保证弯曲半径的取值和最小直线段长度的取值不能太小，同时要尽量减少锚固槽口、锚块的构造类型，以便于设

48、计、施工。对于预应力起弯半径的规定除满足桥规的要求外，宜参见预应力产品资料中关于钢束最小起弯半径和锚固区最小直线长度的要求：条件许可时可加大曲线半径，以便于穿束和压浆。对于曲线箱梁，应设置预应力钢束防崩钢筋，预应力钢束的径向力为q=P/R。防崩钢筋应力一般取5080MPa。,所选用预应力锚具的构造要求,、其它相关构造,大跨径连续梁桥和刚构桥的预应力混凝土箱梁，结构刚度大，变形小，抗风、抗震能力强，经济，耐久，因此，跨径在30350m范围的公路桥，广泛采用箱梁桥方案。但是，箱梁桥在使用期间，常出现“腹板开裂”和“跨中下挠”等病害问题，且随着时间的延续而不断发展。尽管在多次全国桥梁学术会议上对于桥

49、梁病害的原因有所探讨。归结起来，总是定性地认为，由于桥梁超载，预应力损失大，施工不当，混凝土的收缩、徐变大，以及结构构造弱和设计中没有考虑空间作用、温度影响等因素所致。但是，实际上，箱梁桥的病害远没有真正解决。应从桥梁设计中的问题诸如纵向预应力束的设计、竖向预应力筋的采用、腹板及箍筋的合理设计以及材料选用等作出探讨。桥梁的开裂和下挠影响到结构的使用性、耐久性及安全。,四、预应力配筋设计相关问题,1.腹板主预应力束的设置 弯曲预应力束不可少 为了抵抗梁的自重和梁上的荷载所引起的弯矩和剪力及其产生的弯曲拉应力和剪应力，防止梁跨中下部出现竖向裂缝和梁腹中产生斜向裂缝，提高梁的受弯承载力和受剪承载力，

50、箱梁桥腹板中应配置有足够的主预应力束，并且，通常，它由纵向预应力束和离支座不同距离处的下弯预应力束组成，但是，80年代末以来，国内不少大跨径预应力混凝土连续梁和连续刚构的箱梁桥设计中采用了全部直线式的纵向预应力束(没有下弯预应力束)，另加竖向预应力筋的方案,图3 有下弯束的主预应力配束方案,图4 直线式的主预应力配束方案,80年代末提出的这种仅配直线预应力束的方案的目的是简化施工，减少预应力束的摩擦损失。然而，近二十年来，按这种设计方案建造的大跨径预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥，普遍地在梁腹中出现斜裂缝，有的甚至相当严重。最近几年设计建造的连续梁桥及连续刚构桥由于加设了弯起预应力束，腹板斜裂