美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制箱梁安裝濕接縫鋼筋連接方法

費(fèi)建文，張曉振

（中交第一公路工程局集團(tuán)有限公司海外事業(yè)部，北京 100024）

隨著中國(guó)規(guī)范在埃塞俄比亞AA高速公路項(xiàng)目上的成功應(yīng)用，先簡(jiǎn)支后連續(xù)箱梁橋的形式已經(jīng)被埃塞國(guó)家公路局所接受，AA連接線項(xiàng)目的設(shè)計(jì)繼續(xù)使用這種形式。但在之后的當(dāng)?shù)噩F(xiàn)匯項(xiàng)目中，沒有使用中國(guó)規(guī)范，而是使用埃塞當(dāng)?shù)匾?guī)范。因埃塞規(guī)范基本沿襲的是美國(guó)AASHTO規(guī)范，在埃塞國(guó)家結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中多出的鋼筋數(shù)量可以單獨(dú)計(jì)量，嚴(yán)禁鋼筋焊接，橋梁等結(jié)構(gòu)物工程的鋼筋接頭一般都禁止焊接，只能用綁扎搭接接頭的形式，這樣簡(jiǎn)支梁變?yōu)檫B續(xù)梁時(shí)梁端接頭就遇到了難以解決的困難。濕接縫的空間有限，原來用焊接工藝能正常解決的問題，變?yōu)榻壴B接后，無法滿足規(guī)范所需的搭接長(zhǎng)度。

為解決這個(gè)難題，本文對(duì)先簡(jiǎn)支后連續(xù)的連續(xù)箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力形式進(jìn)行了分析研究，結(jié)合美國(guó)公路合作研究組織以及波特蘭水泥協(xié)會(huì)的研究結(jié)果，綜合分析后給出了具體的解決方法。

2 先簡(jiǎn)支后連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化受力分析

1 先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

（1）先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)由預(yù)制梁板和位于墩頂?shù)默F(xiàn)澆段共同組成，先預(yù)制安裝梁板，后現(xiàn)澆墩頂縱向濕接縫。

（2）先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)在施工中，先完成墩頂現(xiàn)澆段的澆筑和張拉，再進(jìn)行雙排臨時(shí)支座（簡(jiǎn)支）變?yōu)閱闻庞谰弥ёㄟB續(xù)）的體系轉(zhuǎn)換過程。

（3）先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)在體系轉(zhuǎn)換之后，在恒載和活載作用下，結(jié)構(gòu)的受力模式均為連續(xù)梁的特征。

這種結(jié)構(gòu)施工簡(jiǎn)便，成本低，在世界范圍得到了廣泛應(yīng)用。

假設(shè)簡(jiǎn)支連續(xù)梁彎矩及剪力均由集度為q的均布荷載產(chǎn)生，在體系轉(zhuǎn)換之前，最大彎矩出現(xiàn)在梁的跨中，最大剪力集中在梁端臨時(shí)支座處。在完成現(xiàn)澆連續(xù)段的鋼筋混凝土施工且體系轉(zhuǎn)換后，梁的最大彎矩轉(zhuǎn)移到連接兩梁的現(xiàn)澆段即墩頂濕接縫處，且正彎矩變?yōu)樨?fù)彎矩，同時(shí)現(xiàn)澆段的剪力比簡(jiǎn)支梁梁端所受的剪力還要大。

由此可見，現(xiàn)澆連續(xù)段承受著最大彎矩和最大剪力，為先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)截面，因此現(xiàn)澆段濕接縫的施工是先簡(jiǎn)支后連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)施工中最為關(guān)鍵的一道工序。

預(yù)制梁板底部預(yù)埋1排粗鋼筋，伸出來的作為搭接部分。縱向兩梁的預(yù)埋搭接鋼筋連接在一起，主要起抗剪作用，為底部受剪鋼筋，位于現(xiàn)澆連續(xù)段的受壓區(qū)。同時(shí)，在梁頂橋面鋪裝層中也布置有1排粗鋼筋，同樣起抗剪作用，位于現(xiàn)澆連續(xù)段的受拉區(qū)，其抗拉效果被頂部預(yù)應(yīng)力鋼束所取代。

梁板頂板中設(shè)置抗負(fù)彎矩的預(yù)應(yīng)力筋，錨頭設(shè)在梁板頂面的橋面鋪裝層內(nèi)。在梁板預(yù)制中為保證預(yù)應(yīng)力束兩端上覆厚度，防止預(yù)應(yīng)力束徑向分力上爆影響，一般在梁板頂板設(shè)置預(yù)留開口比梁板頂高出混凝土鋪裝層厚度的齒板塊，即錨塊?？v向兩梁的預(yù)應(yīng)力束穿過現(xiàn)澆段連接成一個(gè)整體，共同承受負(fù)彎矩。

3 現(xiàn)澆連續(xù)段鋼筋的連接方式

3.1 搭接長(zhǎng)度的確定

按《AASHTO LRFD Bridge Design Specifications》（2007版）的規(guī)定，受拉鋼筋搭接的基本增強(qiáng)長(zhǎng)度

按連接部位一般設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度45MPa、鋼筋直徑32mm以及最小級(jí)別鋼筋的屈服強(qiáng)度420MPa計(jì)算，上式的結(jié)果為1007mm，則受拉增強(qiáng)長(zhǎng)度為

ld= 1.2 × ldb= 1208.4mm

按規(guī)范5.11.5.3.1條的規(guī)定，B級(jí)搭接的受拉鋼筋的改正系數(shù)為1.3，其搭接長(zhǎng)度為1.3，即1571mm。

按國(guó)內(nèi)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》，對(duì)于C25MPa以上等級(jí)的混凝土、HRB400鋼筋，受拉鋼筋的搭接長(zhǎng)度為45d，直徑32mm鋼筋的搭接長(zhǎng)度為1440mm。

因現(xiàn)澆連續(xù)結(jié)構(gòu)縱向長(zhǎng)度（兩梁端間的間隙）有限，一般只有50～80cm，按國(guó)內(nèi)的橋涵施工規(guī)范，鋼筋直徑大于12mm時(shí)采用焊接工藝，小于12mm時(shí)采用綁扎接頭。無論是哪種方式，國(guó)內(nèi)規(guī)范對(duì)于裝配式構(gòu)件連接處受力鋼筋的接頭不受接頭數(shù)量的限制，即焊接接頭無需將接頭錯(cuò)開，這樣對(duì)焊接接頭來說空間足夠，自然沒有問題。但按AASHTO規(guī)范，對(duì)于非可焊鋼筋，只能使用綁扎接頭的方式，按上面的計(jì)算結(jié)果，50～80cm的空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到綁扎接頭的長(zhǎng)度要求。對(duì)于可焊鋼筋，按規(guī)范5.11.5.3.2條的規(guī)定，機(jī)械連接或焊接連接的接頭間須錯(cuò)開至少600mm，連接部位的空間依然不夠，所以按埃塞規(guī)范或AASHTO規(guī)范，梁端連續(xù)就成為難以解決的設(shè)計(jì)與施工問題。

3.2 美國(guó)簡(jiǎn)支預(yù)制混凝土連續(xù)梁連接的研究

3.2.1 美國(guó)波特蘭水泥協(xié)會(huì)的研究

20世紀(jì)60年代以來，隨著簡(jiǎn)支預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土梁通過現(xiàn)澆橋面板和橫隔板連續(xù)起來構(gòu)成連續(xù)橋梁的形式在美國(guó)廣泛應(yīng)用，美國(guó)波特蘭水泥協(xié)會(huì)針對(duì)梁端連接的連續(xù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系列試驗(yàn)和專門的研究。

波特蘭水泥協(xié)會(huì)研究了各種梁端鋼筋或鋼絞線的連接方法，其中典型的鋼筋連接方式如圖1所示。

研究顯示，當(dāng)彎鉤綁扎連接不滿足最大強(qiáng)度、撓度和裂縫控制時(shí)，焊接連接的方式在與時(shí)間有關(guān)的效應(yīng)引起的正彎矩下效果很好。但是如果彎鉤的內(nèi)徑不小于鋼筋直徑，且從預(yù)制梁的終端面到彎鉤的內(nèi)表面至少等于12倍鋼筋直徑時(shí)，彎曲的鋼筋能發(fā)展其屈服強(qiáng)度。

對(duì)于這種鋼筋連接方式，波特蘭水泥協(xié)會(huì)認(rèn)為能提高結(jié)構(gòu)的完整性和提供超靜定性。

波特蘭水泥協(xié)會(huì)研究了4種梁端連接的方法：

圖1 預(yù)制梁橫向濕接縫處鋼筋彎曲搭接圖

圖2 預(yù)制大梁濕接縫處正彎矩鋼筋連接圖

（1）一般鋼筋搭接連接的做法，如圖1所示；

（2）全長(zhǎng)范圍內(nèi)后張拉，需要預(yù)留孔道；

（3）使用螺紋桿連接；

（4）預(yù)應(yīng)力束聯(lián)接。

4種連接的方法相比較，螺桿連接是最經(jīng)濟(jì)的，其次就是圖1所示的鋼筋搭接的連接方式，也是美國(guó)各州實(shí)際流行的做法。

3.2.2 美國(guó)公路合作研究組織519報(bào)告

美國(guó)公路合作研究組織于21世紀(jì)初對(duì)墩頂上梁之間用現(xiàn)澆連接來使簡(jiǎn)支預(yù)制梁橋?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的結(jié)果進(jìn)行了大量研究。針對(duì)梁端的連接情況，研究了6種正彎矩連接的詳細(xì)情況：

（1）延長(zhǎng)鋼絞線；

（2）延長(zhǎng)鋼筋；

（3）延長(zhǎng)預(yù)埋在梁端的鋼絞線到橫隔梁中15.24cm，然后彎曲向上；

（4）延長(zhǎng)預(yù)埋在梁端的鋼筋到橫隔梁中15.24cm，然后彎曲向上；

（5）延長(zhǎng)預(yù)埋在梁端的鋼筋到橫隔梁中15.24cm后彎曲向上，并在橫隔梁中增加箍筋；

（6）以及延長(zhǎng)預(yù)埋在梁端的鋼筋到橫隔梁中15.24cm后彎曲向上，且通過梁的腹板放置水平筋。

從圖2可以看出，不論何種連接，都是因?yàn)榱憾诉B接部分的空間有限，鋼筋和鋼絞線的搭接均采用了向上彎曲的形式，以保證搭接長(zhǎng)度。

對(duì)于梁的翼板間濕接縫的連接，因受空間不足的限制，搭接也是采用部分延長(zhǎng)后向上彎曲的形式，如圖3所示。

圖3 預(yù)應(yīng)力大梁縱向濕接縫處鋼筋環(huán)形彎曲搭接圖

4 綜合分析

研究認(rèn)為，一旦梁被連接之后，連續(xù)結(jié)構(gòu)可能會(huì)因?yàn)榛钶d作用、混凝土的徐變、收縮和溫度的影響向上拱起，引起連續(xù)體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生正彎矩，但這種正彎矩的影響較小，雖然會(huì)在連續(xù)體與梁端連接處產(chǎn)生裂縫，但在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)。梁端的連接鋼筋依然主要承受剪力作用。

對(duì)于在梁板內(nèi)提供負(fù)彎矩鋼筋和在橫隔梁底部提供正彎矩鋼筋的形式，美國(guó)27個(gè)州中有25個(gè)州都在使用。在中國(guó)更是早已經(jīng)成為普遍的形式，只不過國(guó)內(nèi)梁端連接的方式基本都是焊接。

從這種梁端連續(xù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)來看，在完成體系轉(zhuǎn)換后，連續(xù)梁的最大彎矩在墩頂梁端連續(xù)結(jié)構(gòu)部位，為負(fù)彎矩，由頂部的預(yù)應(yīng)力體系提供。在上部梁板施加預(yù)應(yīng)力后，連續(xù)結(jié)構(gòu)體受力截面的中性軸上移，底部受壓，上部受拉。梁端連接的鋼筋主要承受剪力，其受拉或受壓的力學(xué)要求變?yōu)榇我蛩亍?/p>

5 結(jié)束語

從以上分析可以看出，當(dāng)梁端連接鋼筋采用綁扎搭接的方式時(shí)，在梁端之間空間不足的情況下，因?yàn)槿绻麖濄^的內(nèi)徑不小于鋼筋直徑，且從預(yù)制梁的終端面到彎鉤的內(nèi)表面至少等于12倍鋼筋直徑時(shí)，彎曲的鋼筋能發(fā)展其屈服強(qiáng)度，所以將梁端連接鋼筋搭接延長(zhǎng)12.5倍鋼筋直徑后向上彎起，在滿足規(guī)范要求的搭接長(zhǎng)度的前提下綁扎安裝固定，就可以解決梁端之間空間不足的難題，同時(shí)可以滿足連續(xù)體的力學(xué)性能和規(guī)范的要求。