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预应力混凝土连续梁桥直线型布束有关问题的分析在过去的十几年里，我国的大跨径连续梁和连续刚构桥发展很快，目前国内已建成的此类桥型的最大跨径已达270m（虎门大桥辅航道桥）。悬臂施工工艺的成熟，高强度预应力钢材﹑高标号混凝土和大吨位预应力锚固体系的研制开发和应用，这些是促进大跨径预应力混凝土连续桥发展的重要因素。其中由于大吨位预应力锚固体系的应用，而导致连续桥的纵向预应力布束方案的变化。由传统的顶板束﹑底板束和腹板上下弯束的布置型式，向以顶底板直线型束为主，腹板下弯束为辅的过渡，进而发展到全部采用顶底板直线型束的新型布束方案。这种新型布束方案有着比较显著的优点：（1）为混凝土浇筑和预应力钢束张拉带来极大的方便；（2）提高预应力的发挥效果，带来了显著的经济效益。然而，这种布束方案在实际应用过程中，由于设计时忽略了一些因此种布束型式而引起的特殊问题，而导致在实际工程中，特别是在施工过程中产生了裂缝现象。本文就此问题进行了分析，提出在连续梁桥直线型布束设计中应注意的一些问题，供该类型桥梁设计时参考。二存在的问题这种纵向预应力直线型束的布置方案，对于成桥后运营阶段来说，的确是一种很有效1的方案，正如上述的优点。然而，在施工安装阶段，这种布束型式的连续箱梁结构的敏感性比设置下弯束的要强，箱梁主应力主要靠竖向预应力控制。所以，在设计和施工中对于一些不利因素稍有疏忽，就容易出现裂缝。根据作者所知，某公路大桥为三跨预应力连续箱梁结构（45m+70m+45m）。在悬臂施工过程中，3号~8号箱梁节段的腹板上出现很有规律的45°斜向裂缝（见图1）。该桥纵向预应力钢束布置型式，在1~2号节段采用了部分腹板下弯束外，其余均为顶﹑底板直线型束，钢束类型为φj15.24-12，每根束的张拉吨位为2344kN。1完成日期2001年8月30日图1从裂缝分布的规律性来看，其性质基本上为受力裂缝，是局部主拉应力过大而导致的结果。分析该桥的总体设计方面，其截面尺寸拟定以及预应力设计能力均是比较合理的，但为什么会出现如此裂缝，其成因是什么?三原因分析1.理论分析本文作者根据箱梁在施工过程中出现的裂缝规律，取出一个箱梁节段，用有限元方法分析其在施工阶段的受力性能，主要是箱梁腹板在自重﹑预应力和施工荷载作用下的应力分布规律。1．1分析模型（1）取出一个箱梁节段（长3500mm），根据箱梁截面和作用荷载的对称性，取一半箱梁截面（宽9000mm）分析。（2）预应力及挂篮支点位置根据实际施工情况布置。（3）模型采用3D-20Node六面体单元和15Node三棱柱体单元。整个模型共划分为135个单元，1760个节点。（4）分析程序《SAP84微机结构分析通用程序》V5.1。1．2分析参数（1）箱梁混凝土标号：50号。（2）挂篮自重50t，现浇一个箱梁节段重约120t。挂篮上锚点反力211t，后锚点反力56t。（3）每个箱梁节段锚固4根钢束。（4）竖向预应力钢筋为Φ32的精轧螺纹钢筋，间距500mm。1．3分析结果(1)不考虑竖向预应力钢筋作用时（未张拉），在箱梁腹板局部区域有平均值为2.0MPa的主拉应力。其中纵向预应力钢束产生0.4~1.0MPa左右的主拉应力，挂篮支点作用产生1.6MPa左右的主拉应力。(2)考虑竖向预应力钢筋作用时，在箱梁腹板局部区域有平均值为1.0MPa的主拉应力。(a)(b)图2图2（a）是箱梁的截面主应力分布图，图2（b）是箱梁的正应力分布图。(3)该裂缝可以判定为主拉应力超限而产生裂缝。2.原因分析（1）计算模型与预应力盲区在预应力混凝土连续桥的总体计算和施工分析中，一般采用平面杆系的计算模型。这种计算模型对于箱梁截面的总体应力基本是准确的，但对于局部应力则无法反映。特别是箱梁节段的预应力锚固端，平面杆系模型的计算结果是不正确的。根据圣唯南原理，预应力是通过一定的扩散角而均匀地传递给整个箱梁截面，在预应力的作用端部有一区域是不存在预压应力，相反会产生局部预拉应力（这区域可称之为预应力盲区），如图3。这种效应对于直线型束更为明显和剧烈。这在工程实例中反映了这一点。图3（2）布束型式与挂篮布置的脱节在挂篮悬臂施工工法中，大多数挂篮的布置型式是上支点和后锚点布置在预应力锚固端附近，其对箱梁腹板产生的局部拉应力，主要在预应力盲区，所以会加剧该区域的拉应力，特别是后锚点的作用。理论分析也证实了这一点。这在挂篮设计中往往容易忽视的。（3）竖向预应力的张拉不及时和不到位由于挂篮施工工艺的原因，在浇筑下一节段箱梁时，挂篮支承处的箱梁节段，竖向预应力钢筋不能及时张拉，或者张拉不到位，不能对箱梁腹板施加有效的竖向预压应力，与设计预期效果差距很大。（4）正应力控制不足由于直线型束是布置在最大受力部位，对于每个预应力张拉的箱梁节段，因其在悬臂端，其恒载弯矩比较小，但预应力产生的弯矩一般比较大，截面下缘很容易出现拉应力。虽然其数值容易控制在规范容许范围，但会使局部的主拉应力加剧（5）大吨位预应力束的集中锚固由于直线型布束往往与大吨位钢束是相联系的，一般采用15~25孔钢绞线，一束张拉力为2908kN~4847.6kN。顶板束常均锚固在顶板与腹板相交处的承托区域，每个块段端面一般锚固四束，也就是说每个承托有二束，在此区域有5800kN~10000kN的集中力。在此强大的集中力作用下，箱梁截面会产生局部剪力差，激化局部剪应力。四设计对策1．由于中支点附近是连续桥结构弯矩﹑剪力最大的部位，受力比较复杂，所以在中支点附近宜设置部分下弯束。一方面可以使箱梁截面下缘正应力控制在压应力状态，另一方面可以减小箱梁下缘预压应力盲区。同时也可以提供一定的预剪力。2．挂篮布置位置的确定需作局部验算。箱梁后锚点宜上通至箱梁顶板上，这不仅可提高挂篮的支承点的刚度，也可缓解腹板的局部应力。3．竖向预应力在计算中，应考虑不张拉，张拉100%及损失50%几种情况，分析其对主应力的敏感性效应。应保证在最不利状况下，主应力控制在设计允许范围。4．应加强腹板箍筋。根据作者的设计经验，对于大跨径连续箱梁或较宽的单箱单室结构，腹板箍筋直径不宜小于16，间距宜小于150mm。5．慎重采用大吨位预应力钢束。在设计中应注意大吨位束与相应的构造匹配；同时宜尽量使预应力锚固力均匀、分散。五结语预应力直线型束的布置方案，是一种比较有效的方法，然而，在实际设计中，还须根据实际情况作具体分析，合理布置。本文作者根据自己的经验，提出了一些关于在此类桥梁设计中应注意的问题。本文仅是想起抛砖引玉的作用，相信通过大家的努力，预应力混凝土桥梁的设计会更加完善。参考文献[1]李坚.我国预应力混凝土连续梁桥的发展与工程实践.上海:中国土木工程学会桥梁及结构工程学会第十四届年会论文集，2000[2]杨高中等.连续刚构桥在我国的应用和发展.公路.1998年第6期。