不同预应力度空心板梁的计算比较分析

不同预应力度空心板梁的计算比较分析

段飞杨磊李岩

摘要：部分预应力混凝土结构的出现是工程实践的结果，它介于全预应力混凝土和普通钢筋混凝土之间的预应力混凝土结构。部分预应力混凝土结构在工程中不仅充分发挥预应力钢筋的作用，而且利用了普通钢筋的作用，从而节省了预应力钢筋，进一部改善了预应力混凝土的使用性能，同时也促进了预应力混凝土结构设计思想的重大发展，使设计人员可以根据结构使用要求来选择预应力度的高低，进行合理的结构设计。

关键词：全预应力混凝土结构；A类构件；B类构件

1引言

预应力构件，早期都是按照全预应力混凝土来设计的。根据当时的认识，预应力的目的只是为了用混凝土承受的预压应力来抵消使用荷载引起的拉应力。混凝土不受拉，当然就不会出现裂缝。这种设计，通常称为全预应力设计。

全预应力混凝土结构虽有刚度大，抗疲劳等优点，但在工程实践中也发现一些严重缺点，如反拱过大，在恒载小，活荷载大，预加力大，且在持续荷载长期作用下，梁的反拱会不断增加，影响行车舒适。

部分预应力混凝土结构的出现是工程实践的结果，它介于全预应力混凝土和普通钢筋混凝土之间的预应力混凝土结构。部分预应力混凝土结构在工程中不仅充分发挥预应力钢筋的作用，而且利用了普通钢筋的作用，从而节省了预应力钢筋，进一部改善了预应力混凝土的使用性能，同时也促进了预应力混凝土结构设计思想的重大发展，使设计人员可以根据结构使用要求来选择预应力度的高低，进行合理的结构设计。

以30米跨度的空心板梁为例，分别按全预应力混凝土、部分预应力混凝土A类构件及B类构件作计算分析，来比较三类构件的使用性能、耐久性和经济性。

2设计资料

2.1所用材料及荷载等级

混凝土:C50混凝土

预应力:1×7φj1860MPa钢铰线

钢筋:HRB335钢筋

设计荷载:公路-Ⅰ级

汽车横向分布系数：0.43

结构重要性指数:1.0

2.2空心板梁截面尺寸(见图1)

主梁标准跨度30m，梁全长29.94m,计算跨径29.16米，梁端2m范围内底板厚度0.2m，跨中底板厚度0.1米，变厚段长2m。

3内力计算及荷载组合

3.1内力组合

基本组合（用于承载能力极限状态计算）：

Md=1.2MGK+1.4MQ1K+1.12MQ2K

Vd=1.2VGK+1.4VQ1K+1.12VQ2K

短期组合（用于正常使用极限状态计算）：

Md=MGK+0.7MQ1K/（1+u）+MQ2K

长期组合（用于正常使用极限状态计算）：

Md=MGK+0.4MQ1K/（1+u）+0.4MQ2K/（1+u）

3.2组合结果(见表1)

4结算结果(见表2)

5结算分析比较

方案一到方案三，预应力钢筋用量依次减少，普通纵向受力钢筋依次增多，实际设计中，应根据钢材供应情况和各类钢材的单价换算成当量用钢量，并结合锚具及施工情况，选择比较经济的方案。但构件中如果普通钢筋数量较大，可以分散或减小由温度及混凝土收缩等非工作裂缝，对结构的抗裂性是有利的。

方案一为全预应力混凝土，在短期组合效应作用下，全截面处于受压状态。方案二中正截面出现了0.13Mpa的拉应力，但小于规范规定的允许值。方案三部分预应力混凝土B类构件在短期组合下将出现宽度为0.07mm的裂缝，不超过规范规定的上限值，而且在车辆荷载消失后，裂缝将闭合，这种裂缝不会影响到结构的耐久性。

从构件的使用性能上看，按三种方案分别计算的使用阶段的长期挠度相差不大，均能满足规范要求，但预加力引起的反拱差别较大，其中方案一的反拱计算值最大，由于混凝土徐变的影响，这种反拱将随时间不断增长，影响结构的正常使用。

综上所述，综合考虑结构的使用性能、耐久性、经济性等方面的要求，优先采用部分预应力混凝土结构应成为桥梁结构设计的发展方向之一。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004)[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3]中华人民共和国行业标准.公路工程结构可靠度设计统一标准（GB/T50283-1999)[M].北京：中国计划出版社，1999.

[4]张树仁.郑绍.黄侨.鲍卫刚编著.钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，2004.

[5]叶见曙主编.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，1997.

作者简介：段飞(1980~)，男，湖北天门人，本科，助理工程师，主要从事道路与桥梁设计。