體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在連續(xù)剛構(gòu)橋中的應(yīng)用

謝安勇，朱 亭

(九江市公路管理局永修分局)

1 我國體外預(yù)應(yīng)力的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國各種現(xiàn)役橋梁中出現(xiàn)了很多病害現(xiàn)象，有些是因?yàn)槟甏眠h(yuǎn)，常年失修，而有的則是在其設(shè)計(jì)與施工之初，本身就存在跟多問題。等等這些問題都是引發(fā)橋梁的承載力與耐久性下降的原因，隨著時(shí)間的推移，還會對其交通的便利與通暢造成影響，更加嚴(yán)重的是會導(dǎo)致行車危險(xiǎn)，進(jìn)而影響社會的快速發(fā)展?，F(xiàn)在，我國危橋數(shù)目還在不斷增加，全國運(yùn)營的有病的鐵路橋梁數(shù)目甚至有進(jìn)一步增加的可能。

我國現(xiàn)役橋梁的問題很多都不是PC 連續(xù)剛構(gòu)的問題造成的，但是從某種意義上說，PC 連續(xù)剛構(gòu)的作用非常強(qiáng)大，它屬于大跨徑橋梁的一種，因此只有出現(xiàn)危害就應(yīng)該引起我們的高度重視。并且，相關(guān)部門還應(yīng)該加大力度來對PC 連續(xù)剛構(gòu)的危害及其加固方法進(jìn)行深入研究。

我國目前的大跨徑PC 連續(xù)鋼構(gòu)投入使用的時(shí)間還不算太久，真正投入使用也是近二十年的時(shí)間，雖然投入使用的時(shí)間并不長，但是出現(xiàn)的問題也是多種多樣，大多數(shù)問題都是梁底開裂、跨中下?lián)?、主梁出現(xiàn)斜裂縫等等。因此出現(xiàn)此問題的面積較大，若是不采取有效的措施來組織此類問題的發(fā)生，將會對橋梁的承載能力造成很大影響。要提高橋梁的承載能力，就要大量投入體外預(yù)應(yīng)力的使用，希望能夠通過采取加固方案來抑制此類問題的產(chǎn)生。

1.1 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展

在我國，在普通的混凝土中進(jìn)行加固處理是最早的使用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)。從上世紀(jì)80年代初其，我國就大量的投入科研人員進(jìn)行多種試驗(yàn)性的研究方面的工作，并采取體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行了加固處理。以福建省南平電機(jī)廠為例，在對其專用橋加固處理時(shí)，其橋的構(gòu)造是3 ×16.8m 的鋼筋混凝土的T 梁橋，在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加固處理時(shí)選用的是鋼槽。除此之外，還有很多橋梁都選用的了加固技術(shù)，因此，體外預(yù)應(yīng)力的加固技術(shù)非常有必要，高效的運(yùn)用此類技術(shù)，能夠明顯的改善各種跨徑橋梁的現(xiàn)有運(yùn)營狀況，并將其承載力等級往上提升。

1.2 體外預(yù)應(yīng)力的概念及其體系

體外預(yù)應(yīng)力中預(yù)應(yīng)力的產(chǎn)生是由在對其承載橋梁結(jié)構(gòu)的主跨本體之外的鋼束張拉而產(chǎn)生的，鋼束的作用只是單純的在橋梁結(jié)構(gòu)的本體之內(nèi)安置錨固區(qū)域，而與此相反的是轉(zhuǎn)向塊則是可以任意安置在橋梁結(jié)構(gòu)的體內(nèi)或者體外，兩者并沒有什么實(shí)質(zhì)性的區(qū)別。一般情況下，體外預(yù)應(yīng)力的構(gòu)成部分非常多，如體外預(yù)應(yīng)力孔道管、漿體、錨固體系和轉(zhuǎn)向塊等等。

體外預(yù)應(yīng)力發(fā)展及其應(yīng)用已經(jīng)經(jīng)過了20 多年，在不斷的變換過程中已經(jīng)朝著兩種主要的體系來發(fā)展了。

第一種體系:由普通的鋼絞線外包著HTPE 防護(hù)的體外索。這是屬于粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系的一種。這種體系的優(yōu)點(diǎn)主要是可以將其設(shè)置在孔道管的結(jié)構(gòu)體以外，能夠非常方便的檢車和控制管道的安全，在檢查其管道的鋪設(shè)質(zhì)量與水密性上也非常便利，同時(shí)也能建設(shè)預(yù)應(yīng)力的摩阻損失。

第二種體系:由單根的無粘結(jié)的鋼絞線外包著HDPE 防護(hù)的體外索。這是屬于無粘結(jié)的體外預(yù)應(yīng)力體系的一種。這種體系的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠減小單根無粘結(jié)筋的損失，在其材料選取上可以選取單根的張拉工藝，正是由于其張拉設(shè)備自身的體積非常小，非常有利于操作;加之預(yù)應(yīng)力筋本身的防護(hù)層非常多，很耐腐蝕，其安全性能也非常好能非常好;加之在使用過程中，還可以重新調(diào)整預(yù)應(yīng)力的數(shù)值，以便更加方便的更換預(yù)應(yīng)力筋。

1.3 體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系的組成

目前，我國在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁、特種結(jié)構(gòu)與大跨度的建筑工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力較多，其預(yù)應(yīng)力混凝土用結(jié)構(gòu)的重建、加固及其維修;與此同時(shí)，還能在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或者是在施工中臨時(shí)使用的鋼索中進(jìn)行應(yīng)用。

體外預(yù)應(yīng)力是一種結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、樣式豐富的體系，其主要組成部分也多種多樣，主要包含以下幾個(gè)部分:預(yù)應(yīng)力索、體外索仿佛系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向裝置、定位裝置及其減振裝置等等各種不同的部件。如圖1 所示:

2 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在連續(xù)剛構(gòu)橋中的應(yīng)用

體外預(yù)應(yīng)力的混凝體結(jié)構(gòu)為了能夠有效的減少界面的尺寸，就要將預(yù)應(yīng)力筋布置在構(gòu)建界面之外，這樣才能進(jìn)一步保障混凝土這一部分的施工質(zhì)量安全，同時(shí)還能有效的減少很多不同方面的工作量。這一特點(diǎn)也是體外預(yù)應(yīng)力所特有的。

以新灘綦江大橋?yàn)槔谠擁?xiàng)目第一次選用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)于大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋時(shí)，將該橋左右兩幅見面的設(shè)計(jì)尺寸設(shè)計(jì)相同是為了能夠便于之后的工作對比，同時(shí)其優(yōu)點(diǎn)還能夠非常方便的對比在同一受力環(huán)境下，替你剛構(gòu)橋的受力性能是否良好，但是同時(shí)也存在某些方面的不足，其中一點(diǎn)不足就是沒有完全將體外預(yù)應(yīng)力的優(yōu)勢凸顯出來。分析新灘綦江大橋右幅橋數(shù)據(jù)中，可以清晰的看出新灘綦江大橋的體外索的初始張拉力是0.65fptk，并沒有給與后期的調(diào)索留有充足的修改空間，這樣就直接與之了體外預(yù)應(yīng)力的后期可調(diào)性。

圖1 體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系構(gòu)造圖

2.1 箱梁細(xì)部構(gòu)造優(yōu)化研究

體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁采用箱型結(jié)構(gòu)是為了方便體外索的保護(hù)與維修，一般箱梁是由頂板、腹板、地板這三個(gè)主要成分組成。要想保證大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋中預(yù)應(yīng)力筋的錨固與施工過程能夠非常方便的進(jìn)行，就必須要對其箱型截面的構(gòu)造嚴(yán)格要求。

2.2 頂板厚度分析

頂板的作用主要分為兩個(gè)方面:第一個(gè)作用是要能夠承受住結(jié)構(gòu)正負(fù)彎矩;第二個(gè)作用就是要能承受住車輛荷載給與橋梁帶來的直接作用。因而，在對連續(xù)剛構(gòu)和T 構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其頂板必須要得到預(yù)應(yīng)力鋼束的支持，這就要求有非常多的預(yù)應(yīng)力鋼束存在，同時(shí)，其頂板的面積要適中，最好是要能夠符合布束的要求范圍。大多數(shù)情況下，頂板的厚度與頂板的跨徑與板內(nèi)縱、橫向管道的布置有關(guān)，并且，其錨頭的最小尺寸也會影響施工技術(shù)。在對現(xiàn)有的連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行分析之后，查閱了相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)其頂板的最小厚度要超過25 cm。

2.3 腹板厚度分析

箱梁需要承受的力量主要是界面剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力，除開這兩種之外，還要承受的有局部荷載帶來的橫向彎矩。箱梁的厚度與各方面的因素有關(guān)，如結(jié)構(gòu)的受力、構(gòu)造、施工等等。再來分析受力方面，因?yàn)閼冶巯淞旱母恐車惺芎艽蟮募袅?，因此其腹板必須要有足夠的厚度。但是由此產(chǎn)生的重量并不會影響到懸臂根部的彎矩，與之相反的是在遠(yuǎn)距離根部的懸臂上會產(chǎn)生非常大的彎矩，這就要求在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量減少這一部分的腹板的重量。在腹板的厚薄程度減小時(shí)，隨之板內(nèi)的剪應(yīng)力就加大了，因此要降低主拉應(yīng)力就要在將預(yù)應(yīng)力筋事先安置在腹板的內(nèi)部中，這樣才能很好的提高腹板的抗剪能力。

再來分析構(gòu)造方面，處于懸臂箱梁根部附近的腹板厚度很薄，但是高，在選擇使用整體澆筑施工這一方法時(shí)，腹板的厚度就要有所增加，從而更好的適應(yīng)混凝土的澆搗。若是想更好的來控制主拉應(yīng)力，防止富班上產(chǎn)生很多斜裂縫，其腹板的厚度要嚴(yán)格控制在50 cm 以上。

2.4 地板的厚度分析

一般情況下，地板需要承受的荷載除了自身的荷載之外，還要承受施工過程所帶來的荷載。同時(shí)，若是在采用懸臂法施工箱梁的時(shí)候，其地板所要承受的還有其他掛籃底模梁后吊點(diǎn)的反作用力，因此，在對地板進(jìn)行整體設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮這些復(fù)雜的力對腹膜的作用。

(1)箱梁根部底板的厚度

在T 構(gòu)與連續(xù)梁中，底板的厚度與箱梁的負(fù)彎矩的成正比，其負(fù)彎矩增加的同時(shí)底板的厚度也要隨之增加，直至到墩頂，這樣才能使用受壓的要求。當(dāng)然，底板承受運(yùn)營極端帶來的受壓是必然的，但是在其處于破壞階段時(shí)，還要能讓這部分的中和軸處于底板內(nèi)部，并且還有留有剩余。

(2)箱梁懸臂端部底板厚度

大跨度的連續(xù)箱梁中要有正負(fù)彎矩的存在是因?yàn)槠鋬?nèi)部存在有一定數(shù)目的鋼束、鋼筋等。分析有關(guān)資料可以總結(jié)出，跨中地板的厚度必須要大于32 cm。我國已建連續(xù)剛構(gòu)橋中的主要尺寸見表1。

表1 我國已建連續(xù)剛構(gòu)橋中的主要尺寸表

3 結(jié) 語

體外預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)作為一種新型的結(jié)構(gòu)體系，仍然有很多問題需要進(jìn)一步深入探究，體外預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)的優(yōu)化過程無疑是加快了體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的優(yōu)化程度，但是減小其工程結(jié)構(gòu)仍然是一個(gè)較為敏感的話題，因此，在進(jìn)行優(yōu)化時(shí)還需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步分析。只有將體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用深入挖掘，才能保證實(shí)際應(yīng)用的效果。

［1］徐詠梅.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋病害研究［D］.重慶交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

［2］張麗璞，王昌武.某連續(xù)剛構(gòu)橋橋面裂縫的原因分析［J］.公路與汽運(yùn)，2009，(6).