大跨度PC桥竖向预应力设计探讨
大跨度ＰＣ桥竖向预应力设计探讨张开银等
面抗剪强度公式。
与斜截面相交的预应力钢筋的抗剪能力Ｑ。（１【Ｎ）按下式计算
Ｑ。＝ｏ．０９≥‰∑Ａ声ｓｉｎ臼＝ｏ．０６８‰∑Ａ圳ｓｉｎ臼
（１１）
口（半＋肝雨）
可得
半一√（孚）２＋ｒ２＝
式中，Ｑ。为与斜截面相交的预应力弯起钢筋的抗剪能力，ｋＮ；Ａ。为预应力弯起钢筋的截面面积，ｃｏ；臼为与斜截面相交的预应力弯起钢筋与构件纵轴线的
夹角。
％２：］‰一√研‰一再ｒ酽蓦一√南。一鲁ｒ２（１７）
的主压应力，与％相等；ａ为应力比（０＜ａ＜１）；
ｕ¨
式中，口：为较小的主压应力，与如相等；口，为较大
根据文献［２］第５．２．１７条，竖向预应力可以从主拉应力为零的条件中得到
ｃ。＝（鲁）２。
高的竖向预应力计算公式。
。如果要计算混凝土强度和预应力混凝土梁斜截面抗剪强度可由式（５）和式（１０）计算求得。同理，由式（１６）可得考虑混凝土强度降低的竖向预应力计算公式，但对工程实际并无意义。
３应用实例
乳＝半一√（学）２＋ｒ２＝ｏ（・２）
式中，盯ｈ为预应力和使用荷载在计算的主应力点产生的混凝土纵向应力；仃ｈ为由竖向预应力钢筋引起的混凝土竖向压应力；ｆ为由使用荷载和弯起预应力钢筋在计算的主应力点产生的混凝土剪应力。
得
盯ｈ＝ｒ２／口ｈ
（１３）
利用桥梁结构分析软件“桥梁博士”，在不考虑横向和竖向预应力的情况下，对一在建汉江公路大桥左幅桥进行结构分析计算（该桥上部构造为三跨一连
三向预应力混凝土变截面箱型连续刚构，孔径布置为
主应力方向与水平轴所成的倾斜角为
ｔ露ｅ＝—生
ｏｈ—ｏｈ
（１４）
实际％不等于ｏ，同理，可推得
锄＞０时％＜０时
口ｈｄｈ＞ｒ２口ｈ口ｈ＜ｒ２
１１０ｍ＋１８０ｍ＋１１０ｍ＝４００ｍ，全桥分上、下行两幅）。
（１５）（１６）
取节点１３、１９、２６、３３、３５、４２、４９、５５为控制截
面，计算出设计法向正应力仃¨剪应力ｒ；再根据式（１０）计算出设计竖向预应力巧ｈ。然后由式（１３）和式（５）分别计算出修正后设计竖向预应力仃ｈ和混凝强度提高系数矗。。左幅箱梁控制截面应力计算结果
见表１。
表１左幅箱梁控制截面应力计算结果Ⅷ）ａ
因此，可将盯ｋ盯ｈ的乘积与ｒ２相比，作为是否出现主拉应力的判别条件。
当满足式（１５）时，只出现主压应力而无主拉应
力；当满足式（１２）时，主拉应力为ｏ；当满足式（１６）时，只有主拉应力，但其值的大小可通过调整仃ｈｄｈ的乘积来主动控制，达到预期值［５］。
由式（１５）可知，随‰增大如可大于零，也就是说主拉应力可变为主压应力，此时混凝土处于双轴受压状态，混凝土强度和预应力混凝土梁斜截面抗剪强度都有所提高，且提高的具体程度由应力比口决
定。考虑另一主压应力％则
一位置粪篇瓣裟荔妻辫
３３３５
边跨根部主跨根部
５．０ｌ４．５３
一３．５７３．０ｒ７
２．５４２．０８
０．２５０．２８
７．７３８．０６
１．２１１．２３
铲半一√（学）２一
铲半＋√（半）２存
如２—丁一一√Ｉ—Ｔ—Ｊ＋ｒ
显然，该设计仅考虑到混凝土材料处于双轴受压状态。由于箍筋的存在和泊松（Ｐｏｓｉｏｎ）效应，双向受力的混凝土结构处于三向受压状态，混凝土箱梁抗
破坏的能力将有所提高。事实上，由于对混凝土箱梁
囫
当以＜１＋萼时，由叮２＝酊３，即
公路交通科技２００４年第８期
竖向预应力认识上的差别，特别是施工过程造成的竖于多轴应力状态下，因而在桥梁结构的预应力设计中应该充分考虑到多轴应力状态下的混凝土材料的强度变化，这样才更合理、更科学。只有充分利用混凝土
材料的受压特性，减小截面的几何尺寸，减轻自重，
向预应力损失过大，箱梁结构往往达不到主拉应力为零的设计意图，为混凝土箱梁的开裂留下了隐患。从计算结果可以看出：修正后竖向预应力的设计值虽然要比修正前的设计值大许多，但却使混凝土强度至少提高了１６．ｏ％，有些部位甚至可提高２７．ｏ％，大幅
度的提高了截面的抗拉、抗弯、抗剪能力。因此，如
以提高桥梁结构的跨越能力，节省原材料的投入，降
低成本。
（２）由于竖向预应力筋较短，在施工过程中造成的竖向预应力损失过大，为混凝土箱梁的开裂留下了
果在桥梁结构竖向预应力设计中，能考虑强度因素的影响，将使设计更为合理。需要指出的是：在结构强度提高的前提下，可进行结构优化设计，减小结构截面的几何尺寸，减轻结构的自重，提高桥梁结构的跨越能力；可大大节省原材料的投入，降低成本。
修正后竖向预应力的最大设计值虽达８ＭＰａ以上，但可通过增加竖向预应力筋根数、减少竖向预应力筋的间距、或采用更高强度的竖向预应力筋等方法来满足设计要求。在结构优化设计的前提下，结构自重的减轻，意味着结构弯矩、剪力的下降，相应的竖向预应力也要减小。在施工过程中，结构的实际纵向预应力与设计值有一些差异，只有通过实际测量的纵向预应力大小，合理配置和调整竖向预应力，以提高结构的抗破坏能力。从这个意义上讲，拓展了桥梁施工监测监控应力测试的范畴，对指导施工具有更重要
的作用。４结语
（１）在预应力混凝土桥梁中，混凝土结构往往处
隐患。同时，结构有些部位的实际纵向预应力也与设计值有较大的差异，只有通过施工监测监控，合理配
置和调整竖向预应力的大小。
（３）本文只是利用双向应力状态下混凝土材料强
度的提高来进行竖向预应力的设计，并没有考虑三轴应力状态的情况，有关这方面的工作有待于进一步通过试验研究，在理论上深入探讨。
参考文献：
［１］
李国平．预应力混凝土结构设计原理［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０００．
［２］
中华人民共和国交通部．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵
设计规范（删０２３—８５）［ｓ］．北京：人民交通出版社，１９９８．
［３］
董毓利．混凝土非线性力学基础［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，１９９７．
［４］
李宏，刘西拉．基于混凝土破坏准则的抗剪强度计算［Ｊ］．工程力学，１９９３，１０（１）．
［５］
牛和恩．虎门大桥工程（第三册）［Ｍ］．北京：人民交通出版社．１９９９．
大跨度PC桥竖向预应力设计探讨
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
张开银， 刘利军， 廖原
张开银(华中科技大学,湖北,武汉,430074)， 刘利军,廖原(武汉理工大学,湖北,武汉,430063)
公路交通科技
JOURNAL OF HIGHWAY AND TRANSPORTATION RESEARCH AND DEVELOPMENT2004,21(8)10次
参考文献(5条)
1.李国平 预应力混凝土结构设计原理 2000
2.JTJ023-1985.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 19983.董毓利 混凝土非线性力学基础 1997
4.李宏;刘西拉 基于混凝土破坏准则的抗剪强度计算 1993(01)5.牛和恩 虎门大桥工程(第三册) 1999
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引用本文格式：张开银.刘利军.廖原 大跨度PC桥竖向预应力设计探讨[期刊论文]-公路交通科技 2004(8)