25m预应力混凝土简支T型梁桥上部结构设计文献综述

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25m预应力混凝土简支T型梁桥上部结构设计

摘要：介绍预应力混凝土简支T梁桥国内外同类研究概况、预应力混凝土的张拉方法、预应力混凝土T型梁桥的常见病害、预应力混凝土T型梁桥的设计以及上部结构的内力分析。

关键词： T型梁桥，预应力张拉，设计，内力分析，病害

1. 预应力混凝土连续梁桥发展综述

将预应力的概念用于混凝土结构是美国工程师P.H.杰克孙于1886年首先提出的，1928年法国工程师E.弗雷西内提出必须采用高强钢材和高强混凝土以减少混凝土收缩与徐变所造成的预应力损失，使混凝土构件长期保持预压应力之后，预应力混凝土才开始进入实用阶段。预应力混凝土是第二次世界大战后西欧迫切要求恢复战争创伤而迅速发展起来的，七十多年来取得了巨大的发展和曾就。自60年代中期在德国莱茵河上采用悬臂浇筑法建成 Bendorf桥以来，悬臂浇筑施工法和悬臂拼装施工法得到不断改进、完善和推广应用，从而使得预应力混凝土连续梁桥成为许多国家广泛采用的桥型之一。

我国预应力混凝土的起步比西欧晚大约10年，但是由于大规模建设的需要，不仅发展快，而且应用数量极其庞大。预应力钢筋混凝土的应用为我国的基本建设做出了巨大贡献，又为国家节约了大量钢、木材料。近来三四十年来，我国预应力混凝土桥梁发展很广泛，不论在桥型、跨度以及施工方法还是技术方面都有突破性发展。不少桥梁建设水平已居于世界领先水平。

1. 本次设计中预应力混凝简支T型梁桥设计规范
   1. 工程概况及设计指标

本次设计中，设计桥梁为预应力混凝土连续箱梁（简支T梁）结构，拟定跨径为25m，桥面宽度为18m（0.75m护栏 7.5m机动车道 1.5m中间护栏 7.5m机动车道 0.75m护栏）。 主梁形式为连续箱梁；道路等级为一级；设计车速为100km/h，一类环境；荷载等级为公路-Ⅰ级。详见表2-1。

表2-1本次设计工程概况及设计指标

• 1. 设计依据的主要规范及标准

桥梁是铁路、公路或城市道路的重要组成部分，特大、大、中型桥梁对社会各地区经济文化交流有重要的促进作用，桥梁的安全安全可靠关乎人民的生命财产，因此，公路桥梁应根据所在公路的作用、性质和将来发展的需要，不仅要符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求，也要使得桥型线型优美、尽量艺术化，和周围自然环境相结合。

本次设计所依据的主要规范及标准如下：

1. 中华人民共和国交通部标准.公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2015）.北京:人民交通出版社,2015.
2. 中华人民共和国交通部标准.公路圬工桥涵设计规范（JTG D61-2005）.北京:人民交通出版社,2005.
3. 中华人民共和国交通部标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG 3362-2018）.北京:人民交通出版社,2018.
4. 中华人民共和国交通部标准.公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2017）.北京:人民交通出版社,2017.
5. 中华人民共和国交通部标准.公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2015）.北京:人民交通出版社,2015.
6. 中华人民共和国交通部标准.公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）.北京:人民交通出版社,2011.

表2-2设计依据的主要规范及标准

1. 预应力混凝土连续箱梁桥常用设计软件

为了使得计算更准确、精确，使得结构设计更加安全可靠，通常都要借助桥梁分析计算软件进行计算，常用的桥梁软件有：1、MIDAS 2、ANSYS 3、桥梁博士等。

1. 预应力混凝土与张拉预应力

普通钢筋混凝土在使用中存在两个问题：一是带裂缝工作，不仅使得构建刚度下降，还使得钢筋混凝土的构件不能应用于不允许开裂的场合；另一个是无法充分利用高强材料，在高强钢筋未达到屈服强度时，混凝土就已经出现裂缝甚至压坏，如果充分利用高强钢筋，则混凝土厚度增加，随之自重也大幅度增加，导致钢筋混凝土的使用范围受到很大限制。为了克服抗拉强度低这一缺点，人们在长期的工程实践研究中创造出了预应力混凝土结构。

体内有粘结的预应力混凝土有以下概念：预加应力的目的是将混凝土变成弹性材料，这是全预应力混凝土构件弹性分析的依据；预加预应力的目的是使高强度钢筋和混凝土能够共同工作，这反映了预应力对发挥高强度钢筋作用的必要性，指出了预应力混凝土也不能超越其本身材料强度的界限；预加预应力的目的是实现何在平衡，这揭示了预加力和使用荷载作用效应相等的关系，有助于预应力混凝土超静定结构选择合理的预应力钢筋布置和预加大小。

以下是张拉预应力的两张方法：

• 1. 先张法

先张法即先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。先在张拉台座上按设计规定的拉力张拉预应力钢筋，并进行临时锚固，再浇筑构件混凝土，待混凝土达到要求强度后，将临时锚固松开，缓慢放松张拉力，让预应力钢筋回缩，通过预应力钢筋与混凝土之间的粘结作用，将钢筋的回缩力传递给混凝土，使得混凝土获得预应力。先张法所用的预应力钢筋一般可用高强度钢丝、钢绞线等。先张法不专设永久锚具，依靠预应力钢筋与混凝土的粘结力获得自锚性能。

先张法的优点：施工工序简单，临时固定所用的锚具可重复使用，大批量生产比较经济，质量稳定。

先张法的缺点：只适用于直线型配筋的中小型构件，而不适用于复杂的大型构件。

• 1. 后张法

后张法是先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张拉预应力钢筋并锚固的方法。先浇筑构件混凝土，并在其中预留孔道，预埋套管，待混凝土达到要求强度后，将预应力钢筋穿入预留的孔道，将千斤顶支承于混凝土构件端部，张拉预应力钢筋，使构件也同时受到反力压缩。待张拉到控制拉力后，即用特制的锚具将预应力钢筋锚固与混凝土构件上，使混凝土获得并保持其余预压应力。最后在预留孔道内。最后，在预埋孔道内压住水泥浆，以保护预应力钢筋不会锈蚀，并使预应力钢筋与混凝土粘结成为整体。后张法依靠锚具来传递和保持预加应力。

后张法的优点：适合需配合弯矩与剪力沿着梁长度的分布而采用曲线配筋、施工设备和工艺复杂、配备庞大张拉台座的大型构件。

后张法的缺点：施工工艺复杂，且锚具不可重复使用，分段张拉预应力钢筋时预应力易耗散不能达到计算数值，在灌注水泥浆时不容易将预埋管套填充密室。

在预应力混凝土简支箱梁中，后张法还容易出现的病害如下：箱梁端头麻面、裂纹、蜂窝、缺棱掉角、腹板出现砂显、表面颜色不均匀和气孔。通过优化施工工艺、砂石、减水剂、掺合料的相容性的匹配，能够有效改善后张法预应力混凝土简支箱梁外观质量。

1. 预应力混凝土简支T型梁的部分设计
   1. 耐久性设计
2. 混凝土：

选用低水化热和含碱量低的水泥，避免使用过早形成强度的水泥；选用的集料应干净尽可能避免杂质、坚固耐久、级配应合适且达到设计标准、颗粒完好。在经济适合的情况下应尽量选用优质的粉煤灰和矿渣掺合料。拌和时应注意用水量以及水泥水化热产生热量的温度，以免产生内部气泡导致拌和振捣不密实。在不同的结构部位，应使用不同且适合的配合比及质量的混凝土浇筑，不可都是同样的质量配合比的混凝土，不然会导致有些部位混凝土强度不够，或者有些部位混凝土强度太高而造成不必要的浪费。

1. 预应力体系耐久设计：

在经济条件允许的情况下，钢绞线可采用高强度钢绞线、钢筋采用精轧螺纹钢，且都尽可能采用锈蚀灵敏低的材料。在预应力管道填注水泥浆时，主梁精轧螺纹钢应采用普通压力灌注，剩下的预应力管道宜采用真空压（吸）浆工艺。水泥浆的水灰比应控制在0.3～0.4，水泥浆体的泌水率宜控制在2%左右。

• 1. 线型设计

1. 平面线形：

二级以下公路小桥涵桥梁平面线形必须与桥头引桥段平面线形相协调适应，平面布置应服从路线整体线形设计要求。对于平原地区二级及以下公路特大、大、中桥，原则上要服从路线走向，路与桥综合考虑，尽量使得桥轴线保持直线；对于山地地区，在不与整体线形冲突的情况下，可减少展线的长度，减少工程量，降低造价成本；对于通航的河流上的桥梁平面线形宜采用大半径，利于平纵组合。

1. 纵断面线形：

小桥、涵基本不受影响，纵坡按照规范进行设计施工；大中桥桥上纵坡宜不大于4%，引桥段应不大于5%；在交通量大处，桥上纵坡和引桥段都不应大于3%。所有的桥梁的引桥段纵断面线形都应与桥上线形协调配合。

1. 预应力混凝土简支梁桥设计计算步骤与上部结构内力分析
   1. 预应力混凝土简支梁桥的设计计算步骤

以后张预应力简支梁为例，设计计算步骤如下：

1. 根据设计要求，参照已有设计的图纸与资料，选定构件的截面形式与相应尺寸；或者直接对弯矩最大截面，根据截面抗弯要求初步估算构件混凝土截面尺寸；
2. 根据结构可能会出现的荷载组合，计算控制截面最大的设计弯矩和剪力；
3. 根据正截面抗裂性及抗弯要求和已经初定的混凝土截面尺寸，估算预应力钢筋及非预应力钢筋的数量，并进行合理地布置；
4. 计算主梁截面几何特性；
5. 进行正截面与斜截面承载力计算；
6. 确定预应力钢筋的张拉控制应力，估算各项预应力损失并计算各阶段相应的有效预应力；
7. 按短暂状况和持久状况进行构件的应力验算；
8. 进行正截面与斜截面的抗裂验算；
9. 主梁的变形计算；
10. 锚固局部承压计算与锚固区设计。
    1. 预应力混凝土T型梁上部结构内力分析

桥梁是公路、铁路和城市道路的重要组成部分，特别是大、中桥梁的建设对当地政治、经济、国防等都具有重大意义。预应力混凝土T型梁桥具有整体性能好、结构刚度大，变形小、抗震性能好、行车舒适、施工技术成熟等优点。

在内力分析时，先计算其永久作用和可变作用集度，再取某号梁计算，分析其在人群荷载和车辆荷载作用下的可变作用效应，得出横向影响线最不利的分布图，其余梁类似计算，通过对桥梁上部结构在正常使用极限状态下永久作用集度和可变作用集度的效应计算，分析静载与动载的分布特点，然后通过效应组合可得到该桥梁上部结构的主要内力分布，为上部结构和下部结构的设计提供数据。

参考文献：

1. 邵旭东.桥梁工程第4版[M].北京:人民交通出版社,2016.
2. 叶见曙.结构设计原理第3版[M].北京:人民交通出版社,2014.
3. 邬晓光.桥梁施工及组织管理第2版[M].北京:人民交通出版社,2008.
4. 中华人民共和国交通部标准.公路桥涵设计通用规范[S] (JTG D60-2015).北京: 人民交通出版社,2015.
5. 中华人民共和国交通部标准.公路钢筋混凝土及预应力混泥土桥涵设计规范[S](JTG 3362-2018)北京:人民交通出版社,2018.
6. 中华人民共和国交通部标准.公路桥涵施工技术规范[S] (JTG/T F50-2011).北京:人民交通出版社,2011.
7. 王宏凯.预应力混凝土T型梁桥的设计与实践探讨[J].科技创新导报,2011，15,31 75,10.16660/j.cnki.1674-098x.2011.15.080.
8. 杨明勇.后张法预应力混凝土简支梁外观质量控制[J].工程建设与设计,2020,03,265-267,10.13616/j.cnki.gcjsysj.2020.02.091.
9. 刘和国,雷钧.预应力混凝土T型梁桥上部结构内力分析[A].北京力学会第19届学术年会论文集[C].北京:北京力学会出版社,2013.
10. 陈玉峰,陈万雄.预应力混凝土简支T型梁桥的常见病害与加固[J].兰州工业 学院学报,2016,06,45-48.
11. Chenjian Qi,Lei Bo,Guo Fei. Pre-tensioning prestressed concrete short rib T-beam bridge and construction method thereof[A]. CN108867310,2018,11,23.
12. Wanshui Han,Yangguang Yuan, Xiao Chen,Qing Xie. Safety Assessment of Continuous Beam Bridges under Overloaded Customized Transport Vehicle Load[J]. Journal of Bridge Engineering,2018,06,23(6).

资料编号：[249122]

25m预应力混凝土简支T型梁桥上部结构设计

摘要：介绍预应力混凝土简支T梁桥国内外同类研究概况、预应力混凝土的张拉方法、预应力混凝土T型梁桥的常见病害、预应力混凝土T型梁桥的设计以及上部结构的内力分析。

关键词： T型梁桥，预应力张拉，设计，内力分析，病害

1. 预应力混凝土连续梁桥发展综述

将预应力的概念用于混凝土结构是美国工程师P.H.杰克孙于1886年首先提出的，1928年法国工程师E.弗雷西内提出必须采用高强钢材和高强混凝土以减少混凝土收缩与徐变所造成的预应力损失，使混凝土构件长期保持预压应力之后，预应力混凝土才开始进入实用阶段。预应力混凝土是第二次世界大战后西欧迫切要求恢复战争创伤而迅速发展起来的，七十多年来取得了巨大的发展和曾就。自60年代中期在德国莱茵河上采用悬臂浇筑法建成 Bendorf桥以来，悬臂浇筑施工法和悬臂拼装施工法得到不断改进、完善和推广应用，从而使得预应力混凝土连续梁桥成为许多国家广泛采用的桥型之一。

我国预应力混凝土的起步比西欧晚大约10年，但是由于大规模建设的需要，不仅发展快，而且应用数量极其庞大。预应力钢筋混凝土的应用为我国的基本建设做出了巨大贡献，又为国家节约了大量钢、木材料。近来三四十年来，我国预应力混凝土桥梁发展很广泛，不论在桥型、跨度以及施工方法还是技术方面都有突破性发展。不少桥梁建设水平已居于世界领先水平。

1. 本次设计中预应力混凝简支T型梁桥设计规范
   1. 工程概况及设计指标

本次设计中，设计桥梁为预应力混凝土连续箱梁（简支T梁）结构，拟定跨径为25m，桥面宽度为18m（0.75m护栏 7.5m机动车道 1.5m中间护栏 7.5m机动车道 0.75m护栏）。 主梁形式为连续箱梁；道路等级为一级；设计车速为100km/h，一类环境；荷载等级为公路-Ⅰ级。详见表2-1。

表2-1本次设计工程概况及设计指标

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