大跨徑混凝土箱梁橋體內(nèi)外混合配束設計概述

劉 俊，姜全成

(1.上海理工大學環(huán)境與建筑學院，上海200093；2.山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南250101)

體外預應力結(jié)構(gòu)是后張預應力體系的重要分支之一，因自重輕、摩阻損失小、預應力筋維護方便、施工質(zhì)量可控制性強等優(yōu)點而被廣泛采用［1］。目前體外預應力技術(shù)在橋梁工程中主要應用于大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋和橋梁加固［2］。

1 體外預應力技術(shù)的優(yōu)點

體外預應力混凝土結(jié)構(gòu)，是指預應力筋位于梁體截面外，并通過錨具及轉(zhuǎn)向塊對結(jié)構(gòu)施加預應力的一種結(jié)構(gòu)體系。與傳統(tǒng)的將預應力筋布置于混凝土截面內(nèi)的后張有粘結(jié)預應力混凝土結(jié)構(gòu)相比，體外預應力混凝土結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點有：

(1)由于在構(gòu)件中不設預埋孔道，可使腹板厚度減薄從而減輕結(jié)構(gòu)自重。

(2)梁體混凝土灌注無管道阻礙，易保證質(zhì)量，從而可提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

(3)可方便地檢測預應力筋的腐蝕程度，必要時可更換預應力筋。

(4)無制孔、壓漿等工序，結(jié)合逐跨施工法及懸臂施工法，施工速度快，綜合效益好。

(5)當體外預應力用于既有橋梁加固時，可以較明顯地提高結(jié)構(gòu)的承載能力和改善結(jié)構(gòu)的使用性能，同時對橋下凈空幾乎無影響，并且施工時可最大限度地減少對車輛交通的干擾［3］。

2 大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的配束方式

目前大跨徑的連續(xù)剛構(gòu)橋通常采用的配束方式有三種，分別為：

(1)Ⅰ期懸臂施工束主要承擔施工期及運營期的負彎矩；Ⅱ期底板束用于成橋正彎矩。頂板束有一定程度的下彎，底板束基本為直束。其成橋運營期間的抗剪主要由配置在腹板內(nèi)的豎向預應力筋來承擔，頂板鋼束的下彎是在實踐基礎上對全直束配置方法的改進。

(2)20世紀70～80年代預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋常用的配束形式，是設置了大量的板下彎束以及底板上彎束。這種配束形式的出現(xiàn)與當時的預應力工藝有關系。由于采用的預應力筋多為小直徑，故預應力筋能在腹板內(nèi)相互交叉而不致產(chǎn)生干擾。

(3)另一種已經(jīng)在實踐中采用的配束方法，其預應力鋼束全部采用直束形式，即基本上錨于箱梁頂部沒有下彎。這種方法使施工時腹板混凝土澆筑更簡便，采用三向預應力體系。雖然這種方法在理論上可行，但是截面的剪切抗裂對豎向預應力的依賴程度非常高，而由于豎向預應力筋通常較短，有效預應力不易保證，采用這種全直束的已建橋梁中會存在不同程度的混凝土開裂問題。

3 大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的體內(nèi)、體外混合配束方式

近年來，體外預應力技術(shù)及體系在我國得到迅速發(fā)展并日趨成熟，其力學性能、彈性階段與極限階段的計算理論和設計方法已有較深入研究。在連續(xù)剛構(gòu)橋中應用體內(nèi)、體外混合配束的方法，不但能采用高效、耐久性能好的體外預應力鋼束，還可以發(fā)展出能夠為大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋提供更為可靠抗剪需要的配束方法［4］。這種配束方式的特點是：(1)Ⅰ期體內(nèi)鋼束豎彎加大，但數(shù)量減少；(2)Ⅱ期體內(nèi)鋼束采用上彎到頂板錨固的形式以在正彎矩區(qū)段提供豎向分力；(3)成橋鋼束采用大直徑的體外束，施工簡易，且同時提供可靠的豎向分力；(4)不設置豎向預應力鋼筋。這樣，墩頂及負彎矩區(qū)段由下彎Ⅰ期束與體外束共同提供預剪力，正彎矩區(qū)段由Ⅱ期體內(nèi)上彎束提供預剪力。從而，可以由可靠的縱向預應力筋提供全橋預剪力，減小剪應力及主拉應力。這種配束方法還具有體外束的以下優(yōu)點：(1)可以減少大量穿束和灌漿的繁雜工藝；(2)體外束可檢測、可更換，具有更好的耐久性保證［5］。

4 體外預應力技術(shù)的發(fā)展方向

體外預應力技術(shù)的發(fā)展主要依賴于預應力材料的進步和 設計理論的完善?；炷料蚋邚姾透咝阅芊较虬l(fā)展；預應力筋向高強、低松弛、耐腐蝕方向發(fā)展(近年來發(fā)展起來的纖維加勁塑料(FRP)預應力筋，將是一個重要的發(fā)展方向)；預應力錨具和張拉設備向大噸位、高精度方向發(fā)展［6］。

5 結(jié)束語

體外預應力結(jié)構(gòu)體系由于具有許多優(yōu)點，其發(fā)展與應用已成為現(xiàn)代預應力結(jié)構(gòu)技術(shù)的重大發(fā)展和新技術(shù)標志之一。體外預應力的適用性非常廣泛，除了可用于建筑結(jié)構(gòu)的維修與加固、橋梁結(jié)構(gòu)的維修與加固外，還可以應用于大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)和各種橋梁結(jié)構(gòu)設計。采用體外預應力技術(shù)建成的超大跨度的建筑與橋梁結(jié)構(gòu)，與同等跨度的鋼結(jié)構(gòu)比較，成本大大降低，耐久性顯著提高，經(jīng)濟效益十分顯著。隨著體外預應力技術(shù)的不斷進步，它必將在未來的橋梁工程中發(fā)揮更大的作用。