摘要：伴随城市化进程的持续深入，公路建设行业发展得越来越快，对桥梁设计也提出了更高的要求。但是，传统的全应力混凝土结构明显已经无法满足适应桥梁的发展，迫切需要创新设计思路。进入新世纪以来，PPC（部分预应力混凝土）以其优良的性能，被十分广泛地应用公路建设中。在这样的背景下，相应的正截面设计引起了十分广泛的关注。基于此，本文就公路桥梁，探讨了PPC的正截面设计，仅供参考。
关键词：公路桥梁；PPC；正截面设计
针对PPC结构进行的正截面设计，指的是PPC构件的一种状态设计，与截面大小及配筋量直接相关，属于一种重要的设计规范。作为性能很好的混凝土结构之一，PPC结构能够解决混凝土早期易破裂的问题，并且非常适合大柱网及大跨度，国内外现已广泛在公路桥梁中应用这种混凝土。但与全应力设计相比，PPC结构要更为复杂，却并没有统一的设计方法，尤其是正截面的强度算法等。所以，为了在公路桥梁工程中，推广应用PPC结构，则很有必要大力研究正截面设计。
一、正截面强度计算
目前，针对PPC桥梁强度的算法，并没有特殊规定，常常基于塑性阶段的材料极限态算法来，算出构件强度。在算正截面的整体强度时，常常会假定一个平截面，并针对受压处的实际应力图与等效的矩形压力图进行转化。通过平截面假定，可以提升公式逻辑性，缩减经验系数。据计算实践显示，当极限压应变不一样时，算出的极限弯矩之间并没有明显的误差。
一般情况下，在计算B类PPC构件时，基于荷载作用下的弯曲应力，需要针对开裂截面采取假定措施：①假定平截面，沿高度应变分布呈线性状态；②所有材料的状态均是弹性态，在应力应变之间存在直线关系；③不计混凝土拉应力；④钢筋完全粘着混凝土，不存在相对滑移。根据以上假定，可以推出B类PPC受弯截面（T形）构件中，运算开裂截面的各种应力公式。
二、裂缝控制
1、PPC的裂缝控制简介
在一定的使用荷载下， B类PPC构件可以被允许限度一定的开裂，但在设计中应着重控制裂缝。而对钢筋提出的耐久、诱蚀要求则直接决定着具体的裂缝限制，这些常常关系着桥梁四周的环境、荷载值、混凝土性质等。据钢筋混凝土带裂缝结构的不完全调查显示，日常大气环境下的室内构件，不管裂缝宽(9mm以下)、实际使用时长、湿度怎样，这样的带裂缝构件均便会出现严重的钢筋锈蚀问题。鉴于此，国内外目前仅有放宽钢筋混凝土中的极限裂缝限制。而作为钢筋混凝土改进材料，PPC有更加有效地控制钢筋混凝土中存在的裂缝。具体而言，主要涉及以下方面：①能在恒载或一般荷载下保持不开裂，仅仅在使用荷载下才会开裂；②会发生短期荷载开裂，一经撤去荷载则裂缝能够闭合；③通过，一定的预应力及配筋率、钢筋布置等的优化，可控制裂缝的宽、深；④在预应力钢筋以外，分布非预应力钢筋，以便保护力筋。所以，通过PPC的裂缝控制，可以在有限预应力下满足规范要求。
2、裂缝控制算法
作为常见的裂缝控制算法之一，按名义控制拉应力裂缝的算法中，名义拉应力指的是针对没有开裂的荷载承受截面，在弹性阶段下，算出的虚拟混凝土最大拉应力，且关系到裂缝宽度。在试验的过程中，可以创建拉应力和裂缝宽之间的关系，令允许裂缝宽对应允许混凝土名义拉应力，并基于允许名义拉应力来控制裂缝，并且控算出的名义拉应力在允许名义拉应力以下。
在国际上，英国在桥梁工程中，最早使用这种方便、简单的方法，而且在允许的混凝土名义拉应力中，还有综合其他因素，如裂缝弯曲宽、预应力模式、混凝土强度、含筋率、截面高等。
但名义拉应力其实就是一种虑拟量，并且全面综合了裂缝影响因素，统计特征明显，离不开实验支撑。其中的裂缝宽、间距等，还需要依靠很多其他因素，如钢筋的量、截面、半径、布置等。此外，即便拉应力值的名义一样，对应的裂缝也极有可能出现显著的差异，所以通过名义拉应力，来有效控制裂缝存在局限性。同时，名义拉应力还在计算模型上，有别于《规范》开裂截面下PPC桥梁应力，故此这种裂缝宽不太符合截面应力实际验算出的裂缝宽，尤其是对预应力低的PPC构件而言。鉴于此，《规范》提出了其它更适合的裂缝控制算法。
三、正截面设计
作为不同于全预应力的PPC截面设计以不确定性的特点最为突出，在正截面设计中，必须设置3个未知数：钢筋预应力面积Av、中性轴截面高x0、非预应力筋面积As。考虑到通过力的平衡仅仅能推导出2个方程，所要补充其他条件，如裂缝控制需要、预应力度值，来来设计截面。PPC正截面设计因且不确定性，往往令设计工作变得更加复杂，但也带来了更大的设计自由度。
在《规范》中提出，针对公路PPC桥梁正截面进行的设计，可选用名义拉应力法。针对按名义拉应力法而言，主要的设计程序有：①算出混凝土正截面的面积大小Ah、中性矩高yh、整体惯性矩Ih等几何特征；②通过估算方法，得出受压区高x，假设出预应力条件下钢筋的整体合力偏心矩ey、非预应力条件下的钢筋含筋率p；③按照结构性能、环境所处条件，得出裂缝的最大允许宽 [δmax]；④通过预应力种类、[δmax]、混凝土等级标号、R、梁高h等，得出允许名义拉应力[ρhl]；⑤算出在受拉区域，混凝土需要的预压应力有效值ρhc=ρwl- [ρhl] 、ρwl=Mw/Wh，其中Mw表示计算弯矩；⑥算出在截面上，需要的预应力有效值：，其中ey表示从受拉面的各个边缘，一直到截面形心之间的距离；⑦根据预应力普通混凝土，将损失预应力ρs估算出来；⑧算出预应力条件下，其中ρh表示预应力条件下的控制钢筋应力；⑨根据极限强度要求，计算出非预应力条件下的钢筋面积，，其中， Z表示受压混凝土范围内的合力Z≈Rabhi，Rg、Ry、Ra依次表示非预应力筋条件下设计的抗拉强度、预应力筋、设计的混凝土轴心能承受的受压强度；⑩验算：根据KM≤QaAaC+Ry′Ay′Zg+δya′Ay′Zy′，认真复核好强度大小，其中，K表示强度安全系数；根据实际配筋数等，来验算这个名义拉应力：首先算出混凝土的实际预压力Nh，再算处张力条件下，混凝土收缩中的徐变、因预应力筋出现松弛而导致损失的预压力值△Nh，继续算出梁底缘预压混凝土的有效应力，最后算出需要的名义拉应力，并确定允许出现的名义拉应力；验算好挠度。
四、结语
综上所述，目前，在PPC公路桥梁工程中，正截面设计占据着十分重要的地位。在应用实践过程中，这种设计方法表现出很多不容忽视的优势，如步骤简单明了、操作便捷、连续性强等，但PPC在我国的发展历程毕竟为时不长，相应的设计概念更是如此。所以，作为一名设计工作者，应不断深入研究学习正截面设计知识，并在工作实践过程当中，逐步完善自己的设计，为基础建设事业的发展贡献出更大的力量。
参考文献
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