1、混凝土桥梁设计中的配筋问题探讨【摘要】桥梁结构的耐久性和可持续发展是业内非常关注的问题，避免和处理结构开裂是确保桥梁结构安全耐久的重要煮组成部分。本文就介绍了混凝土桥梁设计在配筋设计的原则，结合实例探讨了设计过程中的配筋问题。 【关键词】混凝土；桥梁；设计；配筋 中图分类号：U445 文献标识码：A 前言 在混凝土桥梁设计中，配筋的选用关系到桥梁结构的经济、适用和安全。由于我国的交通行业在之前一段很长的时间里发展非常缓慢，因此在桥梁上行驶的载重车辆的车流量较小，而且基本上都是两轴或者三轴，而且配筋经常处于超负荷的状态，从而导致公路桥梁的损坏现象日益严重。因此，当今对于混凝土桥梁设计中的配筋问题
2、就应当得到越来越多的深入关注和探索。 一、混凝土桥梁配筋设计原则 第一，配置体外预应力筋抵抗桥梁的竖向剪力, 其数值为荷载产生的竖向剪力与按公式计算所得剪力之差。体外预应力筋的转向和锚固上要满足构造要求, 如不满足, 则调整与改善体外预应力筋锚固及转向的构造或位置。 第二，在配有上述体外预应力筋的情况下, 计算桥梁控制截面的弯矩, 然后按计算所得的弯矩配置体内预应力筋。 第三，由于体内预应力筋在极限状态时有更高的作用效率, 一般对体外预应力筋的用量进行控制, 以保证极限状态时桥梁的抗弯能力。 二、混凝土桥梁设计中剐构桥角隅处的配筋 而对于闭合框架桥或门式刚构桥的配筋，通常多采用梁单元来进行计算
3、，但是又常常会忽略其角隅位置的钢筋配置，以至于这部分配筋的不当最终可能会导致混凝土被拉裂或压碎。通过对混凝土桥梁角隅位置在其对角线截面上所产生的块单元正应力云图进行分析，可以看出，其斜截面上正应力的分布是呈非线性的，而其最大拉应力则在截面高度上的 23 位置左右，其最大压应力则在内侧的边缘。因此相应受拉钢筋的设计配置，也应该考虑下面几个问题：第一，受拉钢筋转弯半径不应当采用一般钢筋的弯钩半径，且不应过小，而应当符合公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(TJGD62-2004)中的相关规定和要求，也就是其转弯半径不能小于 10d，倘若小于该值就会在其受拉钢筋的转弯处内侧因为压应力过大而导致混
4、凝土被压碎。假如受到条件限制，其转弯半径小于了规范的规定，则应当在钢筋的内侧进行钢筋网的设置，以此来提高其混凝土的抗压强度。第二，由于其最大正应力大约在截面高度上的 23 位置左右，则钢筋也应在其拉应力的最大处通过。而当转弯半径过大、截面高度较小时，则应当加大加掖，此时根据经验应当取r0.8h。而当转弯半径的外侧混凝土的保护层过厚的话， 为了防止混凝土的开裂，应当在钢筋的外侧设置一层钢筋网。另外，根据混凝土桥梁角隅位置在沿着对角线方向上所产生的块单元正应力云图，能够看出其角隅的内侧有较大的压应力，因而应当配置一定量的斜向的箍筋， 以此来提高其核心混凝土抗压强度。而当抗拉、抗压强度不足之时，则可
5、将加掖进行适当加大。 三、混凝土桥梁中桩基的构造配筋 1、理论要求 对于桩基的各个截面配筋，在理论上应当根据桩基的内力来进行计算和布置，而对桩基内力进行计算一般可采用“ m”法。按照“m”法来计算桩基的时候，其桩身弯矩可以体现出以下以下四个特征(详见图 1)。 图 1： “m”法计算中的桩基弯矩 (1)其弯矩分布的规律近似一条自上而下的衰减波形曲线，并且衰减得很快。 (2)桩身的最大弯矩是发生在其第一个非完整的波形中。 (3)在第一次弯矩零点以下的桩身弯矩很小，几乎可以忽略，其下部桩身则主要是起到竖向力传递的作用。 (4)其第一次弯矩零点的位置就在桩基入土深度 h=ah4 的位置。其中 a 为
6、土中基础变形系数，h 为地面(无冲刷时)或局部冲刷线以下的基础入土深度。 2.钢筋布置方式 一般桩基的钢筋布置方式有两种第一，根据其最大弯矩来进行配筋，也就是所谓的长短筋布置：第二，桩基的主筋一直延伸到桩底，也就是所谓的通长筋布置。 3.设计配筋经验 根据公路桥涵地基与基础设计规范(JTGD632007)，再结合长期以来的一些常用经验和做法，对于桩基的配筋设计可以得出以下几点经验 (1)钻孔灌注桩的最小配筋率应取 0，6，而桩底的素混凝士，其长度取值通常要求： 当长度不超过 20m 的时候，可以取其桩长的 15；而当长度超过 20m 的时候，则可取其桩长的 13.75 左右且桩底素混凝土长度最
7、好不要超过 1 2m。 (2)桩基内的主筋应当分成两批进行截断，其中第一批应当在其最大弯矩截面处以下的桩径的 58 倍位置。而且嵌岩桩应当注意将钢筋伸到桩底，其他桩当 ah4，并且桩侧的土质较差时，同样也应当考虑将钢筋伸到桩底。 (3)桩基的箍筋应当采用螺旋箍筋，直径应当根据桩直径、主筋直径等来确定，通常为 8 14mm。其在桩顶部分的箍筋应当按照抗震的措施和要求进行加密。并且螺旋箍筋接头应当采用焊接，且其端头应当伸入混凝土的核心内。 (4)由于桩身的最大弯矩通常发生在地面之下约 3m 的位置上，因此主筋可以从桩项一直伸至桩身最大弯矩的一半处以下的一定锚固长度的位置，在此处住下可以减少一半的配
8、筋，剩下的主筋则一直伸到其弯矩为零以下的一定锚固长度的位置，而再往下则可设置为素混凝土，但是注意对于软土基础，桩基主筋最好应当穿过其软土层。 四、实例分析 1、设计概况 某市 A17 公路中的一座跨线桥桥梁单幅宽度为 1725 m，设计跨径为(30+50+30)m。为预应力混凝土连续箱梁采用满樘支架现浇施工按预应力混凝土 A 类构件设计。除边支点外，要求纵向计算截面不出现拉应力 具体参数如下： （1）桥宽为 05 m 防撞墙+1625 m 车行道+05 m 防撞墙，共1725 m，扣除两侧防撞墙下悬滴水槽各 015 m，实际结构宽 1695 m。 （2）梁高为边支点 24 m，中支点 27 m
9、跨中为 24 m。 （3）荷载标准为公路 I 级 （4）计算车道数为 4，横向折减系数 067，横向偏载系数 115。 （5）二期恒载为 10 cm 沥青面层+8 cm 钢筋混凝土铺装，两侧防撞墙各 l12 KNm （6）整体升降温为 30 K沉降 10 mm （7）温度梯度按 JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范取用 （8）箱梁采用 C50 混凝土,预应力钢绞线采用符合 GBT 52242003 标准的 270 级 1.5 高强度、低松弛钢绞线. 2、配束估算 箱梁计算之前先建立计算模型，再进行截面配束面积估算。将箱形主梁作为平面杆系划分成若干单元，采用桥梁博士软件进行整体受力计算分
10、析，计算出各个截面的配束面积(见图 1)。其形状与弯矩包络图类似。通过图 1 可以得知，正常使用极限状态下的配束估算面积大于承载能力极限状态下的配束估算面积。出各个截面的配束面积(见图 1)。其形状与弯矩包络图类似。通过图 1 可以得知，正常使用极限状态下的配束估算面积大于承载能力极限状态下的配束估算面积。 按正常使用极限状态，计算每个节点配束根数，具体见表 1。由于结构对称，仅示出一半结果。 对于多跨箱梁来说，以估算所得的配束根数为参考，进行预应力钢束配置时，要做到钢束配置最优化、最合理是比较复杂的，应综合考虑布跨方式、预应力损失和次内力的影响。工程中，首先在梁体内布置一定数量的腹板通长钢束
11、，形状尽量类似配筋估算图，如图 2 所示。其次，布置顶底板钢束，以抵消部分梁体正负弯矩的影响，如图 3 所示 最后，在中支座上缘负弯矩区布置腹板短钢束(即帽束)，以及在中跨下缘正弯矩区布置短钢束 具体根数如表 2 所示。 结论 总而言之，在混凝土桥梁的设计过程当中，不但需要按梁、杆单元来进行整体的分析，有时还要辅以块、板单元的局部分析，以确保桥梁结构中配筋设计的安全。 【参考文献】 1 金大勇,陈金刚,邓关彩.预应力混凝土连续刚构桥设计特点J. 城市道桥与防洪. 2006(03) 2 张武兴.预应力混凝土连续梁桥的设计与施工J. 中国高新技术企业. 2009(14) 3 谢志红,胡达和.混凝土桥梁设计中的几个配筋问题J. 市政技术. 2010(03)
