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摘要：近年来，随着现代化公路和城市道路建设的飞速发展，预应力混凝土连续刚构桥因其具有不易变形、大刚度、简洁美观的桥体、较好的结构受力性能、较强的抗震性能、养护简单、成熟的施工工艺等优势，使其在公路桥梁中的应用越来越广泛。本文结合九龙河大桥的实例，对预应力混凝土刚构桥设计中的关键点及应控制的要点进行了详细探讨。
关键词：预应力混凝土；刚构桥；稳定；箱梁尺寸；下部结构
Abstract: in recent years, with the rapid development of modern highway and urban road construction, prestressed concrete continuous rigid frame bridge because of its not easy to deformation, takong degrees, concise and beautiful bridge, good structural performance, strong seismic performance and maintenance is simple, the advantages of the mature construction technology, make its application more and more widely in highway Bridges. This paper JiuLongHe bridge as an example, the key point in design of prestressed concrete rigid-frame bridge and discussed in detail the main points of the should be controlled.
Key words: prestressed concrete; Rigid frame bridge; Stable; Size of box girder; The lower structure
中图分类号：TU375文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、工程概况
九龙河大桥位于四川九龙溪古电站库区九龙河，为横跨九龙河的一座大桥，桥梁里程K250+688.85～K250+911.15，桥全长222.30m。初步设计时本桥推荐1-170米上承式钢管混凝土拱桥的桥型方案，但由于桥区施工条件受限，且后期养护费用高。专家根据桥位处地形条件，从安全和施工角度等方面考虑，专家建议将初设中作为比较方案的连续刚构方案作为推荐方案。
根据初步设计审查意见，施工图设计本桥采用为60m+100m+60m预应力混凝土连续刚构桥，桥墩均为钢筋混凝土空心墩，两岸桥台均为桩帽式桥台。
二、预应力混凝土材料的优点
（一）抗裂性
材料试验发现，预应力混凝土的抗裂性能十分优越，可有效抵制外在因素造成的桥梁裂缝现象。如：由于施工时对桥梁的构件增加预应力，可延迟结构裂缝的形成，即便是承受较大的车辆荷载也很少产生裂缝。桥梁构件的刚度也会受到预应力混凝土材料的支撑而增强。
（二）减重性
桥结构自重过大会增加承担的载荷，对桥梁造成一定的破坏。预应力混凝土属于一种高强度材料，能显著减小钢筋用量和构件截面尺寸。这样既能节省钢筋、混凝土等材料的使用量，也使得桥结构的自重力大幅度减小，用于大跨度、重荷载结构的性能优势更显著。
（三）稳定性
当桥构件处于超负荷受载时极易发生损坏，对桥梁的使用性能构成严重威胁。对钢筋混凝土柱施加预应力之后能促使纵向受力钢筋张拉得很紧，不仅防止了预应力钢筋自身的压弯现象，同时也有助于附近混凝土抵抗压弯能力的改善，维持了桥结构的稳定性。
（四）耐久性
由于预应力混凝土中含有超大应力的钢筋，材料使用期间由于加荷、卸荷等因素造成的应力变化幅度相對较小，从而有助于增强桥结构的抗疲劳强度。如：预应力混凝土连续刚构桥，其承受动荷载的结构部分具有较强的耐久性，延长了桥结构的使用寿命。
三、九龙河预应力混凝土刚构桥设计关键点
（一）主桥结构设计
上部结构设计
（1）箱梁尺寸设计
箱梁尺寸的设计主要表现在三个方面：合理的桥跨、横断面的布置和横隔板的布置。其中，翘高、桥跨的总长度以及桥跨各跨的跨径分配等是合理的桥跨布置的主要内容。在《公路桥梁设计手册》中，对桥跨的总长度进行了规定，预应力混凝土连续梁的最大理论跨度为250～300m，经济跨度为100～240m。
九龙河大桥主梁采用单箱单室、采用双向预应力混凝土箱型断面。箱梁根部高6.0米，跨中及边跨11.0米直线段梁高2.5米，梁高按2次抛物线变化，箱底宽5.0米，两侧悬臂长2.0米，全宽9.0米。顶板除0号块件两横隔板间及承托断面顶板厚60.0厘米外，余者均为34.0厘米。0号块件两横隔板间底板厚1.0米，余者由80厘米厚按二次抛物线变化到跨中32厘米厚。
（2）横断面的布置
横断面的布置主要是腹板、底板及顶板厚度的设计。可以适当地增加它们的厚度，因为增加箱梁桥腹板的厚度，可以使箱梁桥自身截面的抗剪能力更好地发挥，也有利于施工中腹板上的锚固。但是，增加了腹板的厚度，会使桥的自重增加。因此，腹板的最小厚度不仅要满足构造需要，还要满足受力要求。而底板要满足正弯矩下的力筋的要求，顶板要满足桥面板和力筋的受力和构造的要求
腹板厚分65厘米、50厘米两个等级,级间设过渡段。全桥共设置横隔板6道，即墩顶处4道，两边跨端部各设一道，各横隔板均设置了人洞以便施工。在两岸桥台处各设一道GL160伸缩缝和两个GPZ5DX盆式支座。
箱梁腹板上设有通风孔，一般设在梁段腹板的中心部位，可根据实际情况做适当调整。箱梁采用C50混凝土。
2、下部结构设计
桥墩均采用矩形空心薄壁墩,墩顶横桥向宽5.0米，两侧按50:1向下放坡，以增强其横桥向稳定性，桥墩纵桥向宽8.0米，纵横向墩壁厚均为1.20米；九龙岸(1号墩)墩高85.00米，冕宁岸(2号墩)墩高66.00米；两墩每隔22.0米左右设置一道0.8米厚横隔板；两墩承台高5.0米，平面外形尺寸为10.0米×14.0米。桩基础由6根桩径2.5米钻孔灌注群桩组成，桩底嵌入深度不小于设计值。
在墩的周边布置有φ6.5mm的防裂HRB400钢筋网，钢筋网格为8×8厘米。全桥桥墩上均设有过水孔，以适应水库水位的变化。过水孔兼作通气孔用。桥墩采用C40混凝土，桥墩承台、桥台盖梁和墩台桩基均采用C30混凝土。
3、箱梁预应力体系设计
预应力束设计主要包括纵向预应力束和竖向预应力束的设计。根据应力混凝土结构学的原理，同时综合受弯梁的受力状态，将纵向预应力束的锚头布置、箱梁桥腹板厚度、竖向预应力筋的有效预应力以及在施工和使用阶段的受力综合考虑进去，合理布置纵向预应力连续束、下弯束和弯起束，适当增加较多的斜筋和箍筋等防裂钢筋，根据预应力度的大小将构件划分为全预应力及A和B类构件的部分预应力，根据实际情况具体问题具体分析设计，是选择正确的预应力束必须的经验。
本桥主梁为双向预应力结构。
纵向预应力钢束采用φs15.24的钢绞线,=1860MPa，张拉控制应力=0.75，施工时均应超张拉3%。顶底板纵向预应力钢束均为两端张拉，采用OVM15-X大吨位锚固体系，顶板钢束锚固于箱肋和腹板处，底板钢束均需设置下齿板锚固。
竖向预应力钢筋采用JL930精轧螺纹粗钢筋，≥1000MPa，每根张拉力为673KN，竖向预应力钢筋在箱梁顶部张拉, 采用YGM-32锚固体系。在竖向预应力钢筋安装前应逐根预拉，预拉力为700KN，合格后方可安装。
0号梁段横隔板、边跨端部横隔板横向预应力筋与竖向预应力钢筋相同，每根张拉力为673KN，采用一端张拉方式，相应锚具为YGM—32。
4、配筋的设计
配筋设计包括顶板、底板和腹板预应力束的纵向预应力束的布置、横向和竖向预应力筋的布置以及非预应力筋的配置三个方面。
目前，配筋设计中主要存在这些问题：顶板和底板预应力束的锚头之间产生锚后拉应力；连续弯筋布置与弯矩曲线不符；竖向预应力筋与设计的要求不一致；以及非预应力筋配置不足等。因此，在配筋的设计和布局中，可以考虑交错搭接纵向预应力束的锚头避免拉力区；布置足够数量的顶板预应力使箱梁体可应付足够的预应力；设置位置和数量都合适的非预应力钢筋等。
5、孔径布置
国内外已建成的连续刚构桥，边跨与中跨的跨径比值在0.5～0.692之间。大部分比值在0.54～0.56之间，比变截面连续梁桥的比值范围0.6～0.8要小。
理论研究分析证明，由于墩梁固结，边跨的长短对中跨恒载弯矩调整的影响很小，而边、主跨径之比在0.54～0.56时，不仅可以使中墩内基本没有恒载偏心弯矩，而且可以在边跨悬臂端用导梁支承于边墩上，进行边跨合拢，从而取消落地支架，施工也十分方便。
（二）预应力混凝土刚构桥梁结构设计阶段需控制的要点
预应力混凝土连续刚构桥设计需要注意细节上的把握，参照桥结构的具体组合构建逐一设计，这样才能满足桥梁结构性能的实际需求。为保证桥梁设计的准确性，可以采用相应的预应力混凝土标准规划，从工程力学理论、桥梁设计理论、材料运用理论等方面优化设计，保证连续刚构桥设计方案的科学性。
1、墩壁柔度
墩壁柔度是桥梁结构的一项重要指标，其关系着桥梁结构比例的均勻划分及刚度比值。为了保持墩壁柔度符合桥梁要求，需重点计算分析双壁墩、单壁墩与双壁墩组合、单壁墩形式、单壁墩不同壁厚等情况的标准值，以便在满足桥结构刚度的同时减少造价投资。
2、温度控制
为防止温度变化对预应力混凝土结构的不利影响，设计阶段要注意对温度大小的控制，以防温度造成的变形。如：内力桥结构内力调整中添加顶力和降低中跨合龙段温度，并把合龙锁定温度控制在标准范围内。若连续刚构桥结构允许，则需扩大合龙锁定温度变化范围，为工程施工作业提供方便。
3、墩壁构造
因预应力混凝土连续刚结构的受力状况特殊，常会集中于某一个桥梁结构的应力点上。因此，设计时需要使用相应的构建过渡处理，如：在沿桥轴线方向的墩壁与箱梁底平面之间采用半径20cm的圆弧抹角完成过渡，以防对桥结构柔度、应力造成的不利影响，防止了裂缝的形成。
结语
综上，预应力混凝土连续刚构桥的设计对于减少其施工和运营期的病害有着很重要的作用。对设计方法和包括预应力束、箱梁尺寸、配筋等多方面进行合理的设计和布局，是大跨度预应力混凝土连续刚构桥的设计要点探讨的主要问题，也是预应力混凝土连续刚构桥设计中值得深入研究的问题。因此为了加强桥梁结构的稳定性，在预应力混凝土连续刚结构设计时要合理选择设计方法，确保桥梁结构的性能达到预期的效果。
参考文献
[1]莫华冬.现代桥梁设计中的连续刚构桥结构形式方案[J].铁道科学与工程学报，2009.16.
[2]高吉才，金庆利.大跨径PC变截面连续梁设计要点探讨[J].中外公路，2010.6.
[3]张俊平，刘爱荣，杨勇，等.撑架式连续梁船舶撞击事故后检测、加固设计与施工监控[J].公路工程，2008.3.
[4]严力亚.大跨度预应力混凝土连续梁裂缝加固设计[J].山西建筑，2007.18.
关键词：预应力混凝土；刚构桥；稳定；箱梁尺寸；下部结构
Abstract: in recent years, with the rapid development of modern highway and urban road construction, prestressed concrete continuous rigid frame bridge because of its not easy to deformation, takong degrees, concise and beautiful bridge, good structural performance, strong seismic performance and maintenance is simple, the advantages of the mature construction technology, make its application more and more widely in highway Bridges. This paper JiuLongHe bridge as an example, the key point in design of prestressed concrete rigid-frame bridge and discussed in detail the main points of the should be controlled.
Key words: prestressed concrete; Rigid frame bridge; Stable; Size of box girder; The lower structure
中图分类号：TU375文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、工程概况
九龙河大桥位于四川九龙溪古电站库区九龙河，为横跨九龙河的一座大桥，桥梁里程K250+688.85～K250+911.15，桥全长222.30m。初步设计时本桥推荐1-170米上承式钢管混凝土拱桥的桥型方案，但由于桥区施工条件受限，且后期养护费用高。专家根据桥位处地形条件，从安全和施工角度等方面考虑，专家建议将初设中作为比较方案的连续刚构方案作为推荐方案。
根据初步设计审查意见，施工图设计本桥采用为60m+100m+60m预应力混凝土连续刚构桥，桥墩均为钢筋混凝土空心墩，两岸桥台均为桩帽式桥台。
二、预应力混凝土材料的优点
（一）抗裂性
材料试验发现，预应力混凝土的抗裂性能十分优越，可有效抵制外在因素造成的桥梁裂缝现象。如：由于施工时对桥梁的构件增加预应力，可延迟结构裂缝的形成，即便是承受较大的车辆荷载也很少产生裂缝。桥梁构件的刚度也会受到预应力混凝土材料的支撑而增强。
（二）减重性
桥结构自重过大会增加承担的载荷，对桥梁造成一定的破坏。预应力混凝土属于一种高强度材料，能显著减小钢筋用量和构件截面尺寸。这样既能节省钢筋、混凝土等材料的使用量，也使得桥结构的自重力大幅度减小，用于大跨度、重荷载结构的性能优势更显著。
（三）稳定性
当桥构件处于超负荷受载时极易发生损坏，对桥梁的使用性能构成严重威胁。对钢筋混凝土柱施加预应力之后能促使纵向受力钢筋张拉得很紧，不仅防止了预应力钢筋自身的压弯现象，同时也有助于附近混凝土抵抗压弯能力的改善，维持了桥结构的稳定性。
（四）耐久性
由于预应力混凝土中含有超大应力的钢筋，材料使用期间由于加荷、卸荷等因素造成的应力变化幅度相對较小，从而有助于增强桥结构的抗疲劳强度。如：预应力混凝土连续刚构桥，其承受动荷载的结构部分具有较强的耐久性，延长了桥结构的使用寿命。
三、九龙河预应力混凝土刚构桥设计关键点
（一）主桥结构设计
上部结构设计
（1）箱梁尺寸设计
箱梁尺寸的设计主要表现在三个方面：合理的桥跨、横断面的布置和横隔板的布置。其中，翘高、桥跨的总长度以及桥跨各跨的跨径分配等是合理的桥跨布置的主要内容。在《公路桥梁设计手册》中，对桥跨的总长度进行了规定，预应力混凝土连续梁的最大理论跨度为250～300m，经济跨度为100～240m。
九龙河大桥主梁采用单箱单室、采用双向预应力混凝土箱型断面。箱梁根部高6.0米，跨中及边跨11.0米直线段梁高2.5米，梁高按2次抛物线变化，箱底宽5.0米，两侧悬臂长2.0米，全宽9.0米。顶板除0号块件两横隔板间及承托断面顶板厚60.0厘米外，余者均为34.0厘米。0号块件两横隔板间底板厚1.0米，余者由80厘米厚按二次抛物线变化到跨中32厘米厚。
（2）横断面的布置
横断面的布置主要是腹板、底板及顶板厚度的设计。可以适当地增加它们的厚度，因为增加箱梁桥腹板的厚度，可以使箱梁桥自身截面的抗剪能力更好地发挥，也有利于施工中腹板上的锚固。但是，增加了腹板的厚度，会使桥的自重增加。因此，腹板的最小厚度不仅要满足构造需要，还要满足受力要求。而底板要满足正弯矩下的力筋的要求，顶板要满足桥面板和力筋的受力和构造的要求
腹板厚分65厘米、50厘米两个等级,级间设过渡段。全桥共设置横隔板6道，即墩顶处4道，两边跨端部各设一道，各横隔板均设置了人洞以便施工。在两岸桥台处各设一道GL160伸缩缝和两个GPZ5DX盆式支座。
箱梁腹板上设有通风孔，一般设在梁段腹板的中心部位，可根据实际情况做适当调整。箱梁采用C50混凝土。
2、下部结构设计
桥墩均采用矩形空心薄壁墩,墩顶横桥向宽5.0米，两侧按50:1向下放坡，以增强其横桥向稳定性，桥墩纵桥向宽8.0米，纵横向墩壁厚均为1.20米；九龙岸(1号墩)墩高85.00米，冕宁岸(2号墩)墩高66.00米；两墩每隔22.0米左右设置一道0.8米厚横隔板；两墩承台高5.0米，平面外形尺寸为10.0米×14.0米。桩基础由6根桩径2.5米钻孔灌注群桩组成，桩底嵌入深度不小于设计值。
在墩的周边布置有φ6.5mm的防裂HRB400钢筋网，钢筋网格为8×8厘米。全桥桥墩上均设有过水孔，以适应水库水位的变化。过水孔兼作通气孔用。桥墩采用C40混凝土，桥墩承台、桥台盖梁和墩台桩基均采用C30混凝土。
3、箱梁预应力体系设计
预应力束设计主要包括纵向预应力束和竖向预应力束的设计。根据应力混凝土结构学的原理，同时综合受弯梁的受力状态，将纵向预应力束的锚头布置、箱梁桥腹板厚度、竖向预应力筋的有效预应力以及在施工和使用阶段的受力综合考虑进去，合理布置纵向预应力连续束、下弯束和弯起束，适当增加较多的斜筋和箍筋等防裂钢筋，根据预应力度的大小将构件划分为全预应力及A和B类构件的部分预应力，根据实际情况具体问题具体分析设计，是选择正确的预应力束必须的经验。
本桥主梁为双向预应力结构。
纵向预应力钢束采用φs15.24的钢绞线,=1860MPa，张拉控制应力=0.75，施工时均应超张拉3%。顶底板纵向预应力钢束均为两端张拉，采用OVM15-X大吨位锚固体系，顶板钢束锚固于箱肋和腹板处，底板钢束均需设置下齿板锚固。
竖向预应力钢筋采用JL930精轧螺纹粗钢筋，≥1000MPa，每根张拉力为673KN，竖向预应力钢筋在箱梁顶部张拉, 采用YGM-32锚固体系。在竖向预应力钢筋安装前应逐根预拉，预拉力为700KN，合格后方可安装。
0号梁段横隔板、边跨端部横隔板横向预应力筋与竖向预应力钢筋相同，每根张拉力为673KN，采用一端张拉方式，相应锚具为YGM—32。
4、配筋的设计
配筋设计包括顶板、底板和腹板预应力束的纵向预应力束的布置、横向和竖向预应力筋的布置以及非预应力筋的配置三个方面。
目前，配筋设计中主要存在这些问题：顶板和底板预应力束的锚头之间产生锚后拉应力；连续弯筋布置与弯矩曲线不符；竖向预应力筋与设计的要求不一致；以及非预应力筋配置不足等。因此，在配筋的设计和布局中，可以考虑交错搭接纵向预应力束的锚头避免拉力区；布置足够数量的顶板预应力使箱梁体可应付足够的预应力；设置位置和数量都合适的非预应力钢筋等。
5、孔径布置
国内外已建成的连续刚构桥，边跨与中跨的跨径比值在0.5～0.692之间。大部分比值在0.54～0.56之间，比变截面连续梁桥的比值范围0.6～0.8要小。
理论研究分析证明，由于墩梁固结，边跨的长短对中跨恒载弯矩调整的影响很小，而边、主跨径之比在0.54～0.56时，不仅可以使中墩内基本没有恒载偏心弯矩，而且可以在边跨悬臂端用导梁支承于边墩上，进行边跨合拢，从而取消落地支架，施工也十分方便。
（二）预应力混凝土刚构桥梁结构设计阶段需控制的要点
预应力混凝土连续刚构桥设计需要注意细节上的把握，参照桥结构的具体组合构建逐一设计，这样才能满足桥梁结构性能的实际需求。为保证桥梁设计的准确性，可以采用相应的预应力混凝土标准规划，从工程力学理论、桥梁设计理论、材料运用理论等方面优化设计，保证连续刚构桥设计方案的科学性。
1、墩壁柔度
墩壁柔度是桥梁结构的一项重要指标，其关系着桥梁结构比例的均勻划分及刚度比值。为了保持墩壁柔度符合桥梁要求，需重点计算分析双壁墩、单壁墩与双壁墩组合、单壁墩形式、单壁墩不同壁厚等情况的标准值，以便在满足桥结构刚度的同时减少造价投资。
2、温度控制
为防止温度变化对预应力混凝土结构的不利影响，设计阶段要注意对温度大小的控制，以防温度造成的变形。如：内力桥结构内力调整中添加顶力和降低中跨合龙段温度，并把合龙锁定温度控制在标准范围内。若连续刚构桥结构允许，则需扩大合龙锁定温度变化范围，为工程施工作业提供方便。
3、墩壁构造
因预应力混凝土连续刚结构的受力状况特殊，常会集中于某一个桥梁结构的应力点上。因此，设计时需要使用相应的构建过渡处理，如：在沿桥轴线方向的墩壁与箱梁底平面之间采用半径20cm的圆弧抹角完成过渡，以防对桥结构柔度、应力造成的不利影响，防止了裂缝的形成。
结语
综上，预应力混凝土连续刚构桥的设计对于减少其施工和运营期的病害有着很重要的作用。对设计方法和包括预应力束、箱梁尺寸、配筋等多方面进行合理的设计和布局，是大跨度预应力混凝土连续刚构桥的设计要点探讨的主要问题，也是预应力混凝土连续刚构桥设计中值得深入研究的问题。因此为了加强桥梁结构的稳定性，在预应力混凝土连续刚结构设计时要合理选择设计方法，确保桥梁结构的性能达到预期的效果。
参考文献
[1]莫华冬.现代桥梁设计中的连续刚构桥结构形式方案[J].铁道科学与工程学报，2009.16.
[2]高吉才，金庆利.大跨径PC变截面连续梁设计要点探讨[J].中外公路，2010.6.
[3]张俊平，刘爱荣，杨勇，等.撑架式连续梁船舶撞击事故后检测、加固设计与施工监控[J].公路工程，2008.3.
[4]严力亚.大跨度预应力混凝土连续梁裂缝加固设计[J].山西建筑，2007.18.