学文网摘要：现代大跨度桥梁大多为预应力混凝土结构，因桥梁结构受力复杂，钢束的布置成为桥梁设计的难点，不仅钢束的数量对结构有决定性影响，同时钢束的位置对结果也有重要影响。许多运营阶段出现的桥梁病害都是因为钢束数量及位置不合理而造成的。如何配置好预应力钢束，是值得我们研究的问题。
关键词：刚构桥；钢束配置；调束方法
Abstract: In modern large span bridges are mostly prestressed concrete structure, because the bridge structure stress is complex, steel beam layout become the difficulties of bridge design, not only the number of steel beam has a decisive effect on the structure, while the steel beam position has important influence on the result of. Bridge diseases appear many operation stage because of steel beam number and position is not reasonable cause. How to configure prestressed steel beam, is worthy of our research questions.
Keywords: rigid frame bridge; steel beam; beam tuning method
中***分类号：U448.23 文献标识码：A文章编号：
为了使结构在施工与使用阶段处于合理的受力状态，设计人员需要花费大量的时间和精力来确定预应力钢束数量与位置，但目前这项工作只能根据工程经验或是对结构受力的理解来进行，通过无数次的试算、调整才能满足规范要求。特别是在公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）中明确考虑了截面的有效分布宽度，全预应力构件抗裂验算中有效应力折减，同时严格控制压应力指标的条件下，更是大大提高了钢束的调整难度。
桥梁博士的调束工具可以在调整钢束的同时，看到预应力混凝土结构由此产生的内力、应力及位移变化，将原来需要反复修改钢束坐标、重新计算，并查看效应***的过程大大简化，从而缩短了设计时间，故利用好调束工具，对设计效率的提高有很大的帮助。
1工程实例
本次分析采用糯扎渡水电站上的一座连续刚构桥，跨径组合为80m+140m+80m，桥梁宽度 10m，桥梁上部构造采用单箱单室PSC箱梁，跨中及端部梁高3.0米，底板厚0.30米，根部梁高8.0米，底板厚1.0米。纵桥向预应力钢束采用高强低松弛φs=15.24mm钢绞线。
2桥梁配束及调束工具应用过程
根据工程经验，拟定刚构桥截面尺寸后，该桥单T化分为对称17对梁块，根据悬臂施工要求配置顶板束T1～T17，下弯束暂时拟定为W1～W6，跨中底板束暂时拟定为Z1～Z9。边跨底板束暂时拟定为B1～B7。
配置钢束如下***1（墩顶位置）和***2（跨中位置）所示：
***1 ***2
2.1 模型的初步分析
初步考虑顶板束采用19φs15.24，顶板下弯束采用19φs15.24，跨中底板束采用17φs15.24，边跨底板束采用17φs15.24。
配束如下表：
在桥梁博士里面建立刚构桥模型，然后按照刚构桥的计算步骤输入相应的计算参数，并在桥梁博士总体信息里面勾选生成调束信息，运行软件。
根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中第4.1.6条规定，公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用基本组合进行验算。正常使用极限状态下主梁的应力验算，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中7.13～7.1.5规定，使用阶段预应力混凝土受弯构件正截面混凝土的压应力和预应力钢筋的拉应力，应符合下列规定：
受压区混凝土的最大压应力应满足：(未开裂构件)。
式中：
—混凝土法向压应力，计算公式如下：
—由预加力产生的混凝土法向压应力。
本桥主梁采用C55混凝土，所以，即：
。
运行调束工具，选取应力组合II效应***，并勾选最大压应力取组合III，得到正常使用阶段短期效应组合及基本组合混凝土应力包络***：
分析上***可知，顶板及跨中底板均出现拉应力，说明顶板束及中跨底板束配置不够，应增加顶板束及中跨底板束数量，边板束保持不变。在“钢束属性”中修改钢束，将顶板束T9～T17增加到4束，中跨底板束Z2～Z5增加到4束。调整后如下表：
运行调束工具，得到正常使用阶段短期效应组合及基本组合混凝土应力包络***：
分析上***可知， 15#、16#、17#梁块顶板压应力过大，中跨底板压应力储备不足，很多单元接近规定限值，应力储备偏小；对于主梁下缘混凝土，除跨中应力出现突变外，其余单元应力储备较大，为了保证结构整体受力合理，将调整底板束的束数和跨中底板束位置。在“钢束属性”中修改钢束，将顶板束T16～T17调回到2束，中跨底板束Z6～Z7增加到4束。并适当调整钢束位置。调整后如下表：
运行调束工具，得到正常使用阶段短期效应组合及基本组合混凝土应力包络***：
分析上***可知，桥梁配束基合合理，但顶板压应力略超《桥规》，需对以上配束进行优化，主梁上缘混凝土正应力超过规范值，顶板束配置较大，在“钢束属性”中修改钢束，将顶板束由19束减小至17束。调整后如下表：
运行调束工具，得到正常使用阶段短期效应组合及基本组合混凝土应力包络***：
分析上***可知，墩顶压应力储备不足，中跨16#、17#梁块顶板压应力较大，但T16、T17钢束配不可能再减小，初步估计是中跨底板束过大引起，需对以上配束进行优化，在“钢束属性”中修改钢束，将增加下弯束W7～W9，根数由19根调整至17根。跨中底板束根数由17根调整到15根。调整后如下表：
运行调束工具，得到正常使用阶段短期效应组合及基本组合混凝土应力包络***：
分析上***可知，上缘最大正应力、上缘最小正应力、下缘最大正应力、下缘最小正应力均满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中7.13～7.1.5规定。钢束布置基本完成。
运用“move”和“stretch” 命令，调整局部钢束坐标位置，再将调整好的钢束信息“上传桥博”，执行项目计算，得到承载能力极限状态基本组合混凝土应力***和正常使用阶段短期效应组合混凝土的应力***。
基本效应组合混凝土应力***
短期效应组合混凝土的应力***
从上***可以直观的看出，调整后的应力包络***全部满足规范要求，全桥结构处于合理的受力状态，预应力钢束的调整结束。
由以上过程可以看出，调束工具的应用十分简单快捷，主要包括：调束前的数据准备（建立结构模型，输入计算数据，生成调束信息及执行项目计算）钢束的线形描述（在调束截面编辑钢束，修改钢束数据等，然后重新执行项目计算）钢束的调整（定义效应***及钢束的约束关系，调整钢束的坐标与数量，将调整后的钢束信息上传桥博，并执行项目计算，获得准确的计算结果；如果结构效应不理想，重载效应，重复以上操作，直到获得合理的结构效应为止）使全桥在施工与使用阶段处于合理的受力状态。
调束工具不仅可以调整钢束坐标与数量，而且通过应力效应***将预应力钢束配置的结果直观的反应在设计人员眼前，设计人员可以实时观察结构效应变化与预应力钢束的作用位置和数量的关系，避免了以往调束工作中的大量试算、调整工作，缩短了钢束的布置时间，提高了设计效率。
3结论
（1）刚构桥的预应力钢束布置与桥梁节段划分有关，合理的节段划分有利于预应力钢束的布置及结构应力的均匀分布。
（2）张拉力确定后，预应力所引起的结构应力大小与预应力钢束的数量成正比，通过结构效应***中结构应力的大小，可以准确判断该处预应力钢束的数量及位置是否合理。
（3）合理利用调束工具，不仅能提高设计效率，而且能使全桥结构的受力更加合理。
转载请注明出处学文网 » 刚构桥钢束配置及调束方法