先张法折线布束预应力桥梁设计实践

2010-04-17郭志奇

山西建筑 2010年19期

童琪郭志奇

1 折线预应力筋先张法在桥梁工程的应用情况回顾及现状

先张法预应力构件，以其在设计，施工简单，造价低等优点在我国桥梁工程中得到了广泛的应用。其中大多为直线预应力筋先张法，由于结构受力的限制，主要用于20 m以下的中小跨径桥梁。例如，交通部最新的先张法空心板通用图的最大跨径就是20 m。在国外先张法预应力桥梁，由于采用折线预应力筋，跨径可达到40 m，而且在设计施工方面已形成标准化。

对于20 m以上跨径的如30 m，40 m甚至50 m跨径的先张法桥梁，在我国也得到了一定的发展和应用，由于在铁路桥梁的建设中，比较规范的采用了折线预应力筋先张法桥梁，比如在青藏铁路的24 m简支T梁结构。在公路交通方面，也有了一定的发展，淮河大桥35 m折线布束先张法箱梁等。总之，折线布束先张法桥梁，在铁路桥梁中的应用已成熟，但在公路桥梁，则处于起步阶段，尤其对于其标准化的设计，尚属于空白阶段。

2 折线布束先张法的特点分析

2.1 与后张法比较

从结构受力方面讲，由于不使用预应力管道，减少了预应力的摩阻损失，增加了有效预应力，在一定程度上减少了预应力钢束的用量。结构的耐久性比较好，尽管目前后张法施工比较成熟，但是后张法施工中经常出现的预应力钢束管道堵孔、压浆不实，可能造成的钢索腐蚀，降低了结构使用的耐久性。而对于先张法而言，预应力筋和混凝土间的粘结缺陷降低到最小程度，钢筋与混凝土的粘结可靠性优于后张结构。在工程造价方面，节省了预应力锚具、管道，减少了施工工序。虽然先张法需要张拉台座，但考虑到规模使用的效应，这部分成本很低，据统计对30 m跨径预制梁而言，先张法相对于后张法可节省约8%～12%的成本。

2.2 与直线预应力先张法比较

相对于直线预应力先张法，折线布束先张法有以下优点:

1)预应力筋线形与构件的实际弯矩包络图更为匹配;相应于直线配束梁，折线形能够有效降低梁端的主拉应力，改善结构的受力性能。2)预应力筋弯起后，还会在构件中产生竖向预应力，有利于提高构件的抗剪性能。3)由于部分预应力筋的弯起，和全梁直线形预应力筋相比，构件产生的反拱程度会减小，有利于其长期变形的控制。4)折线布束由于在结构受力上存在以上优点，其适用的跨度范围不再局限于20 m以下，对于20 m～40 m跨径的装配式桥梁有着良好的竞争力。当然折线预应力先张法比直线先张法增加了预应力筋的转向装置，增加了施工的复杂性，但以上所述优点，大大扩展了先张法桥梁适用跨径。

3 工程应用实例

本项目位于寒冷地区，桥梁主要以装配式预制桥梁为主，综合考虑结构的设计和施工，造价等方面的因素后，选定跨径30 m T形梁为上部结构，在考虑寒冷地区耐久性的设计要求和施工限制后，上部结构决定采用折线布束先张法T梁，预应力布置的立面和断面图见图1。

预应力损失的计算是折线布束先张法设计中的关键问题之一，折线布束靠预应力筋转向器来实现，转向器是先张法折线形预应力混凝土梁的关键组成部分，预应力钢绞线在转向器处的摩阻损失在整个先张法预应力损失中占有重要部分，因此准确计算预应力的摩阻损失是预应力损失计算的关键。钢绞线弯折角度α越大，摩阻损失的值也越大，大致与 σconsinα成正比。根据一些工程实例应用建议，计算时采用公式σ=0.3σconsinα计算摩阻损失。

对于预制梁的断面尺寸和相关构造措施，也有自己的特点。由于取消了锚垫板，所以梁端的截面尺寸可以不变宽;预应力筋分散布置，端部的加强钢筋可以不设;由于预应力筋在跨中尽量贴近梁底，所以下马蹄的尺寸应适当增大。