体外预应力技术在连续刚构桥中的应用

2014-08-05谢安勇

黑龙江交通科技 2014年9期

谢安勇，朱亭

(九江市公路管理局永修分局)

1 我国体外预应力的发展现状

目前，我国各种现役桥梁中出现了很多病害现象，有些是因为年代久远，常年失修，而有的则是在其设计与施工之初，本身就存在跟多问题。等等这些问题都是引发桥梁的承载力与耐久性下降的原因，随着时间的推移，还会对其交通的便利与通畅造成影响，更加严重的是会导致行车危险，进而影响社会的快速发展。现在，我国危桥数目还在不断增加，全国运营的有病的铁路桥梁数目甚至有进一步增加的可能。

我国现役桥梁的问题很多都不是PC 连续刚构的问题造成的，但是从某种意义上说，PC 连续刚构的作用非常强大，它属于大跨径桥梁的一种，因此只有出现危害就应该引起我们的高度重视。并且，相关部门还应该加大力度来对PC 连续刚构的危害及其加固方法进行深入研究。

我国目前的大跨径PC 连续钢构投入使用的时间还不算太久，真正投入使用也是近二十年的时间，虽然投入使用的时间并不长，但是出现的问题也是多种多样，大多数问题都是梁底开裂、跨中下挠、主梁出现斜裂缝等等。因此出现此问题的面积较大，若是不采取有效的措施来组织此类问题的发生，将会对桥梁的承载能力造成很大影响。要提高桥梁的承载能力，就要大量投入体外预应力的使用，希望能够通过采取加固方案来抑制此类问题的产生。

1.1 体外预应力技术的发展

在我国，在普通的混凝土中进行加固处理是最早的使用体外预应力技术。从上世纪80年代初其，我国就大量的投入科研人员进行多种试验性的研究方面的工作，并采取体外预应力技术进行了加固处理。以福建省南平电机厂为例，在对其专用桥加固处理时，其桥的构造是3 ×16.8m 的钢筋混凝土的T 梁桥，在进行预应力加固处理时选用的是钢槽。除此之外，还有很多桥梁都选用的了加固技术，因此，体外预应力的加固技术非常有必要，高效的运用此类技术，能够明显的改善各种跨径桥梁的现有运营状况，并将其承载力等级往上提升。

1.2 体外预应力的概念及其体系

体外预应力中预应力的产生是由在对其承载桥梁结构的主跨本体之外的钢束张拉而产生的，钢束的作用只是单纯的在桥梁结构的本体之内安置锚固区域，而与此相反的是转向块则是可以任意安置在桥梁结构的体内或者体外，两者并没有什么实质性的区别。一般情况下，体外预应力的构成部分非常多，如体外预应力孔道管、浆体、锚固体系和转向块等等。

体外预应力发展及其应用已经经过了20 多年，在不断的变换过程中已经朝着两种主要的体系来发展了。

第一种体系:由普通的钢绞线外包着HTPE 防护的体外索。这是属于粘结体外预应力体系的一种。这种体系的优点主要是可以将其设置在孔道管的结构体以外，能够非常方便的检车和控制管道的安全，在检查其管道的铺设质量与水密性上也非常便利，同时也能建设预应力的摩阻损失。

第二种体系:由单根的无粘结的钢绞线外包着HDPE 防护的体外索。这是属于无粘结的体外预应力体系的一种。这种体系的主要优点是能够减小单根无粘结筋的损失，在其材料选取上可以选取单根的张拉工艺，正是由于其张拉设备自身的体积非常小，非常有利于操作;加之预应力筋本身的防护层非常多，很耐腐蚀，其安全性能也非常好能非常好;加之在使用过程中，还可以重新调整预应力的数值，以便更加方便的更换预应力筋。

1.3 体外预应力结构体系的组成

目前，我国在预应力混凝土桥梁、特种结构与大跨度的建筑工程结构中应用体外预应力较多，其预应力混凝土用结构的重建、加固及其维修;与此同时，还能在预应力混凝土结构或者是在施工中临时使用的钢索中进行应用。

体外预应力是一种结构形式复杂、样式丰富的体系，其主要组成部分也多种多样，主要包含以下几个部分:预应力索、体外索仿佛系统、锚固系统、转向装置、定位装置及其减振装置等等各种不同的部件。如图1 所示:

2 体外预应力技术在连续刚构桥中的应用

体外预应力的混凝体结构为了能够有效的减少界面的尺寸，就要将预应力筋布置在构建界面之外，这样才能进一步保障混凝土这一部分的施工质量安全，同时还能有效的减少很多不同方面的工作量。这一特点也是体外预应力所特有的。

以新滩綦江大桥为例，在该项目第一次选用体外预应力技术于大跨径连续刚构桥时，将该桥左右两幅见面的设计尺寸设计相同是为了能够便于之后的工作对比，同时其优点还能够非常方便的对比在同一受力环境下，替你刚构桥的受力性能是否良好，但是同时也存在某些方面的不足，其中一点不足就是没有完全将体外预应力的优势凸显出来。分析新滩綦江大桥右幅桥数据中，可以清晰的看出新滩綦江大桥的体外索的初始张拉力是0.65fptk，并没有给与后期的调索留有充足的修改空间，这样就直接与之了体外预应力的后期可调性。

图1 体外预应力结构体系构造图

2.1 箱梁细部构造优化研究

体外预应力混凝土梁采用箱型结构是为了方便体外索的保护与维修，一般箱梁是由顶板、腹板、地板这三个主要成分组成。要想保证大跨径预应力混凝土连续刚构桥中预应力筋的锚固与施工过程能够非常方便的进行，就必须要对其箱型截面的构造严格要求。

2.2 顶板厚度分析

顶板的作用主要分为两个方面:第一个作用是要能够承受住结构正负弯矩;第二个作用就是要能承受住车辆荷载给与桥梁带来的直接作用。因而，在对连续刚构和T 构进行设计时，其顶板必须要得到预应力钢束的支持，这就要求有非常多的预应力钢束存在，同时，其顶板的面积要适中，最好是要能够符合布束的要求范围。大多数情况下，顶板的厚度与顶板的跨径与板内纵、横向管道的布置有关，并且，其锚头的最小尺寸也会影响施工技术。在对现有的连续刚构桥进行分析之后，查阅了相关资料，发现其顶板的最小厚度要超过25 cm。

2.3 腹板厚度分析

箱梁需要承受的力量主要是界面剪应力和主拉应力，除开这两种之外，还要承受的有局部荷载带来的横向弯矩。箱梁的厚度与各方面的因素有关，如结构的受力、构造、施工等等。再来分析受力方面，因为悬臂箱梁的根部周围要承受很大的剪力，因此其腹板必须要有足够的厚度。但是由此产生的重量并不会影响到悬臂根部的弯矩，与之相反的是在远距离根部的悬臂上会产生非常大的弯矩，这就要求在设计时要尽量减少这一部分的腹板的重量。在腹板的厚薄程度减小时，随之板内的剪应力就加大了，因此要降低主拉应力就要在将预应力筋事先安置在腹板的内部中，这样才能很好的提高腹板的抗剪能力。

再来分析构造方面，处于悬臂箱梁根部附近的腹板厚度很薄，但是高，在选择使用整体浇筑施工这一方法时，腹板的厚度就要有所增加，从而更好的适应混凝土的浇捣。若是想更好的来控制主拉应力，防止富班上产生很多斜裂缝，其腹板的厚度要严格控制在50 cm 以上。