探讨大跨度体外预应力钢

摘 要：文章概述体外预应力钢-砼组合梁，结合大跨度、跨越主干道的主线桥项目，分析此种组合梁的施工方法。以供参考。

关键词：体外预应力;钢-砼组合梁;大跨度

引言：国内城市交通网络在长期建设中，虽然已经呈现出趋近完善的程度，但综合城市车辆保有量与居民出行需求，依旧会出现道路设施不足的情况，促使在有限的城市空间中，增加诸多跨越原有干道的桥梁交通项目。

一、体外预应力钢-砼组合梁

在常规组合梁的基础上，设置高性能的体外预应力钢索，开展张拉处理，促使梁体结构在承载所有外荷载时，便已经形成预应力。此预应力可抵消梁体需要面对的外荷载应力，以提升梁体受力能力，控制应力峰值，继而增强梁体高度。和常规组合梁相较，带有体外预应力的组合梁，其建设优势体现在：其一，施加预应力后的梁体结构，其弹性区间有所扩大，改变应力分布格局，控制梁体变形程度，合理结构高度。其二，此种该组合梁选择高强度的钢材，不仅降低结构自重，而且钢材使用量可压缩10～30%左右，工程总投入量可下降10～20%。其三，利于强化梁体疲劳抗力，通过加设预应力，使结构拉应力峰值下降，继而缩小在反复荷载的影响下应力波动区间，以延长结构应用年限。其四，组合梁上负弯矩位置，翼缘处施加预应力，能加大开裂弯矩的强度，优化受拉区砼结构收缩程度，提升梁体承载水平。其五，体外预应力结构，能克服内部预应力出现摩阻力损失，而且为多次张拉及养护提供便利条件，能直接换下受损钢索[1]。

二、体外预应力钢-砼组合梁施工工艺分析

以某城市主线桥为例，此项目跨越本地主干道，设计应用体外预应力钢-砼，建设桥梁。该结构分成左右两个部分，跨度组合都是（50+82+50）m，主跨结构达到82m。梁体截面包括预制的开口式钢箱梁以及现浇砼板面板。每幅梁体上，准备两个钢箱梁，单个钢梁底部的宽度是3.16m，相邻箱的距离为2.3m。箱梁结构的底面顺着桥走向，以抛物线的形式呈现。梁体高度从2.2m平滑过渡到4.2m曲线。设置体外预应力结构，包括管道与灌浆、锚固、防腐等部分，搭配的钢索使用环氧喷涂的无粘结钢绞线，并配备HDPE护套。另外，锚固是15-22能换新的专用部件。

（一）预制钢箱梁

主梁为整个预制加工，生成182m箱梁后，厂内切割成三段，运至现场，组织吊装。梁体连接可选择高强度的螺栓、焊接的工艺，进行处理，让加工成型的钢箱梁，在吊装拼接完成后，和线形高度参数一致。厂内加工制作技术程序如下：

一是制作胎架，其长度是182m，宽度为8.2m，横向和桥梁等宽。

二是放样与切割，预制加工期间，放样操作需在专业平台上开展，根据设计梁体参数切割制作，而后将各部件合成整体。在部件放样和下料期间，应留有焊接收缩及制作的余量。结合实际放样情况，基于部件设计应用原料，实施一次余量下料技术，此过程需用到全自动的切割机，以保证结果的精确性。如果在下料之后，出现变形的问题，需立即处理，通过矫正及边缘加工等方法调整。

三是板材制作。本项目将钢箱梁分出T梁、底板、横隔板及连接件等部分，其中T梁由面板及腹板构成。准确下料，制作各板材。

四是箱梁主体的组装。需先拼接地板，在此基础上，插上纵肋，而后依次安设隔板、腹板与中间梁。顶、底及腹板，都采用20%冲钉进行拼装。横纵板件都安装中，施工点焊技术，构成箱体结构。最后，微调梁体的线形与反正度，根据设定焊接次序进行连接处理。

五是焊接技术。钢箱梁设置运用焊接和栓接方法，预制加工主要使用焊接处理，施工现场通过栓接拼装。本节主要分析焊接技术，为确保整桥的建设品质，需要在焊接处理前，生成评定技术报告，以选择更适宜的技术形式。在顶、底与腹板、纵肋对应横向接缝，均需满足一级焊缝标准，后期验收采取超声波的检测方式，并在焊接结束后的24h完成检测。分析焊缝量至少达到总量的10%。使用焊接技术中，处理次序需根据各部件变形状况，进行对称焊接。在收缩幅度较大的部件，需先加工焊接，位置加热量均衡，控制收缩量。桥梁焊接期间，选择埋弧焊与CO2气体保护焊，在小面积处利用传统手工焊处理。大部分使用向下横焊或者立焊，个别特殊位置可改用仰焊。

六是防腐技术，本项目选择高压空气喷涂的方法，压力根据涂料差异调整，其设定区间是11.8～16.7MPa。此外，喷嘴和处理部件，间距需控制在400mm及其以上。加工处理中，需要等待上层固化后，才能开始后续的施工。

七是切割分段。梁体结构制作成型后，准备各段的拼接板及螺栓孔等，保证工地拼装精准。

（二）吊装拼接

首先，钢箱梁分段后，应用140t规格的平板车分段运送到工地。按照吊装计划，建设临时支墩，设置成条形基础，尺寸：长度为9.5m;宽度是3.5m;高度为0.2m。立柱选择φ630×10mm的双排钢管柱，相应顶部的纵横梁是HM340×250×9×14，横向梁的最大跨度是2.8m，纵向梁跨度是2m，高度在6m左右。临时支墩的个部件使用焊接组成，并在横梁顶面，放置砂箱和千斤顶，用于改变作业高度。由于本项目横跨城市主干道，所以在施工中，需做好交通疏解。其次，吊装设计。鉴于不同安装次序，结合本项目特点，最终确定：纵向由左及右;横向有中间往两侧推进。综合吊装各段自重、工地可供作业空间、主干道交通问题，选择双机抬吊的施工工艺。再次，螺栓连接。该施工处理中，需按照临时栓接、高强螺栓的次序进行，由固定端或者刚性强的一端，逐步往自由端推进。另外，初拧与终拧都要从整体的中间开始，从里往外，同时要控制好栓接间隔时间，一个螺栓的初拧与终拧操作，间隔周期要在一日之内。最后，拼装横梁。在钢梁吊装好后，需焊接中部横梁，依次向两侧对称推进焊接。

（三）钢筋砼面板

现场施工中，在箱中与箱体之间，布置钢筋底模，而两个翼缘板因为悬挑的问题，要布置支架进行建设，结合桥下原有条件，选择满堂式碗扣与悬挑三角的支架。现浇砼板面上，在墩顶处连接负弯矩与整个桥体预应力的钢绞线。考虑到桥面总长有，选择分段砼浇筑。先对称施工墩顶的两处面板，而后处理主跨跨中的，最后处理剩余的。此种施工设计是为控制砼收缩量。

（四）体外预应力

建设过程是：在隔板上设置预留孔;安设转向部件的钢管外套;进行锚具定点;安设转向部件，使用相较进行固定，而后在其和外套之间实施灌浆密封;体外钢索下料与穿索，在索体和转向部件中间，应用橡胶材料填充;面板浇筑砼，在强度满足设定标准后，张拉体外钢索，外部设置钢管保护，并配备防损定位部件;锚头位置的预埋管中，注入环氧砂浆;安设防松、防腐装置、减振部件[2]。

结束语：

根据本文所述项目，梁体采取整体加工成型，切割分段拼装。體外预应力，选择悬浮张拉技术，以降低预应力损失，并利于保障锚具的应用年限。此种组合梁是当前比较前沿的施工技术，具备可用价值。

参考文献：

[1]李林，卢珊珊.钢-混组合连续箱梁桥施工阶段计算分析[J].工程建设与设计，2021，（09）：78-80.

[2]钟春玲，梁东，张云龙，等.体外预应力钢-混凝土组合简支梁自振频率计算[J].吉林大学学报（工学版），2020，（06）：2159-2166.

作者简介：

段婷（1993年8月-），女，汉族，新疆库尔勒人，硕士研究生，工程师，从事公路工程科研及技术推广工作。