體外預(yù)應(yīng)力在簡支轉(zhuǎn)連續(xù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

齊 琳

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院)

1 簡支轉(zhuǎn)連續(xù)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)造

(1)連續(xù)段按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，即在相鄰梁頂板端頭開槽，待梁吊裝就位后在槽內(nèi)布設(shè)負(fù)彎矩鋼筋，澆濕接頭混凝土。這種方式構(gòu)造簡單，施工方便快速，但在正常工作狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)在接頭處容易開裂，影響結(jié)構(gòu)的使用性和耐久性。因此，該方式僅用于較小跨徑的橋梁上。

(2)連續(xù)段按預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計，這是目前采用得最多的接頭方式，其優(yōu)點(diǎn)是保證負(fù)彎矩區(qū)段不開裂。這種方式需要在預(yù)制梁內(nèi)預(yù)置負(fù)彎矩區(qū)預(yù)應(yīng)力管道，體系轉(zhuǎn)換后需進(jìn)行管道灌漿;為了布置后張預(yù)應(yīng)力管道，腹板常需加寬，使混凝土、鋼筋和鋼束的用量增加，梁的自重加大。為進(jìn)行張拉而設(shè)置的錨固塊增加了構(gòu)造的復(fù)雜性，同時錨固塊較易開裂，影響了結(jié)構(gòu)的耐久性;由于連續(xù)段接頭較短，為保證在連接區(qū)鋼束的傳遞長度，常將鋼束延伸到墩頂支點(diǎn)以外較長的區(qū)域;由于要對管道灌漿和現(xiàn)澆接頭混凝土，其施工周期也較長，尤其對于負(fù)溫季節(jié)漫長的東北地區(qū)，其施工很容易受到季節(jié)的限制，同時對施工技術(shù)的要求較高。

隨著簡支轉(zhuǎn)連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用的日益增多，由于連接段接頭方式單一而引起的造價偏高、施工復(fù)雜、周期較長等問題正變得越來越突出，這些問題在一定程度上限制了該類結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用，影響了其使用性能和結(jié)構(gòu)的耐久性。

2 體外預(yù)應(yīng)力應(yīng)用于轉(zhuǎn)連續(xù)接頭的探討

2.1 體外預(yù)應(yīng)力的材料要求

體外預(yù)應(yīng)力對采用的高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線、粗鋼筋等要求具有一定的延性，材料性能應(yīng)符合橋梁規(guī)范對預(yù)應(yīng)力鋼材的規(guī)定。體外力筋的防腐通常有兩種做法:一種是在鍍鋅或者有環(huán)氧涂層的體外力筋的表面熱擠PE套，另一種是在體外力筋的外面套以套管、套管與力筋之間充填灌漿材料進(jìn)行防腐。預(yù)應(yīng)力錨具必須確保錨固可靠，并滿足必要時可調(diào)整應(yīng)力、特殊情況下可更換預(yù)應(yīng)力筋的要求，錨頭應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格密封以確?？煽糠栏?。

2.2 體外預(yù)應(yīng)力體系構(gòu)成

體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)一般由體外預(yù)應(yīng)力筋、管道及防腐材料、轉(zhuǎn)向塊、錨固系統(tǒng)和體外預(yù)應(yīng)力受力結(jié)構(gòu)等部件組成。按防腐體系的不同，體外預(yù)應(yīng)力體系可分為有粘結(jié)體系和無粘結(jié)體系。橋梁采用何種體外預(yù)應(yīng)力體系應(yīng)根據(jù)其設(shè)計使用要求、所處環(huán)境條件及經(jīng)濟(jì)性等綜合考慮。無粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系由于其防腐可靠、力筋應(yīng)力可調(diào)甚至可更換的優(yōu)點(diǎn)近年來應(yīng)用較多。

體外預(yù)應(yīng)力體系具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)。(1)體外預(yù)應(yīng)力筋布置在構(gòu)件截面外，截面面積減小，自重減輕。(2)體外預(yù)應(yīng)力筋僅在轉(zhuǎn)向塊及錨固區(qū)與結(jié)構(gòu)相接觸，摩阻應(yīng)力損失小。(3)體外預(yù)應(yīng)力筋布置在截面外，防腐效果可以得到保證。(4)體外預(yù)應(yīng)力筋布置在截面外，截面內(nèi)鋼筋少，施工工序簡單，混凝土質(zhì)量容易保證。(5)體外預(yù)應(yīng)力筋，可根據(jù)情況調(diào)整應(yīng)力，甚至更換預(yù)應(yīng)力束。(6)體外預(yù)應(yīng)力筋布置靈活，提高效率。(7)體外預(yù)應(yīng)力筋布置在截面外，使用荷載引起的應(yīng)力變化分散在力筋全長，應(yīng)力變化幅度較小，降低了梁疲勞破壞的概率。

2.3 體外預(yù)應(yīng)力橋梁受力特點(diǎn)

體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁除了具有體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的一些相同的共性外，在構(gòu)造、設(shè)計計算和受力方面具有特殊性。

預(yù)應(yīng)力鋼束通過轉(zhuǎn)向塊轉(zhuǎn)向是體外預(yù)應(yīng)力的重要特征。轉(zhuǎn)向塊傳遞了體外束產(chǎn)生的水平和垂直力，限制體外束自由長度，調(diào)整體外束偏心距。通過合理布置轉(zhuǎn)向塊調(diào)整體外預(yù)應(yīng)力筋線形，可改變結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪性能。轉(zhuǎn)向塊由于受較大的集中力及與預(yù)應(yīng)力筋的摩擦作用，應(yīng)力復(fù)雜。

體外預(yù)應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力損失較體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋的小，其計算方法與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)大體一致;體外預(yù)應(yīng)力梁受彎性能及體外預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量計算也是一個值得重視的問題。

3 設(shè)計實例

3.1 橋梁概況

塔子城互通A匝道橋上部結(jié)構(gòu)采用4×25m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁，橋梁橫向布置為:0.5m(波形鋼板護(hù)欄)+6.75m(行車道)+1m(中央分隔帶)+6.75m(行車道)+0.5m(波形鋼板護(hù)欄)，橋梁全寬15.5m，橋梁與主線交角70°，汽車荷載等級:公路-Ⅰ級。

圖1 跨中橫斷面圖

3.2 體外預(yù)應(yīng)力在轉(zhuǎn)連續(xù)接頭處的設(shè)置

在體外預(yù)應(yīng)力體系應(yīng)用于簡支轉(zhuǎn)連續(xù)結(jié)構(gòu)接頭設(shè)計過程中，重點(diǎn)考慮了錨固塊、轉(zhuǎn)向裝置以及體外預(yù)應(yīng)力體系的選擇。

通常錨固塊可采用鋼材或鋼筋混凝土的材料，本橋箱梁的腹板較薄，鋼制錨固塊與腹板的連接問題較為突出，局部受力較為復(fù)雜。而混凝土轉(zhuǎn)向塊則可以與主梁混凝土一同澆筑，通過局部的加強(qiáng)措施能夠有效地改善錨固區(qū)復(fù)雜的受力狀態(tài)。因此確定采用鋼筋混凝土轉(zhuǎn)向塊。

體外預(yù)應(yīng)力鋼束的布置受到空間的影響，布置在箱梁外側(cè)翼緣板下方;為分散應(yīng)力采用了分段錨固的方式;為充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力的作用，在接頭處要盡量將鋼束向上方布置，因此在預(yù)制梁接頭處的現(xiàn)澆橫梁內(nèi)設(shè)置一處轉(zhuǎn)向，使一根鋼束在此處以圓弧連接的方式通過。另一根鋼束的轉(zhuǎn)向則在錨固塊內(nèi)以設(shè)置轉(zhuǎn)向鋼管的方式實現(xiàn)。

錨具采用OVM-AT型，索體采用OVM-S3型，錨頭灌漿材料采用水泥漿或環(huán)氧砂漿。