關(guān)于體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)分析

王欣

（山東省煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院）

關(guān)于體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)分析

王欣

（山東省煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院）

隨著國內(nèi)橋梁建筑事業(yè)的發(fā)展，對橋梁的設(shè)計(jì)要求也越來越高。關(guān)于體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)分析研究也倍受重視。通過分析發(fā)現(xiàn)，橋梁的體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)大部分集中在橋梁的固定塊和轉(zhuǎn)向塊的連接處。相對于傳統(tǒng)的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有更大的優(yōu)勢，不僅能夠減輕質(zhì)量、便于施工，而且還有利于橋梁的維護(hù)，延長橋梁的使用壽命。本文通過對體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的研究，闡述了體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，并介紹了體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)方法，在橋梁建設(shè)中具有一定的理論意義。

體外預(yù)應(yīng)力；混凝土；設(shè)計(jì)分析

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)越來越先進(jìn)。尤其是體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁中的應(yīng)用，更是加速了橋梁建設(shè)的發(fā)展。雖然我國的體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)起步相對較晚，但卻取得了矚目的成就。在上世紀(jì)80年代體外預(yù)應(yīng)力橋梁才在國內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，隨著研究水平的不斷提高，在90年代體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)理論取得了很大的進(jìn)展。目前，大批的橋梁建筑正在不斷興起，在橋梁工程建設(shè)中，增強(qiáng)橋梁截面的承載能力是至關(guān)重要的工作。面對承載能力不足出現(xiàn)的問題，可以采用重建和修補(bǔ)技術(shù)來進(jìn)行彌補(bǔ)。通常，為了節(jié)省成本，一般采用修補(bǔ)工作。在修補(bǔ)中，采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)對其進(jìn)行修正是一種可行的方法。這種技術(shù)方法施工便利、成本較低，獲得良好的口碑，具有良好的前景。

2 體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容

體外預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中占有重要的地位，在對橋梁設(shè)計(jì)中，根據(jù)橋梁的整體式構(gòu)造或者節(jié)段式構(gòu)造的不同，采用簡支梁結(jié)構(gòu)或者連續(xù)梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對橋梁進(jìn)行彎曲和剪切性能的試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)研究。下面將介紹體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的主要試驗(yàn)研究內(nèi)容。

2.1 橋梁整體式結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁彎曲性能試驗(yàn)內(nèi)容

在整體式結(jié)構(gòu)橋梁的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，一般采用12根兩組不同高跨比、不同設(shè)計(jì)參數(shù)的整體式體外預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁。在試驗(yàn)過程開始時(shí)，首先在整體式簡支梁的一端施加預(yù)應(yīng)力，從施加預(yù)應(yīng)力開始就要全過程記錄橋梁的各種變化參數(shù)，這些參數(shù)包括橋梁的整體變形情況、體外預(yù)應(yīng)力筋和梁體的位移大小、橋梁體外混凝土預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)變隨所加載荷變化的規(guī)律，同時(shí)還要觀察橋梁體外混凝土裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展規(guī)律及整體梁體彎曲程度，通過對這些參數(shù)的分析，確定橋梁的承受能力，確保所建立的橋梁符合設(shè)計(jì)要求。

2.2 節(jié)段式結(jié)構(gòu)橋梁體外預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁彎曲性能試驗(yàn)內(nèi)容

在節(jié)段式結(jié)構(gòu)橋梁的彎曲性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，首先，準(zhǔn)備10根兩組不同高跨比、不同設(shè)計(jì)參數(shù)的節(jié)段式橋梁結(jié)構(gòu)的體外預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁。其次，在開始測試時(shí)，施加相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力，通過觀測不同的參數(shù)來測定節(jié)段式橋梁的彎曲性能。在試驗(yàn)過程中，要記錄節(jié)段式橋梁的整體變形情況、體外預(yù)應(yīng)力筋與梁體的相對位移、節(jié)段式結(jié)構(gòu)橋梁體外混凝土預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)變隨所加的載荷變化的規(guī)律，同時(shí)還要觀察橋梁體外混凝土裂縫的產(chǎn)生及其變化規(guī)律和整體梁體彎曲變化程度。

2.3 整體式結(jié)構(gòu)橋梁體外預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁剪切性能試驗(yàn)內(nèi)容

在整體式結(jié)構(gòu)橋梁的彎曲性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，所需要的測定樣品是11根兩組、不同設(shè)計(jì)參數(shù)、不同高跨比的整體式簡支梁，在整體式簡支梁的一端施加預(yù)應(yīng)力，從施加預(yù)應(yīng)力開始就要全過程記錄橋梁的各種變化參數(shù)，這些參數(shù)包括橋梁的整體變形情況、橋梁體外混凝土預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)變隨所加載荷變化的規(guī)律，同時(shí)還要觀察橋梁體外混凝土產(chǎn)生裂縫及裂縫擴(kuò)展規(guī)律和整體梁體剪切變化的程度，通過對這些參數(shù)的分析，確定橋梁的剪切破壞程度。

2.4 節(jié)段式結(jié)構(gòu)橋梁體外預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁剪切性能試驗(yàn)內(nèi)容

在節(jié)段式結(jié)構(gòu)橋梁的剪切性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，首先準(zhǔn)備13根兩組不同設(shè)計(jì)參數(shù)、不同高跨比的節(jié)段式橋梁結(jié)構(gòu)的體外預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁。其次，在試驗(yàn)開始測試時(shí)，施加相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力，通過觀測不同的參數(shù)來測定節(jié)段式橋梁的彎曲性能。在試驗(yàn)過程中，要記錄節(jié)段式橋梁的整體變形情況、節(jié)段式結(jié)構(gòu)橋梁體外混凝土預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)變隨所加的載荷變化的規(guī)律，同時(shí)還要觀察橋梁體外混凝土產(chǎn)生的裂縫及裂縫變化規(guī)律和整體梁體剪切變化程度。

3 體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)分析方法的研究

體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的承載能力受方面條件的限制的影響因素是多方面的。一方面的影響因素是橋梁的自身結(jié)構(gòu)和工作過程中所承受的荷載工況。此外，橋梁的初始受力狀態(tài)和受力路徑也具有很大的影響。在對體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的建造過程中，由最初的簡單構(gòu)件到最后的承重復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)，受力狀態(tài)和受力路徑都經(jīng)歷了一個(gè)復(fù)雜的變化過程。在這一變化歷程中，橋梁結(jié)構(gòu)成型狀態(tài)極易受到其他因素的影響，要特別注意施工的各個(gè)步驟，盡可能的保證橋梁的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，提高橋梁的承受能力；同時(shí)，橋梁施工完成在正常使用后，由于受到各種載荷的影響，會(huì)造成橋梁體外混凝土的變化而對橋梁的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，造成橋梁受力狀態(tài)發(fā)生變化。隨著條件的不斷惡化，可能最終導(dǎo)致橋梁的承載能力處于極限工況，長此以往，會(huì)破壞橋梁的結(jié)構(gòu)。因此，如何準(zhǔn)確地確定橋梁體外預(yù)應(yīng)力混凝土的受力狀況，是目前橋梁建設(shè)面臨的重要課題。在對橋梁體外混凝土受力分析中，一般要包括橋梁結(jié)構(gòu)成型過程受力狀況和成型后的受力狀況。在目前的情況下，一般可采用以下幾種方法進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)受力分析的研究。

方法一，參照橋梁試驗(yàn)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)和受力分析的結(jié)果，以外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的梁截面受力平衡和整個(gè)梁體變形最小作為基礎(chǔ)，借助計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)橋梁全過程受力狀態(tài)分析。在該分析方法中，需要聯(lián)立方程來計(jì)算體外預(yù)應(yīng)力，這些方程內(nèi)容要包括橋梁筋的轉(zhuǎn)向形式、摩擦阻力的滑動(dòng)狀況以及橋梁結(jié)構(gòu)最大變形約束，在這些計(jì)算方程中，還要考慮二次效應(yīng)的非線性因素的影響，過程往往會(huì)比較復(fù)雜，精確度相對較高。但該分析方法應(yīng)用范圍不大，通常一般只適用于整體式橋梁的簡支梁的分析。

方法二，以橋梁試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果和混凝土鋼筋的非線性幾何分析原理為依據(jù)，借助有限元分析技術(shù)，在梁橋的分析過程中，采用平面梁單元對橋梁進(jìn)行劃分，以幾何非線性原理對計(jì)算橋梁受力的計(jì)算方法。在橋梁受力分析過程中，需要建立包括橋梁混凝土、梁筋、橋梁節(jié)段接縫的有限元模型，利用有限元計(jì)算分析軟件來完成橋梁的全過程受分析。該分析方法具有較高的精確度，結(jié)果往往會(huì)更接近實(shí)際狀況，能夠較細(xì)致地描述橋梁的受力情況。

方法三，以橋梁試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果和混凝土鋼筋的非線性幾何分析原理為基礎(chǔ)，采用空間非線性技術(shù)，利用有限元方法來更大程度地細(xì)化橋梁混凝土和梁筋單元，利用計(jì)算機(jī)程序模擬體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的受力過程。該方法與方法二在一定程度上具有相似性，但對橋梁接縫處和體外預(yù)應(yīng)力強(qiáng)筋移動(dòng)的分析效率會(huì)更高，同時(shí)整體橋梁的模型也較簡單。

4 結(jié)語

隨著橋梁建筑的增多，對體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的研究也越加重視。本文就體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)的試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了概述，簡要的介紹了橋梁的整體式和節(jié)段式結(jié)構(gòu)的彎曲性能和剪切性能的描述。同時(shí)對體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)分析方法做了分析，講述了三中設(shè)計(jì)分析方法，對體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的實(shí)際建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。