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摘要：本文针对现阶段PC连续刚构桥普遍出现腹板裂缝的现状，提出预应力盲区的存在是腹板裂缝出现的原因之一，通过对几种竖向预应力优化方案的探讨，得出了一种有效的优化方案。
关键词：PC连续刚构桥；竖向预应力；预应力盲区 ； 腹板裂缝
中图分类号： TV543 文献标识码： A 文章编号：
当今PC连续刚构桥主流的配束方案是纵向直筋加竖向预应力筋的组合方式，通过控制腹板的主拉应力防止腹板开裂。由于取消了纵向的腹板下弯束，竖向预应力在桥梁抗裂起到的作用就更加的重要。近几年来根据对连续刚构桥的裂缝调查研究表明，箱梁腹板依然出现大量裂缝，并且腹板裂缝与水平方向角度一般为45°左右，可以确定为主拉应力裂缝，因此竖向预应力在现今的配束方案应该得到好的优化，以解决上述工程问题。
当前的预应力混凝土设计程序在对桥梁结构进行计算时，所采用计算单元多为梁单元，这种计算方法对于桥梁结构的整体受力比较准确，但局部的应力则无法反应。另外，根据文献[1] ，预应力混凝土箱梁腹板内的竖向预应力钢筋所引起的竖向压应力，是从锚下逐步扩散到腹板范围内的，预压应力按下列公式计算，
式（1）
式中，为竖向预应力筋的肢数；为竖向预应力筋的有效预应力；为单肢预应力筋的截面面积；为竖向预应力的间距；为计算主应力处构件的宽度。式（1）的算法是将竖向有效预应力值直接除以每根预应力筋所管辖的腹板水平截面，其计算方法過于粗糙，不能够反应竖向预应力锚下的应力扩散规律[2]。预应力是通过一定的扩散角而逐渐均匀地传递给整个结构，位于扩散角之外的结构没有预加力，该区域称为预应力盲区。在预应力盲区附近，由于截面的应力不满足平面假设，而设计人员在布置预应力束时，忽视了预应力盲区的存在，导致腹板出现大量裂缝。因此，竖向预应力盲区的分析，对消除腹板裂缝很有必要。
针对以上工程问题，本文提出了几种的解决方案。
第一种方案是采用整体锚垫板的优化方法。竖向预应力是依靠锚具保持并传递预压应力的，对于竖向预应力筋间隔布置造成应力盲区的问题，采用连续布置的锚垫板小间隔锚垫板，将腹板夹在上下锚垫板之间，预应力可通过连续垫板进行连续传递，减少或消除应力盲区，提高腹板的整体和抗剪性能，整体锚垫板的示意图如图1
图1整体锚垫板示意图
此种方案也存在一定的局限性：锚垫板必须达到一定厚度形成一定的整体刚度，才能发挥其作用，否则极易造成预应力损失，使预应力很难形成，无形之中增加了相关成本。
第二种方案是采用环向预应力筋。通过加长预应力筋长度的方法，减少由于伸长量过小造成的预应力损失，并采用两端张拉，有效地发挥竖向预应力的作用。环向预应力筋为减小相邻竖向筋的应力盲区，将两根相隔的竖向预应力筋连在一起，形成错位布置，并在箱梁顶端锚固。环向竖向预应力示意图如图2所示，
图2环向竖向预应力示意图
此种方案由于预应力是曲折布置，将会导致附加的预应力损失，并且复杂的钢筋定位，也给施工带来了难度。对于预应力的弯折处理，缺乏相关的计算公式，很难确定其有效预应力值，还需要进一步的研究。
第三种方案是竖向预应力钢筋倾斜布置。竖向预应力钢筋倾斜布置，一方面竖向预应力作用的间距相对减小，预应力盲区的范围会相应减少；另一方面，竖向预应力倾斜布置，也可以提高的箱梁腹板抵抗主拉应力的能力。竖向预应力按常规垂直布置时，竖向预应力与箱梁腹板主拉应力的关系为[3][4]：
、
式（2）
当竖向预应力筋的倾斜角度为，如图3所示，经过分析得，箱梁腹板主拉应力关系为：
式（3）
图3竖向预应力钢筋倾斜布置
当倾斜角度在0°~ 45°时，主拉应力方向的压力储备比常规垂直布置力筋的方式有明显增加，并且箱梁竖向预应力作用的间距相对减小，预应力盲区相对减少。因此，竖向预应力钢筋倾斜布置方案为一种比较有效的消除腹板裂缝的方法[5]。
综上所述，本文指出竖向预应力盲区的存在，是PC连续刚构桥腹板出现裂缝的重要原因之一。通过对几种竖向预应力优化方案的比较分析，得出了竖向预应力钢筋倾斜布置，既有效地消除了部分预应力盲区，又提高了箱梁腹板抵抗主拉应力的能力，不失为解决腹板裂缝的一种有效方法。
参考文献：
[1] 中华人民共和国交通部.JTJ D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].人民交通出版社.2004
[2] 刘钊，李鹏. 考虑竖向预应力扩散影响的箱梁腹板预压应力计算[J].公路交通科技.2004,21(12).
[3] 宋郁民，武志军.混凝土箱梁桥竖向预应力失效原因分析及对策[J].桥梁.2007，5(28).
[4]沈明燕，种新谷.混凝土箱梁腹板竖向预应力损失的模型试验研究[J].工程力学.2010,27(9)
[5] 陈露晔，吴文明.箱梁腹板竖向预应力设置新方法研究[J].公路交通技术.2007,6.
（作者简介：孙磊（1984-），男，山东莱芜人，硕士研究生）
孙磊 山东省 济南市 天桥区 堤口路141号煤炭工业济南设计研究院有限公司
关键词：PC连续刚构桥；竖向预应力；预应力盲区 ； 腹板裂缝
中图分类号： TV543 文献标识码： A 文章编号：
当今PC连续刚构桥主流的配束方案是纵向直筋加竖向预应力筋的组合方式，通过控制腹板的主拉应力防止腹板开裂。由于取消了纵向的腹板下弯束，竖向预应力在桥梁抗裂起到的作用就更加的重要。近几年来根据对连续刚构桥的裂缝调查研究表明，箱梁腹板依然出现大量裂缝，并且腹板裂缝与水平方向角度一般为45°左右，可以确定为主拉应力裂缝，因此竖向预应力在现今的配束方案应该得到好的优化，以解决上述工程问题。
当前的预应力混凝土设计程序在对桥梁结构进行计算时，所采用计算单元多为梁单元，这种计算方法对于桥梁结构的整体受力比较准确，但局部的应力则无法反应。另外，根据文献[1] ，预应力混凝土箱梁腹板内的竖向预应力钢筋所引起的竖向压应力，是从锚下逐步扩散到腹板范围内的，预压应力按下列公式计算，
式（1）
式中，为竖向预应力筋的肢数；为竖向预应力筋的有效预应力；为单肢预应力筋的截面面积；为竖向预应力的间距；为计算主应力处构件的宽度。式（1）的算法是将竖向有效预应力值直接除以每根预应力筋所管辖的腹板水平截面，其计算方法過于粗糙，不能够反应竖向预应力锚下的应力扩散规律[2]。预应力是通过一定的扩散角而逐渐均匀地传递给整个结构，位于扩散角之外的结构没有预加力，该区域称为预应力盲区。在预应力盲区附近，由于截面的应力不满足平面假设，而设计人员在布置预应力束时，忽视了预应力盲区的存在，导致腹板出现大量裂缝。因此，竖向预应力盲区的分析，对消除腹板裂缝很有必要。
针对以上工程问题，本文提出了几种的解决方案。
第一种方案是采用整体锚垫板的优化方法。竖向预应力是依靠锚具保持并传递预压应力的，对于竖向预应力筋间隔布置造成应力盲区的问题，采用连续布置的锚垫板小间隔锚垫板，将腹板夹在上下锚垫板之间，预应力可通过连续垫板进行连续传递，减少或消除应力盲区，提高腹板的整体和抗剪性能，整体锚垫板的示意图如图1
图1整体锚垫板示意图
此种方案也存在一定的局限性：锚垫板必须达到一定厚度形成一定的整体刚度，才能发挥其作用，否则极易造成预应力损失，使预应力很难形成，无形之中增加了相关成本。
第二种方案是采用环向预应力筋。通过加长预应力筋长度的方法，减少由于伸长量过小造成的预应力损失，并采用两端张拉，有效地发挥竖向预应力的作用。环向预应力筋为减小相邻竖向筋的应力盲区，将两根相隔的竖向预应力筋连在一起，形成错位布置，并在箱梁顶端锚固。环向竖向预应力示意图如图2所示，
图2环向竖向预应力示意图
此种方案由于预应力是曲折布置，将会导致附加的预应力损失，并且复杂的钢筋定位，也给施工带来了难度。对于预应力的弯折处理，缺乏相关的计算公式，很难确定其有效预应力值，还需要进一步的研究。
第三种方案是竖向预应力钢筋倾斜布置。竖向预应力钢筋倾斜布置，一方面竖向预应力作用的间距相对减小，预应力盲区的范围会相应减少；另一方面，竖向预应力倾斜布置，也可以提高的箱梁腹板抵抗主拉应力的能力。竖向预应力按常规垂直布置时，竖向预应力与箱梁腹板主拉应力的关系为[3][4]：
、
式（2）
当竖向预应力筋的倾斜角度为，如图3所示，经过分析得，箱梁腹板主拉应力关系为：
式（3）
图3竖向预应力钢筋倾斜布置
当倾斜角度在0°~ 45°时，主拉应力方向的压力储备比常规垂直布置力筋的方式有明显增加，并且箱梁竖向预应力作用的间距相对减小，预应力盲区相对减少。因此，竖向预应力钢筋倾斜布置方案为一种比较有效的消除腹板裂缝的方法[5]。
综上所述，本文指出竖向预应力盲区的存在，是PC连续刚构桥腹板出现裂缝的重要原因之一。通过对几种竖向预应力优化方案的比较分析，得出了竖向预应力钢筋倾斜布置，既有效地消除了部分预应力盲区，又提高了箱梁腹板抵抗主拉应力的能力，不失为解决腹板裂缝的一种有效方法。
参考文献：
[1] 中华人民共和国交通部.JTJ D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].人民交通出版社.2004
[2] 刘钊，李鹏. 考虑竖向预应力扩散影响的箱梁腹板预压应力计算[J].公路交通科技.2004,21(12).
[3] 宋郁民，武志军.混凝土箱梁桥竖向预应力失效原因分析及对策[J].桥梁.2007，5(28).
[4]沈明燕，种新谷.混凝土箱梁腹板竖向预应力损失的模型试验研究[J].工程力学.2010,27(9)
[5] 陈露晔，吴文明.箱梁腹板竖向预应力设置新方法研究[J].公路交通技术.2007,6.
（作者简介：孙磊（1984-），男，山东莱芜人，硕士研究生）
孙磊 山东省 济南市 天桥区 堤口路141号煤炭工业济南设计研究院有限公司