先張法折線布束預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計實踐

童 琪 郭志奇

1 折線預(yù)應(yīng)力筋先張法在橋梁工程的應(yīng)用情況回顧及現(xiàn)狀

先張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，以其在設(shè)計，施工簡單，造價低等優(yōu)點在我國橋梁工程中得到了廣泛的應(yīng)用。其中大多為直線預(yù)應(yīng)力筋先張法，由于結(jié)構(gòu)受力的限制，主要用于20 m以下的中小跨徑橋梁。例如，交通部最新的先張法空心板通用圖的最大跨徑就是20 m。在國外先張法預(yù)應(yīng)力橋梁，由于采用折線預(yù)應(yīng)力筋，跨徑可達(dá)到40 m，而且在設(shè)計施工方面已形成標(biāo)準(zhǔn)化。

對于20 m以上跨徑的如30 m，40 m甚至50 m跨徑的先張法橋梁，在我國也得到了一定的發(fā)展和應(yīng)用，由于在鐵路橋梁的建設(shè)中，比較規(guī)范的采用了折線預(yù)應(yīng)力筋先張法橋梁，比如在青藏鐵路的24 m簡支T梁結(jié)構(gòu)。在公路交通方面，也有了一定的發(fā)展，淮河大橋35 m折線布束先張法箱梁等?？傊?，折線布束先張法橋梁，在鐵路橋梁中的應(yīng)用已成熟，但在公路橋梁，則處于起步階段，尤其對于其標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計，尚屬于空白階段。

2 折線布束先張法的特點分析

2.1 與后張法比較

從結(jié)構(gòu)受力方面講，由于不使用預(yù)應(yīng)力管道，減少了預(yù)應(yīng)力的摩阻損失，增加了有效預(yù)應(yīng)力，在一定程度上減少了預(yù)應(yīng)力鋼束的用量。結(jié)構(gòu)的耐久性比較好，盡管目前后張法施工比較成熟，但是后張法施工中經(jīng)常出現(xiàn)的預(yù)應(yīng)力鋼束管道堵孔、壓漿不實，可能造成的鋼索腐蝕，降低了結(jié)構(gòu)使用的耐久性。而對于先張法而言，預(yù)應(yīng)力筋和混凝土間的粘結(jié)缺陷降低到最小程度，鋼筋與混凝土的粘結(jié)可靠性優(yōu)于后張結(jié)構(gòu)。在工程造價方面，節(jié)省了預(yù)應(yīng)力錨具、管道，減少了施工工序。雖然先張法需要張拉臺座，但考慮到規(guī)模使用的效應(yīng)，這部分成本很低，據(jù)統(tǒng)計對30 m跨徑預(yù)制梁而言，先張法相對于后張法可節(jié)省約8%～12%的成本。

2.2 與直線預(yù)應(yīng)力先張法比較

相對于直線預(yù)應(yīng)力先張法，折線布束先張法有以下優(yōu)點:

1)預(yù)應(yīng)力筋線形與構(gòu)件的實際彎矩包絡(luò)圖更為匹配;相應(yīng)于直線配束梁，折線形能夠有效降低梁端的主拉應(yīng)力，改善結(jié)構(gòu)的受力性能。2)預(yù)應(yīng)力筋彎起后，還會在構(gòu)件中產(chǎn)生豎向預(yù)應(yīng)力，有利于提高構(gòu)件的抗剪性能。3)由于部分預(yù)應(yīng)力筋的彎起，和全梁直線形預(yù)應(yīng)力筋相比，構(gòu)件產(chǎn)生的反拱程度會減小，有利于其長期變形的控制。4)折線布束由于在結(jié)構(gòu)受力上存在以上優(yōu)點，其適用的跨度范圍不再局限于20 m以下，對于20 m～40 m跨徑的裝配式橋梁有著良好的競爭力。當(dāng)然折線預(yù)應(yīng)力先張法比直線先張法增加了預(yù)應(yīng)力筋的轉(zhuǎn)向裝置，增加了施工的復(fù)雜性，但以上所述優(yōu)點，大大擴展了先張法橋梁適用跨徑。

3 工程應(yīng)用實例

本項目位于寒冷地區(qū)，橋梁主要以裝配式預(yù)制橋梁為主，綜合考慮結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工，造價等方面的因素后，選定跨徑30 m T形梁為上部結(jié)構(gòu)，在考慮寒冷地區(qū)耐久性的設(shè)計要求和施工限制后，上部結(jié)構(gòu)決定采用折線布束先張法T梁，預(yù)應(yīng)力布置的立面和斷面圖見圖1。

預(yù)應(yīng)力損失的計算是折線布束先張法設(shè)計中的關(guān)鍵問題之一，折線布束靠預(yù)應(yīng)力筋轉(zhuǎn)向器來實現(xiàn)，轉(zhuǎn)向器是先張法折線形預(yù)應(yīng)力混凝土梁的關(guān)鍵組成部分，預(yù)應(yīng)力鋼絞線在轉(zhuǎn)向器處的摩阻損失在整個先張法預(yù)應(yīng)力損失中占有重要部分，因此準(zhǔn)確計算預(yù)應(yīng)力的摩阻損失是預(yù)應(yīng)力損失計算的關(guān)鍵。鋼絞線彎折角度α越大，摩阻損失的值也越大，大致與 σconsinα成正比。根據(jù)一些工程實例應(yīng)用建議，計算時采用公式σ=0.3σconsinα計算摩阻損失。

對于預(yù)制梁的斷面尺寸和相關(guān)構(gòu)造措施，也有自己的特點。由于取消了錨墊板，所以梁端的截面尺寸可以不變寬;預(yù)應(yīng)力筋分散布置，端部的加強鋼筋可以不設(shè);由于預(yù)應(yīng)力筋在跨中盡量貼近梁底，所以下馬蹄的尺寸應(yīng)適當(dāng)增大。

4 相關(guān)問題探討

1)折線布束先張法由于預(yù)應(yīng)力筋是分散布置，為滿足鋼束之間的距離，對于超過40 m跨徑的橋梁而言，其腹板尺寸增加較大，從而降低了其經(jīng)濟性能，所以折線布束先張法的適用跨徑建議為20 m～40 m之間。

2)預(yù)應(yīng)力筋轉(zhuǎn)向器是實現(xiàn)折線布束的關(guān)鍵裝置，關(guān)系到結(jié)構(gòu)受力和施工的難易程度及造價，現(xiàn)階段轉(zhuǎn)向器的標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)范化程度不夠，不同的項目有不同的構(gòu)造。應(yīng)加大這方面的試驗研究，并制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造。

3)由于折線布束先張法橋梁的應(yīng)用存在較大的潛力，應(yīng)加大這方面的標(biāo)準(zhǔn)化研究，在設(shè)計和施工方面制定相關(guān)的規(guī)范規(guī)程，編制標(biāo)準(zhǔn)化跨徑的圖集，從而推廣其應(yīng)用。

5 結(jié)語

本文通過對折線布束先張法橋梁發(fā)展應(yīng)用的回顧，分別與后張法和直線布束預(yù)應(yīng)力橋梁對比，分析了其優(yōu)缺點，并結(jié)合實際項目，提出了設(shè)計時應(yīng)注意的事項，最后對現(xiàn)狀存在的問題進行了探討，提出了折線布束先張法預(yù)應(yīng)力橋梁發(fā)展的相關(guān)建議。

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