摘要：沙井钦江大桥主桥为80+130+80m预应力混凝土连续梁桥，上构采用变截面箱型结构，施加三向预应力，挂蓝悬臂浇注施工。本文详细介绍主桥结构尺寸拟定，预应力体系设计，并提供部分结构分析结果，对以后类似桥梁的设计提供参考。
关键词：连续梁桥；三向预应力；悬臂浇注
1概述
沙井钦江大桥位于钦州市沙井大道至钦州港公路K9+431～K9+969路段处，在钦江入海口附近跨越钦江，桥梁与河道基本正交。该大桥采用2×30+80+130+80+2×30m跨径结构，桥梁全长538m，分左右幅桥，两幅桥结构相同。主桥采用80+130+80m预应力砼变截面连续箱梁结构，边跨采用30m先简支后连续T梁结构。桥台采用埋置式肋式桥台，桩基承台基础；主桥桥墩采用钢筋砼实体桥墩，桩基承台基础；边跨桥墩采用桩柱式桥墩，桩基础。
连续梁桥结构体系具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、养护简单、抗震能力强等优点。预应力混凝土连续梁桥的主要断面形式是箱形截面，箱形截面整体性好，承受正负弯矩及抗扭能力强，是一种经济合理的截面形式。采用预应力混凝土连续箱梁，可使跨越能力大大增加，目前在40～150m范围内，预应力混凝土连续箱梁占主导地位。
本桥的主要技术标准为：设计荷载：公路Ⅰ级；设计速度：80km/h；通航标准：Ⅲ(3)级航道；环境类别：Ⅲ级；地震基本烈度：Ⅵ度。
主桥由上、下行分离的两个单箱双室箱型截面组成，采用三向预应力混凝土结构。单个箱体顶板宽18.5米，底板宽10.5米。箱梁根部梁高7.5米，跨中梁高3.0米，箱梁梁高、底板厚度均按二次抛物线变化。主桥立面布置见图1。
图1沙井钦江大桥主桥立面示意(单位:mm)
2基本尺寸拟定
由于大跨径预应力混凝土梁桥恒载自重所占比例较大,增加箱梁的挖空率,减轻截面的结构自重,采用高强度等级混凝土,采用较大吨位的预应力钢束,三向预应力体系等,都是提高设计水平,获得良好经济效益的重要措施。因此在保证剪应力和主应力满足要求的条件下,本桥尽量减小了截面尺寸,减轻自重,增加箱梁截面有效承载能力。另外,箱梁底部截面尺寸减小,相应的主墩工程量也大幅减小,带来了可观的经济效益。
主梁采用大悬臂翼缘板的单箱双室薄壁截面，边跨、中跨之比为0.615:1。主跨和边跨支点处中心梁高7.5m，高跨比1/17.333；跨中处中心梁高3.0m，高跨比1/43.333。单个箱体顶板宽18.5米，厚0.28m，设1.5%的横坡；底板宽10.5米，底板上、下缘顺桥向均为二次抛物线，其顶点设在主桥中跨合拢段边缘处，由0.3m变成0.85m，横桥向底板保持水平，腹板厚0.8～0.4m，翼缘板悬臂长为4.0m，端部厚0.18m，根部厚0.7m。在箱梁外侧两腹板钢筋外侧、翼板下缘钢筋外侧、底板钢筋外侧均布置Φ6钢筋焊网，网格间距10厘米。箱梁横断面见图2。
图2主梁半支点半跨中横截面(单位:mm)
主桥箱梁混凝土强度等级采用C55，按全预应力构件设计。主桥箱梁混凝土中掺入水泥混凝土专用聚丙烯腈纤维（PAN），掺量为1kg/m3。
3预应力体系
3.1纵向预应力束布置
纵向预应力筋的布置主要有悬臂预应力筋和连续预应力筋两大类：在悬臂浇筑施工时,要配置承受负弯矩的悬臂预应力筋；而在合龙成桥以后,要配置承受恒、活载产生正、负弯矩的预应力筋或连续预应力筋。纵向预应力钢筋是主要受力钢筋,既要考虑构件的整体受力,也要考虑受力的局部影响,还要考虑施工和操作的方便,进行合理的布置。
根据单箱双室截面应力分布的特点，综合考虑施工节段数、各阶段张拉的束数、负弯矩束面积、材料指标经济及方便施工等因素，确定了纵向预应力束布置方案。
纵向预应力钢筋采用φs15.2低松弛高强钢绞线,纵向预应力分腹板钢束、顶板钢束及底板钢束,悬浇段腹板钢束采用19φs15.2，张拉控制应力为0.75fpk。悬浇段顶板钢束采用22φs15.2,张拉控制应力为0.75fpk，合龙段顶板钢束及底板钢束一般采用12φs15.2,张拉控制力应为0.72fpk。
3.2横向预应力束布置
横向预应力束的配置如同纵向预应力筋的配置一样考虑，根据计算得到的箱梁纵截面上横向弯曲内力来调整横向预应力束，使满足设计和规范要求。本桥横向悬臂及中段跨度均较大,须采用横向预应力。箱梁顶板横向预应力钢束采用3φs15.2mm低松弛钢绞线,扁锚体系，一端交错张拉,并以控制钢束张拉力为主,张拉伸长量作为校核的原则进行双控。每一节段的纵向钢束张拉完成之后,自节段根部开始顺序张拉横向钢束。横隔板预应力粗钢筋采用冷拉Ⅳ级JL32mm高强度精轧螺纹钢筋,在其所处的节段一并张拉完成。
3.3竖向预应力束布置
竖向预应力钢筋的布置主要是为了提高截面的抗剪能力。箱梁腹板竖向预应力粗钢筋采用冷拉Ⅳ级JL32mm高强度精轧螺纹钢筋,一端张拉。锚下控制应力707MPa,每一节段的纵、横向钢束张拉完毕后,立即进行竖向预应力粗钢筋的张拉。横隔板预应力筋，在其所处的节段一并张拉完成。施加预应力时均采用两端同时张拉，并以控制钢束张拉力为主，张拉伸长量作为校核的原则进行双控。
4计算分析
4.1纵向计算
在设计时上部结构静力分析采用JQJS和Midas两套程序进行结构分析和相互校核，两个程序计算结果非常接近。全梁共划分94个单元、95个节点，根据施工工艺和节段划分，对预应力混凝土连续梁各阶段的受力情况进行了全面计算分析。计算荷载包括恒载、活载、支座不均匀沉降、温度变化、预应力及混凝土收缩、徐变等。根据本桥所处的具体地理、气候条件，基础不均匀沉降取2.0cm，结构整体升温按14℃计，结构整体降温按-20℃计，梯度温度T1＝14℃，T2＝5.5℃。结构计算中还考虑了体系转换的影响等因素。本桥按3650天来考虑混凝土收缩徐变影响，采用考虑滞后弹变的徐变理论进行计算。
主桥按公路桥规JTGD60-2004第4.1.6条承载能力极限状态效应组合进行承载力验算，结果如下表1及图1～图2。
表1主桥箱梁主要控制截面最大弯矩值及对应抗弯强度表
图1最大正弯矩效应及强度线包络图
图2最大负弯矩效应及强度线包络图
从上表可以看出，截面的正截面抗弯强度满足规范要求。
主桥按公路桥规JTGD60-2004第6.3条正常使用极限状态效应组合进行结构抗裂验算，施工阶段截面的正应力如图3～图4，使用阶段最大组合应力如表2及图5～图6。
1）受压区混凝土的最大压应力，本桥＝16.2MPa。
根据计算结果，箱梁混凝土正截面压应力最大值为16.64MPa，位于靠近主墩支点附近的66号节点截面上缘处，略超规范允许值，超过2.72％，小于5％，另25、30、67、72号节点截面在考虑温度梯度的组合作用下截面上缘正应力略有超过，其余截面均满足规范正截面混凝土压应力要求。考虑到正截面压应力只是温度梯度荷载组合中的个别截面略超限，且超出小于5％，因此认为该桥箱梁混凝土压应力基本满足规范要求。
2）受拉区预应力钢筋的最大拉应力，对钢绞线、钢丝，本桥＝＝1209MPa。
根据计算结果，在节点69截面处的41号钢束预应力钢筋的最大拉应力为1130.28MPa，为所有组合所有截面的预应力钢筋拉应力的最大值。因此，主桥箱梁使用阶段预应力钢筋的拉应力满足规范要求。
4.2横向计算
横向预应力可加强桥梁的横向联系,增加悬臂板的抗弯能力。箱梁的横向作为被支承在主梁腹板中心线下缘的箱形框架进行设计,计算时沿顺桥向取单位长度为1m,考虑各种不同的布载情况。主桥取支点截面、跨中截面、四分之一跨等具有代表性的截面进行计算,横梁重力按实际施加，同时支点截面将纵向计算时永久作用和除汽车、人群以外的可变作用引起的支反力标准值作为永久荷载平均施加在横梁的各腹板位置，汽车、人群荷载在其实际作用范围按最不利加载。
由于此结构为外部静定结构，均匀温度变化不会产生内力，温度应力沿单元截面呈直线变化，按升、降温分别考虑。
5结语
预应力混凝土连续梁桥，是大跨径桥梁的主要桥型之一，外观简单大方、力学模型明晰，具有可靠的强度、刚度以及抗裂性能；同时有着变形小、结构刚度好、行车平顺舒适,伸缩缝少,养护简易，抗震能力强等优点。通过本梁的设计为以后类似的结构设计提供了一定的经验。
参考文献:
[1]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社1988.
[2]徐岳.预应力混凝土连续梁桥设计[M].北京:人民
交通出版社,2000.
[3]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001.
[4]JTGD62—2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
