體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計方法相關(guān)探討

顧曉勇

【摘要】我國的橋梁建設(shè)不斷發(fā)展，為體外混凝土技術(shù)的發(fā)展提供了一個良好的契機。文章主要分析了體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計，針對目前體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點、設(shè)計方法等方面進行研究，提出一些加強體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計方法，以提高預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計工作水平和質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】體外預(yù)應(yīng)力混凝土；橋梁；設(shè)計

隨著橋梁事業(yè)的不斷發(fā)展，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)以其方便的施工工藝，優(yōu)良的工作效果越來越受到人們的重視，同時，也為橋梁技術(shù)的發(fā)展和鞏固創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。因此，需要加強對體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計的研究，以更好的幫助施工單位提高橋梁的施工質(zhì)量和工作水平，使橋梁技術(shù)能夠得到更多的應(yīng)用和發(fā)展。

1、體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點

體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點表現(xiàn)在：體外預(yù)應(yīng)力筋在轉(zhuǎn)向時呈折現(xiàn)，因此與混凝土接觸面少，降低了預(yù)應(yīng)力摩擦損失，促進預(yù)應(yīng)力效益的提高。預(yù)應(yīng)力筋主要布置在腹板的外面，提高了腹板振實效果，縮短了施工工期，提高了施工工作效率，提高了施工的準(zhǔn)確性等。但是體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)也有一定的缺陷，主要表現(xiàn)在：體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，由于鋼絞線在端部錨固，導(dǎo)致混凝土施工中澆筑振搗比較困難，容易損壞和著火，體外束的應(yīng)力計算較為復(fù)雜，預(yù)應(yīng)力加工費用較高等。

2、體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計方法

在對體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的設(shè)計過程中，要充分考慮到不同因素對其造成的影響。比如，橋梁結(jié)構(gòu)自身的重量，施工過程中所能承載的負(fù)載情況，以及橋梁的初始受力及受力路徑等都會對其造成影響，一定要多方面的對工程進行分析和考慮。在工程的施工過程中，受力狀態(tài)和受力路徑都經(jīng)過了一段非常復(fù)雜的變化過程，在此期間橋梁結(jié)構(gòu)非常脆弱，容易受到外界環(huán)境的影響，有可能會造成結(jié)構(gòu)的變形。為此，要特別注意每個施工步驟，嚴(yán)格按照規(guī)定進行，保證橋梁的設(shè)計結(jié)構(gòu)。另外，在橋梁施工完成之后，由于受到不同負(fù)載的影響，會對橋梁的結(jié)構(gòu)造成一定的影響，并且隨著時間的積累以及不良因素的影響，橋梁的整體結(jié)構(gòu)就會遭到破壞。此時，準(zhǔn)確的確定橋梁體外預(yù)應(yīng)力混凝土的受力狀況就顯的尤為重要?，F(xiàn)在，主要用三種方法對其進行分析和研究：

2.1借助計算機程序?qū)崿F(xiàn)整個受力過程的狀態(tài)分析。這個是以外預(yù)應(yīng)力橋梁截面的受力平衡以及整個橋梁的變形最小為依據(jù)，結(jié)合橋梁筋的轉(zhuǎn)向形式、摩擦阻力的滑動狀況以及結(jié)構(gòu)的最大形變作為約束條件建立聯(lián)立方程進行分析。另外，采用該種方法計算體外預(yù)應(yīng)力還需要考慮二次效應(yīng)的非線性因素對其產(chǎn)生的影響?？傮w來說該種方法比較復(fù)雜，適用范圍小，不過精度較高。

2.2借助有限元進行技術(shù)分析。該分析方法主要以橋梁試驗數(shù)據(jù)及混凝土鋼筋的非線性幾何分析原理為依據(jù)，對橋梁進行單元劃分，借助有限元技術(shù)進行橋梁整個過程的受力分析。此種方法不但具有較高的計算精度，同時還能將受力情況詳細(xì)的描述出來。

2.3利用有限元和計算機程序進行模擬受力。該分析方法也主要以橋梁試數(shù)據(jù)及混凝土鋼筋的非線性幾何分析原理為依據(jù)，利用有限元方法和空間非線性技術(shù)結(jié)合計算機進行體外預(yù)應(yīng)力橋梁的受力分析。這種計算方法可以很好的模擬出體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的受力情況，很大程度上提高了分析效率。

3、體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁錨固橫梁設(shè)計方法

體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁錨固橫梁配筋設(shè)計方法，采用的是有限元實體單元分析與拉壓桿法相結(jié)合算法。在對錨固橫梁配筋設(shè)計方法進行分析時，可以直接采用ANSYS應(yīng)力分析。體外預(yù)應(yīng)力錨固橫梁的形狀、位置變化等都不相同，其配筋設(shè)計可以采用兩種形式： 一是橫梁內(nèi)側(cè)配筋設(shè)計，二是局部承壓設(shè)計。在相應(yīng)的規(guī)范中對局部承壓設(shè)計有明確的規(guī)定，在設(shè)計時，可以直接使用規(guī)范方法。在體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁錨固橫梁配筋設(shè)計中，對橫梁內(nèi)側(cè)受拉鋼筋的設(shè)計方法主要采用拉壓桿模型法。拉壓桿模型分析步驟主要有以下幾步：一是，首先進行結(jié)構(gòu)的形狀、支撐以及荷載等方面實現(xiàn)整體確定。為了方便分析，我們通常將立體的空間三維結(jié)構(gòu)劃分為不同的平面進行獨立分析。二是，對結(jié)構(gòu)的整體的靜力進行分析，由此確定結(jié)構(gòu)支撐反力。三是，對結(jié)構(gòu)進行劃分，劃分依據(jù)為圣維南原理，主要分為B區(qū)和D區(qū)。B區(qū)能夠建立起標(biāo)準(zhǔn)桁架模型，可以直接采用拉壓桿模型法。區(qū)則需要結(jié)合自身實際情況分別建立拉壓桿模型對其進行設(shè)計。四是，將B區(qū)和D區(qū)相結(jié)合形成完整的拉壓桿模型，并計算出該模型中每個拉桿和壓桿的軸力。校正每個桿件的承載能力并對拉桿進行配筋設(shè)計。五是，實現(xiàn)對每個節(jié)點區(qū)以及鋼筋的細(xì)節(jié)設(shè)計?；炷两Y(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計方法主要采用的是拉壓桿模型法，主要是由于其計算結(jié)算結(jié)果比較安全，但是針對錨固橫梁的配筋拉桿模型的構(gòu)建過程相當(dāng)復(fù)雜。

4、體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計要點

4.1荷載作用時的分析。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力筋在按照曲線布置時會產(chǎn)生一定的附加應(yīng)力，因此，體外預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)力的取值應(yīng)該符合實際的設(shè)計需要。同時，該橋的荷載設(shè)計主要是由極限荷載作用進行控制的，體外預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量也由此決定。

4.2極限荷載作用時的分析。極限荷載作用時的抗彎計算，主要依據(jù)《體外力筋PC橋梁設(shè)計手冊》進行，對抵抗破壞的彎矩進行計算時，將體外力筋作為抗拉構(gòu)件考慮。同時，結(jié)合結(jié)構(gòu)變形時產(chǎn)生的體外預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量，對該橋的極限荷載值進行確定。

4.3錨固端。在體外力筋預(yù)施應(yīng)力方式中，高強預(yù)應(yīng)力筋與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力方式不同，其主要錨固在橫梁上，而不是在腹板或是頂?shù)装迳希瑢a(chǎn)生剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。在對錨固橫梁的彎矩和剪力計算時，主要依據(jù)《體外力筋PC 橋梁設(shè)計手冊》將其作為格構(gòu)模式或者是四邊固定板進行計算，同時還要配備抗拉和抗剪鋼筋。

4.4非線性分析。對體外預(yù)應(yīng)力橋梁進行非線性分析，主要是為了確定其結(jié)構(gòu)的破壞安全度。在對其進行分析計算時，主要采用復(fù)合非線性框架分析。對材料非線性評價時，為了將混凝土、鋼筋等應(yīng)力的應(yīng)變關(guān)系能夠用合適的模型反映出來，可以將主梁構(gòu)件按照纖維模型進行處理。當(dāng)主梁構(gòu)件任意一個纖維達到極限應(yīng)變值時，將其作為主梁達到極限狀態(tài)的判定條件。除了上述分析之外，還要考慮以下幾個方面：在體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計中還要加強對斜截面的抗剪設(shè)計的研究。為了推動體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，應(yīng)該在無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力規(guī)程中增加體外預(yù)應(yīng)力。加強對橋梁在體外預(yù)應(yīng)力橋梁在往復(fù)荷載下產(chǎn)生的疲勞問題的研究。

5、結(jié)語

綜上所述，在橋梁建設(shè)中，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相比，具有明顯的優(yōu)勢。上文主要分析了體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計分析方法以及錨固橫梁設(shè)計方法，需要對其進行準(zhǔn)確的分析，才能夠保證預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。在對其進行分析時，還結(jié)合相應(yīng)的工程實例進行分析。對更多的專業(yè)人士能投入到該課題研究中，提出指正建議，為提高我國體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計工作做出重要的貢獻。

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