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摘要：桥梁使用寿命的缩短主要原因是其上部结构的损坏，针对这种情况，本文主要对现常用跨径桥梁上部结构的布置设计与预应力钢束布置设计进行了简单的阐述。
关键词：上部结构，主梁截面；预应力钢束
桥梁的建设在我国公路工程中占有相当大的比例，无论是公路桥染或者城市桥梁，其中大部分是钢筋混凝土梁式桥。其中中小跨径(也可以说是常用跨径)桥梁无论规模、数量更是占优。所以对中小跨径桥梁进行优化设计对于增强整座大桥或特大桥的耐久性和使用性能，加速工程建设均具有重要意义。上部结构设计包括：总体的布置；结构形式和体系的研究；材料的选择，按确定的方案或比较方案进行结构分析，选定部件的具体尺寸。对新型上部结构，一般尚须经过设计的方案比较、模型试验或局部试验，然后对建成的桥跨进行现场测试和分析。
一、上部结构的设计布置
本设计是桥梁跨径(下文中为35m)跨径设计，即在跨径和桥面净空已确定的条件下进行规格化的构造布置。以下便简述这一布置过程。
1.主梁间距与主梁片数
主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标ρ很有效，故在许可条件下应适当加宽T梁翼板。但标准设计主要为配合各种桥面度，使桥梁尺寸标准化而采用统一的主梁间距。交通部《公路桥涵标准图》中，钢混凝土和预应力混凝土装配式简支T形梁跨径从16m到40m，主梁间距均为1.6m(留2cm工作缝，T梁上翼缘宽度为158cm)。考虑人行道适当挑当，桥宽则选用五片主梁。
2.主梁跨中截面主要尺寸拟定
(1)主梁高度
预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1／15—1／25之间，标准设计中高跨比约在1／18—1／19之间。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高可节省预应和钢束用量，同时梁高加大—般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。综上所述，在设计中对于35m跨径的简支梁桥取用230cm的主梁高度是比较合适的。
(2)主梁截面细部尺寸
T梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时翼板受压的强度要求。本桥预制T梁的翼板厚度取用8cm，翼板根部加厚到20cm以抵抗翼缘根部的较大的弯矩。为使冀板与腹连接和顺，在截在转角处充置圆角，以减小局部应力和便于脱模。
在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力甚小，腹板厚度一般由布置制孔管的构造决定，同时从腹板本身的称定条件出发，腹板不宜小于其高度的1／15。该梁的T梁腹板厚度均取16cm。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄面积占截面总在积的10％—20％为合适。本设计考虑到主梁需要配置较多的钢束，将钢束按三层布置每排三束，同时还根据“公预规”对钢束净距及预留管道的构造要求，初拟马蹄宽度36cm，高度28cm。马蹄与腹板交接处做成45°斜坡的折线钝角，以减小局部应力。如此布置的马蹄面积约占整个截面积的180。
3.横截面沿跨长的变化
设计主梁采用等高度形式，横截面的T梁翼扳厚度沿跨长不变，马蹄部分为配合钢束弯起而从四分点开始向支点逐渐抬高。梁端部区段由于集中力的作用而引起较大的局部应力，也因布置锚具的需要，在距梁端一倍梁高范围内(230m)将腹板加厚到与马蹄同宽。变化点截面(腹板开始加厚处)到支点的距离为206cm，中间不设置一节长度为30cm的腹板加厚过渡段。
4.横隔梁的设置
模型试验结果表明，在荷载作用处的主梁弯矩横向分布，当该处有内横隔梁时它比较均匀，否则直接在荷载作用下的主梁弯矩很大。为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置一道中横隔梁；当跨度较大时，四分点处也宜设置内横隔梁。
二、预应力钢束布置
根据“公预规”规定，预应力梁应满足使用阶段的应力要求和承载能力极限状态的强度条件。以下就跨中截面各种荷载组合下，分别按照上述要求对各主梁所需的钢束数进行估算，并且按这些估算钢束数的多少确定各梁的配束。对于全预应力梁，希望在弹性阶段工作，同時边主梁与中间主梁所需的钢束数相差不多，为方便钢束布置和施工，各主梁统一确定为8束。
1.确定跨中及锚固端截面的钢束位置
(1)对于跨中截面，在保证布置预留管道构造要求的前提下，尽可能使钢束群重心的偏心距大些。本设计采用直径5cm抽拨橡胶管成型的管道，根据“公预规”规定，取管道净距4cm，至梁底净距5cm。由此可直接得出钢束群重心至梁底距离为15.4米。
(2)为了方便张拉操作，本设计将所有钢束都锚固在梁端，对于锚固端截面，钢束布置通常考虑下述两个方面：—是预应力钢束含力重心尽可能性靠近截面形心，使截面均匀受压，二是考虑锚头布置的可能性，以满足张拉操作方便等要求。按照上述锚头布置的“均匀”“分散”等原则，钢束群重心至梁底距离为80.6米。
2.钢束起弯角和线型的确定
确定钢束起弯角时，既要照顾到因其弯起所产生的竖向预剪力有足够的数量，又要考虑到由其增大而导致摩擦预应力损失不宜过大。为此，本设计将锚固端截面分成上、下两部分(见图2—13所示)，上部钢束的弯起角初定为10°，相应钢束的竖向间距暂定为25cm(先按此计算，若发现不妥还可重新调整，以下同)；下部钢束弯起角初定为7.5°，相应的钢束竖向间距为30cm。为简化计算和施工，所有钢束布置的线型均选用两端为圆弧中间再加一段直线，并且整根柬都布置在同一个竖直面内。
参考文献：
[1]柴志，赵磊等.基于耐久性的桥梁优化设计模型.河南科学，2002
[2]刘亚杰，杨玉广，公路桥梁上部结构检算方法的研究.黑龙江交通科技，2006
[3]李义兵.铁路客运专线桥梁上部结构设计研究.铁道标准设计，2005
关键词：上部结构，主梁截面；预应力钢束
桥梁的建设在我国公路工程中占有相当大的比例，无论是公路桥染或者城市桥梁，其中大部分是钢筋混凝土梁式桥。其中中小跨径(也可以说是常用跨径)桥梁无论规模、数量更是占优。所以对中小跨径桥梁进行优化设计对于增强整座大桥或特大桥的耐久性和使用性能，加速工程建设均具有重要意义。上部结构设计包括：总体的布置；结构形式和体系的研究；材料的选择，按确定的方案或比较方案进行结构分析，选定部件的具体尺寸。对新型上部结构，一般尚须经过设计的方案比较、模型试验或局部试验，然后对建成的桥跨进行现场测试和分析。
一、上部结构的设计布置
本设计是桥梁跨径(下文中为35m)跨径设计，即在跨径和桥面净空已确定的条件下进行规格化的构造布置。以下便简述这一布置过程。
1.主梁间距与主梁片数
主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标ρ很有效，故在许可条件下应适当加宽T梁翼板。但标准设计主要为配合各种桥面度，使桥梁尺寸标准化而采用统一的主梁间距。交通部《公路桥涵标准图》中，钢混凝土和预应力混凝土装配式简支T形梁跨径从16m到40m，主梁间距均为1.6m(留2cm工作缝，T梁上翼缘宽度为158cm)。考虑人行道适当挑当，桥宽则选用五片主梁。
2.主梁跨中截面主要尺寸拟定
(1)主梁高度
预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1／15—1／25之间，标准设计中高跨比约在1／18—1／19之间。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高可节省预应和钢束用量，同时梁高加大—般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。综上所述，在设计中对于35m跨径的简支梁桥取用230cm的主梁高度是比较合适的。
(2)主梁截面细部尺寸
T梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时翼板受压的强度要求。本桥预制T梁的翼板厚度取用8cm，翼板根部加厚到20cm以抵抗翼缘根部的较大的弯矩。为使冀板与腹连接和顺，在截在转角处充置圆角，以减小局部应力和便于脱模。
在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力甚小，腹板厚度一般由布置制孔管的构造决定，同时从腹板本身的称定条件出发，腹板不宜小于其高度的1／15。该梁的T梁腹板厚度均取16cm。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄面积占截面总在积的10％—20％为合适。本设计考虑到主梁需要配置较多的钢束，将钢束按三层布置每排三束，同时还根据“公预规”对钢束净距及预留管道的构造要求，初拟马蹄宽度36cm，高度28cm。马蹄与腹板交接处做成45°斜坡的折线钝角，以减小局部应力。如此布置的马蹄面积约占整个截面积的180。
3.横截面沿跨长的变化
设计主梁采用等高度形式，横截面的T梁翼扳厚度沿跨长不变，马蹄部分为配合钢束弯起而从四分点开始向支点逐渐抬高。梁端部区段由于集中力的作用而引起较大的局部应力，也因布置锚具的需要，在距梁端一倍梁高范围内(230m)将腹板加厚到与马蹄同宽。变化点截面(腹板开始加厚处)到支点的距离为206cm，中间不设置一节长度为30cm的腹板加厚过渡段。
4.横隔梁的设置
模型试验结果表明，在荷载作用处的主梁弯矩横向分布，当该处有内横隔梁时它比较均匀，否则直接在荷载作用下的主梁弯矩很大。为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置一道中横隔梁；当跨度较大时，四分点处也宜设置内横隔梁。
二、预应力钢束布置
根据“公预规”规定，预应力梁应满足使用阶段的应力要求和承载能力极限状态的强度条件。以下就跨中截面各种荷载组合下，分别按照上述要求对各主梁所需的钢束数进行估算，并且按这些估算钢束数的多少确定各梁的配束。对于全预应力梁，希望在弹性阶段工作，同時边主梁与中间主梁所需的钢束数相差不多，为方便钢束布置和施工，各主梁统一确定为8束。
1.确定跨中及锚固端截面的钢束位置
(1)对于跨中截面，在保证布置预留管道构造要求的前提下，尽可能使钢束群重心的偏心距大些。本设计采用直径5cm抽拨橡胶管成型的管道，根据“公预规”规定，取管道净距4cm，至梁底净距5cm。由此可直接得出钢束群重心至梁底距离为15.4米。
(2)为了方便张拉操作，本设计将所有钢束都锚固在梁端，对于锚固端截面，钢束布置通常考虑下述两个方面：—是预应力钢束含力重心尽可能性靠近截面形心，使截面均匀受压，二是考虑锚头布置的可能性，以满足张拉操作方便等要求。按照上述锚头布置的“均匀”“分散”等原则，钢束群重心至梁底距离为80.6米。
2.钢束起弯角和线型的确定
确定钢束起弯角时，既要照顾到因其弯起所产生的竖向预剪力有足够的数量，又要考虑到由其增大而导致摩擦预应力损失不宜过大。为此，本设计将锚固端截面分成上、下两部分(见图2—13所示)，上部钢束的弯起角初定为10°，相应钢束的竖向间距暂定为25cm(先按此计算，若发现不妥还可重新调整，以下同)；下部钢束弯起角初定为7.5°，相应的钢束竖向间距为30cm。为简化计算和施工，所有钢束布置的线型均选用两端为圆弧中间再加一段直线，并且整根柬都布置在同一个竖直面内。
参考文献：
[1]柴志，赵磊等.基于耐久性的桥梁优化设计模型.河南科学，2002
[2]刘亚杰，杨玉广，公路桥梁上部结构检算方法的研究.黑龙江交通科技，2006
[3]李义兵.铁路客运专线桥梁上部结构设计研究.铁道标准设计，2005