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预应力混凝土连续桥梁施工期末论文

预应力混凝土连续梁桥的设计和施工

姓名：

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工程管理2011级112班

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摘要：

预应力混凝土连续梁桥结构在如今的工程中得到了广泛应用，因此研究预应力混凝土连续桥梁施工是非常重要的。

预应力混凝土连续桥梁的施工应包括选择施工方法，进行必要的验算，选择或设计、制造施工机具、设备等。

通过阐述预应力混凝土连续梁桥的发展趋势和施工方法、特点，并简要说明桥梁施工控制的必要性，最后结合我国目前的混凝土施工控制现状，提出存在的主要问题，并提出控制措施。

本文就预应力混凝土连续梁桥施工的几个关键因素进行探讨。

关键词：

预应力混凝土连续桥梁桥梁施工

1预应力混凝土连续桥梁概述

1.1预应力混凝土连续桥梁的概念

预应力混凝土连续梁桥是一种古老的结构体系，近年来，连续梁结构体系己成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一，它具有变形小、结构刚度大、行车平顺舒适、伸缩缝少、养护简单、抗震能力强等优点[1]。

预应力混凝土连续梁桥一般采用变截面，其主要断面形式是箱形截面。

目前单孔跨径在40～150m范围内的桥梁，预应力混凝土连续梁桥占主导地位。

无论是城市桥梁，还是跨越宽阔河流的大桥，预应力混凝土连续箱梁都发挥了它自身的优势，是一种广泛使用的桥型。

1.2预应力混凝土连续桥梁的基本设计原则和要求

1.2.1使用上的要求

预应力混凝土连续桥梁必须适用。

要有足够的承载和泄洪能力，能保证车辆和行人的安全畅通；既满足当前的要求，又照顾今后的发展，既满足交通运输本身的需要，也要兼顾其它方面的要求；在通航河道上，应满足航运的要求；靠近城市、村镇、铁路及水利设施的桥梁还应结合有关方面的要求，考虑综合利用。

建成的桥梁要保证使用年限，并便于检查和维护。

1.2.2经济上的要求

预应力混凝土桥梁设计应体现经济上的合理性。

一切设计必须经过详细周密的技术经济比较，使桥梁的总造价和材料等的消耗为最小，在使用期间养护维修费用最省，并且经久耐用；另外桥梁设计还应满足快速施工的要求，缩短工期不仅能降低施工费用，面且尽早通车在运输上将带来很大的经济效益。

1.2.3设计上的要求

预应力混凝土桥梁设计必须积极采用新结构、新设备、新材料、新工艺利新的设计思想，认真研究国外的先进技术，充分利用国际最新科学技术成果，把国外的先进技术与我们自己的独创结合起来，保证整个桥梁结构及其各部分构件在制造、运输、安装和使用过程中具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。

1.2.4施工上的要求

桥梁结构应便于制造和安装，尽量采用先进的工艺技术和施工机械，以利于加快施工速度，保证工程质量和施工安全。

1.2.5美观上的要求

在满足上述要求的前提下，尽可能使桥梁具行优美的建筑外型，并与周围的景物相协调，在城市和游览地区，应更多地考虑桥梁的建筑艺术，但不可把美观片面地理解为豪华的细部装饰。

2预应力混凝土连续桥梁的特点

普通混凝土框结构由于跨度小、柱网密，无法满足多种功能的需要，而预应力可以有效解决以上问题。

预应力混凝土能充分发挥材料的效能，在相同条件下，它比普通钢筋混凝土构件截面小，重量轻、刚度大，抗裂性和耐久性好，能有效地控制结构的挠度（甚至无挠度），节约钢材40％～50％，节约混凝土20％～40％，特别在大跨度结构中更为经济。

在张拉预应力连续梁桥结构中，结构构件在承受外荷载前，预先对外荷载产生拉应力部位的混凝土预加压应力，造成人为的压应力状态，预加压应力可以抵消外荷载所引起的大部分或全部拉应力，这样在外荷载作用下混凝土拉应力不大或处于受压状态，使混凝土结构不开裂，提高结构的刚度和结构的耐久性[2]。

张拉法预应力混凝土施工是在浇筑混凝土前张拉预应力钢筋，将其固定在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，等混凝土达到规定强度。

保证预应力钢筋与混凝土有足够粘结力时放松预应力钢筋，借助预应力筋的弹性回缩及与混凝土的粘结，使混凝土产生预压应力。

同时其具有较强的变形恢复能力，抗震性能明显高于普通钢筋混凝土结构，而且便于震后加固。

值得注意的一点是，预应力混凝土由于自重轻，按理含钢量应该少，但由于现在的设计水平问题，此部分并没有减少。

反而很多设计含钢量大了，很大程度造成主体结构成本增加。

3预应力混凝土连续桥梁设计

3.1预应力混凝土连续桥梁的主要设计内容

3.1.1跨径比

一般情况下，为使边跨正弯矩和中支点负弯矩大致接近的原则，以使布束更趋合理，构造简单，故L1/L2=0.539～0.692是常见的边、主跨的跨径比范围，当L1/L2≤0.419时，边跨则需压重，应属于非常规的特殊处理；大都L1/L2=0.54～0.58则较合理，这将有可能在边跨悬臂端用导梁支承于端墩上合拢边跨，取消落地支架。

3.1.2梁高

主跨箱梁跨中截面的高跨比h0≈（1/46.2～1/86）L2,通常为（1/54～1/60）L2，在箱梁根部的高跨比h1≈（1/15～1/20.6）L2,大部分为（1/18）L2左右。

目前在国际上有减少主梁高跨比的趋势，一般在跨中区段采用了轻质砼，减轻了自重，减小主梁高跨比。

一般情况下，可采用2次抛物线的梁底变高曲线，但往往会在1/4·L2和1/8·L2处的底板砼应力紧张，且在该截面附近的主拉应力也较紧张，因而，可将2次抛物线变更为1.5～1.8次方的抛物线更合理。

3.1.3顶板厚度

以往通常采用28cm，近年来已趋向于减小为25cm。

3.1.4底板厚度

以往通常采用32cm（跨中），逐渐向根部变厚，少数桥梁已开始采用28-25cm者，其厚跨比通常为（1/140～1/160）L2,也有用到1/200·L2者。

3.1.5连续通长束不宜过长

根据连续结构的受力特点，截面上既有正弯矩也有负弯矩，个别设计中将连续通长束顺应弯矩包络图仅作简单布置是欠合理的，尤其对于较小跨径的矮箱梁，其摩擦损失单项即可达40～60%σk之多。

建议此时可采用两根交叉束布置，也可改用接长器接长，分成多次张拉等。

但在具体设计时接长器也不宜集中在某一个断面上，以使截面的削弱过于集中，同时也会造成施工上困难。

3.1.6普通钢筋是预应力砼结构中必须配置的材料

当混凝土立方体试块受压破坏时，可以清楚地看到混凝土立方体试块侧向受拉破坏的形态。

也即预应力仅在某一个方向上施加了预压应力，而在其正交方向却会产生相应的侧向拉应力，这是预加应力的最基本概念，必须牢固掌握，灵活应用。

因而，在预应力混凝土结构中必须配置一定数量的非预应力钢筋，以保证预压应力的可靠建立。

为此，在一般情况下，非预应力钢筋约为80-100kg/m3（一立方米砼中的含筋量）。

偏少、偏多的构造钢筋均需作适当优化和调控。

3.1.7关于扁波纹管、扁锚的采用

扁波纹管的采用，日益广泛，有利于减少构件的截面尺寸，但必须注意如下几点：

（1）扁波纹管的尺寸高度不宜太小，不利于饱满灌浆。

（2）扁波纹管的根数。

在实际工程中常用的钢束根数为每管内4束或5束。

其锚圈口的损失，5束应大于4束，远较圆锚时要大，其锚固效率系数也较难保证达到95%，同时在穿束过程中也极易绞缠在一起，因而建议，每管内3.0束合适，4.0束尚可，5.0束不妥。

（3）扁锚用作横向预应力束合适；用作纵向受力主束欠妥，不应采用“扁锚竖置”作为纵向受力主束（弯起），这将会使实际有效预应力严重不足，各股钢束在竖置弯起的扁波纹管内互相嵌挤，摩阻损失很大，对扁波纹管的横向扩张力也很大，各束受力很不均匀，延伸率无法控制，这种‘“扁锚竖置”方案已有多座实桥失败，应该禁止采用。

[3]

3.1.8锚头或齿板的压陷、压崩破坏

在工程中锚头或齿板压陷、压崩破坏，时有所见。

值得注意者，局部受力的锚头或齿板的砼强度和配筋一般地安全储备较小，且由于该局部区内的配筋又较密，砼操作空间又较小，振捣工作又较困难，稍有疏忽，很易出现质量事故，所以在施工中应备加小心。

3.1.9灌浆、封锚

在张拉过程如果碰到一点问题，是不足为怪的，可以停下来进行专门研讨一番，把问题弄清楚后再继续张拉，切莫蛮干，更不能“作假”，进行灌浆、剪丝和封锚，搞成既成事实，其后果将是无法挽救的损失。

在张拉过程中出现滑丝、断丝、夹片碎裂、锚下砼开裂、反拱过大、反拱过小、构件侧弯、构件出现裂缝等等异常现象时，必须认真做好原始记录，应立即停工进行专题研讨后再妥善处理。

灌浆的时间越早越好，检查无误后，应争取及早灌浆，以免高应力下的钢丝锈蚀。

封锚也应及早进行，至少要先用环氧砂浆等涂抹锚头，以防生锈和积水。

3.1.10预应力混凝土梁的正弯矩裂缝

其主要原因是属预应力不足性质，既可能是设计原因也可能是施工，或可能原因是营运多年后部分预应力已经失效。

在查清原因的基础上，可以采用增加预应力束的方法处理，但很可能要在体外施加预应力，此类性质的加固一般较麻烦，裂缝虽可部分地得以闭合和改善，上拱也可有微小的改善，但总会留有一定后遗症。

3.1.11预应力混凝土梁的斜裂缝

此类裂缝也称主拉应力裂缝，也是P.C.梁桥中目前出现最多的一种裂缝。

一般发生在支点和四分点附近，在梁轴线附近呈25º～50º方向开裂，并逐渐地向受压区发展（宽度）和延伸（长度），甚至逐渐地向跨中范围内扩展。

斜裂缝的产生原因复杂，属剪切、扭转性质产生的主拉应力不足而引起。

从破坏性质而言则属脆性性质，因而必须十分重视，应采取果断措施，注意检测和及时处理。

3.1.12板混凝土保护层劈裂

底板如果呈曲线形时，必须布置抗径向分力的“吊筋构造”，否则底板砼极易拉脱，对于弯梁桥设计时也具有相类似的要求。

当在底板中布置主束时，由于底板内上、下层均有纵、横向构造钢筋，为了保证钢筋能构成骨架，故应布置“平衡钢筋”将上、下层横向钢筋联成整体，以防止底板的劈裂破坏。

3.1.13关于竖向预应力筋的布置方式

大跨径箱梁的预应力竖向钢筋必须布置在腹板的中心线上。

某桥设计中将预应力竖向钢筋沿顺桥向布置在一条直线上，以利构造和施工。

但是，大跨径连续箱梁的腹板厚度一般会设计几个梯度进行变化，且均在腹板内侧加厚，因而上述这种构造，将会导致在腹板中存在一个预偏心而产生附加弯矩，使腹板内侧受拉，尤其当箱梁悬臂板上满布活载而箱室上方空载时，也将使腹板产生内侧拉应力，两者叠加后，腹板将会出现顺桥向的内侧纵向裂缝和加剧腹板主拉应力裂缝的发生和发展，这种构造对受力很是不利，因而，要求预应力竖向钢筋必须对腹板截面进行对中布置。

3.1.14关于连续梁的支座布置

支座是上、下部结构的联结纽带，应予十分重视，且是受力非常集中的薄弱构件，一旦发生故障，如果要更换支座则就是一个巨大的工程。

这是指直梁桥而言，但对于梁桥来说，其支座的布置原则又需符合弯梁桥的变形规则。

3.2预应力混凝土连续梁桥设计的步骤

（1）进行结构布置，选取恰当的力学模型。

（2）根据工程的具体情况，选择合适的桥梁高跨比，初步选定构件的截面尺寸，并进行内力与组合效应的计算。

（3）主要根据杆件的弯矩分布图形确定预应力筋的索形，并按经验用预应力度法或平衡荷载法初步估算出所需要的预应力筋根数。

（4）进行预应力损失和次应力的计算，验算预应力和挠度控制限值以及正常使用阶段的结构性能。

（5）按计算的各项控制结果，选择需要变动的参数进行修改，再重新计算。

（6）根据选定的预应力筋方案计算预应力筋的极限应力，按承载能力要求补充普通钢筋用量，按预应力筋的实际方案及普通钢筋的实际配筋直径与根数，计算允许开裂的控制截面的裂缝宽度及构件的挠度。

4预应力混凝土连续梁桥的施工

4.1预应力混凝土连续梁桥的主要施工方法

4.1.1整体现浇施工法

　　整体现浇施工通常一联为整体浇注混凝土而成。

首先搭设支架，然后在支架上安装模板，绑扎及安装钢筋骨架，预留孔道，并在现场浇筑混凝土与施加预应力的施工方法[4]。

由于施工需用大量的模板支架，一般用于中小跨径的桥或为交通不便的边远地区采用。

随着桥梁结构形式的发展，出现一些变宽的异形桥、弯桥等复杂的混凝土结构，又由于近年来临时钢构件和万能杆件系统的大量应用，在其他施工方法都比较困难或经过比较施工方便、费用较低时，也有在中、大跨径桥梁中采用满堂支架施工方法。

预应力混凝土连续梁桥需要按一定的施工程序完成混凝土的现场浇筑，待混凝土达到所要求的强度后，拆除部分模板，进行预应力筋的张拉、管道压浆工作。

至于何时可以落架，则应与施工程序和预应力筋的张拉工序相配合。

4.1.2预制简支－连续施工法

　　预制简支－连续施工又称先简支后连续施工法。

其程序为：

预制简支梁，分片进行预制安装，预制时按预制简支梁的受力状态进行第一次预应力筋的张拉锚固，安装完成后经调整位置，浇筑墩顶接头处混凝土，更换支座，进行第二次预应力筋的张拉锚固，进而完成一联预应力混凝土连续梁的施工。

简支－连续施工方法亦存在体系转换。

体系转换方法一般有以下三种：

（1）从一端起依次逐孔连续，即先将第一孔与第二孔形成两跨连续梁，然后再与第三孔形成三跨连续梁，依此类推，形成一联连续。

（2）从两端起向中间依次逐孔连续。

　　（3）从中间孔起向两端依次逐孔连续，如遇长联，可按上述三种方法灵活综合选用。

显然，不同的体系转换方法所产生的混凝土徐变二次力及预加力产生的二次力是不同的。

4.1.3悬臂施工法

　　用悬臂施工法建造预应力混凝土连续梁桥，分悬浇和悬拼两种，其施工程序和特点与悬臂施工法建造预应力混凝土悬臂桥基本相同。

在悬臂或拼浇过程中，要采取使上、下部结构临时固结的措施，待悬臂施工结束、相邻悬臂端连接成整体并张拉了承受正弯矩的下缘预应力筋后，再卸除固结措施，使施工中的悬臂体系转换成连续体系。

4.1.4移动式模架逐孔施工法

　　移动式模架逐孔施工法是近年来以现浇预应力混凝土桥梁施工的快速化和省力化为目的发展起来的。

它的基本构思是：

将机械化的支架和模板支承在长度稍大于两跨、前端作导梁用的承载梁上，然后在桥跨内进行现浇施工，待混凝土达到一定强度后脱模，并将整孔模架沿导梁前移至下一浇筑桥孔加些有节奏地逐孔推进直至全桥施工完毕。

尚须指出，移动式模架逐孔施工法不仅用来建造连续梁桥，同样也往往用来修建多孔简支梁桥。

4.2预应力混凝土连续梁桥的主要施工控制

4.2.1预应力混凝土连续梁桥施工控制的意义

　　连续梁桥是超静定结构，成桥后理想的几何线形和合理的内力状态不仅与设计有关，还依赖于科学合理的施工方法，尤其依赖施工过程中对高程、应力的正确控制。

4.2.2预应力混凝土连续梁桥施工控制的原理

　　对于悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续梁桥来说，施工控制就是根据施工监控所得的结构参数真实值进行施工阶段计算，确定每个悬臂浇筑阶段的立模标高并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整，以此来保证成桥后桥面线形、合龙段两悬臂标高的相对偏差不大于规定值，结构内力状态符合设计要求。

（1）变形控制就是严格控制每一阶段箱梁的竖向挠度及其横向偏移，若有偏移误差并且误差较大时，就必须进行误差分析并确定调整方法，为下一阶段更为精确的施工控制做好准备工作。

（2）内力控制就是及时控制主梁在施工过程中以及成桥后的应力，其重点在于桥梁合龙时的控制，防止合龙时的体系转换导致内力过大以致偏不安全，甚至是施工中导致主梁的破坏。

4.3预应力混凝土连续梁桥的施工控制现状

4.3.1预应力混凝土连续梁桥施工控制的必要性

　　随着我国高速公路建设的蓬勃发展，桥梁建设进入了前所未有的高潮时期。

特大型桥梁的结构多样化，带来了桥梁工程的科研、设计、施工、监理和管理水平的提升，也带动和促进了相关产业的发展。

同时，特大型桥梁的结构安全可靠性已成为当今社会普遍关注的问题。

为保证桥梁结构运营的安全性、可靠性、耐久性、行车舒适性等，乃至建设精品工程，实施桥梁的施工控制，是桥梁建设不可缺少的重要内容。

4.3.2当前我国预应力混凝土连续梁桥施工控制现状

　　国外在桥梁施工控制技术方面的研究和应用起步较早，控制方法己从人工测量、分析与预报，发展到自动监控、分析预报等，并己形成了较完善的桥梁施工控制系统。

我国需要加强学习。

4.4预应力混凝土连续梁桥的施工控制对策

4.4.1确定结构参数

　　结构参数是施工控制中结构施工模拟分析的基本资料，其准确性直接影响分析结果的准确性。

结构参数主要包括：

1）构件的截面尺寸。

2）结构材料弹性模量。

3）材料容重。

4）材料容重是引起结构内力与变形主要因素，施工控制中必须要计入实际容重与设计取值间可能存在的误差，特别是混凝土材料。

5）施工荷载：

在所有自架设体系中，都存在施工荷载，这部分临时荷载对受力与变形的影响在控制分析中是不能忽略的，一定要根据实际取值，预加应力。

4.4.2确定施工工艺

　　施工控制是为施工服务的，反过来，施工的好坏直接影响控制目标的实现，除要求施工工艺必须符合控制要求外，在施工控制中必须计入施工条件非理想化而带来的构件制作、安装等方面的误差，使施工状态保持在控制之中。

4.4.3施工监测极为关键

　　连续梁桥的悬臂施工控制是根据施工监测所得的参数真实值进行施工阶段计算[5]，提供箱梁实际立模标高，而且通过对结构应力、应变、变形及温度等物理量的测量来了解结构各构件在每一施工阶段的实际受力状况及变形情况，对出现的误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整，及时发现问题，采取相应的技术措施，使桥梁结构受力合理，线形符合设计要求，以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值以及要求对结构内力状态符合设计要求。

5结论

随着现代化步伐的加快，我国基础设施建设正以前所未有的规模在全国展开，同时质量问题越来越成为人们关注的焦点。

预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。

上述种种因素使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。

但我们需要不段地总结经验、吸收教训，在设计理论、设计规范、预应力材料和施工技术上不断完善、不断发展、勇于创新。

参考文献

[1]范立础，桥梁工程（上册）.北京：

人民交通出版社，2001.

[2]范立础.预应力混凝土连续梁桥.北京：

人民交通出版社，1988.

[3]徐岳等.预应力混凝土连续梁桥设计.北京：

人民交通出版社，2000.

[4]项海帆.高等桥梁结构理论.北京：

人民交通出版社，2002.

[5]张树仁.钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理.北京：

人民交通出版社.2004.

对本门课程及任课教师的意见和建议

《道路与桥梁工程》这门课程就要结课了。

这门专业课对于我们工程管理专业的学生来说是非常重要的，虽然这门课程开设的课时比较短，对我们来说只做了一个概述性的了解，并不要求我们对道路桥梁进行设计和规划。

但在交通运输迅猛发展的年代，这门课为我们专业的学生拓宽了就业领域。

所以说了解、熟悉一些道路桥梁的知识还是非常有必要的。

对于这门课程我想简单的提几点自己的拙见：

（1）这门课也符合大学课堂的普遍特点—乏味无聊。

并非是老师讲课无聊，只是学生跟老师不能互动才降低了课堂效率，因此，我建议以后可以在课堂上加强老师与学生的互动环节，提高学习效率。

（2）对于老师规定的上课不允许迟到的课堂纪律我认为对学生还是有激励作用，但是应该规定的更明确些，有些特殊情况是不可避免的。

以上就是我的建议，希望这门课能够圆满的结束！