先張法折線布束預應力橋梁設計實踐

童 琪 郭志奇

1 折線預應力筋先張法在橋梁工程的應用情況回顧及現狀

先張法預應力構件，以其在設計，施工簡單，造價低等優點在我國橋梁工程中得到了廣泛的應用。其中大多為直線預應力筋先張法，由于結構受力的限制，主要用于20 m以下的中小跨徑橋梁。例如，交通部最新的先張法空心板通用圖的最大跨徑就是20 m。在國外先張法預應力橋梁，由于采用折線預應力筋，跨徑可達到40 m，而且在設計施工方面已形成標準化。

對于20 m以上跨徑的如30 m，40 m甚至50 m跨徑的先張法橋梁，在我國也得到了一定的發展和應用，由于在鐵路橋梁的建設中，比較規范的采用了折線預應力筋先張法橋梁，比如在青藏鐵路的24 m簡支T梁結構。在公路交通方面，也有了一定的發展，淮河大橋35 m折線布束先張法箱梁等。總之，折線布束先張法橋梁，在鐵路橋梁中的應用已成熟，但在公路橋梁，則處于起步階段，尤其對于其標準化的設計，尚屬于空白階段。

2 折線布束先張法的特點分析

2.1 與后張法比較

從結構受力方面講，由于不使用預應力管道，減少了預應力的摩阻損失，增加了有效預應力，在一定程度上減少了預應力鋼束的用量。結構的耐久性比較好，盡管目前后張法施工比較成熟，但是后張法施工中經常出現的預應力鋼束管道堵孔、壓漿不實，可能造成的鋼索腐蝕，降低了結構使用的耐久性。而對于先張法而言，預應力筋和混凝土間的粘結缺陷降低到最小程度，鋼筋與混凝土的粘結可靠性優于后張結構。在工程造價方面，節省了預應力錨具、管道，減少了施工工序。雖然先張法需要張拉臺座，但考慮到規模使用的效應，這部分成本很低，據統計對30 m跨徑預制梁而言，先張法相對于后張法可節省約8%～12%的成本。

2.2 與直線預應力先張法比較

相對于直線預應力先張法，折線布束先張法有以下優點:

1)預應力筋線形與構件的實際彎矩包絡圖更為匹配;相應于直線配束梁，折線形能夠有效降低梁端的主拉應力，改善結構的受力性能。2)預應力筋彎起后，還會在構件中產生豎向預應力，有利于提高構件的抗剪性能。3)由于部分預應力筋的彎起，和全梁直線形預應力筋相比，構件產生的反拱程度會減小，有利于其長期變形的控制。4)折線布束由于在結構受力上存在以上優點，其適用的跨度范圍不再局限于20 m以下，對于20 m～40 m跨徑的裝配式橋梁有著良好的競爭力。當然折線預應力先張法比直線先張法增加了預應力筋的轉向裝置，增加了施工的復雜性，但以上所述優點，大大擴展了先張法橋梁適用跨徑。

3 工程應用實例

本項目位于寒冷地區，橋梁主要以裝配式預制橋梁為主，綜合考慮結構的設計和施工，造價等方面的因素后，選定跨徑30 m T形梁為上部結構，在考慮寒冷地區耐久性的設計要求和施工限制后，上部結構決定采用折線布束先張法T梁，預應力布置的立面和斷面圖見圖1。

預應力損失的計算是折線布束先張法設計中的關鍵問題之一，折線布束靠預應力筋轉向器來實現，轉向器是先張法折線形預應力混凝土梁的關鍵組成部分，預應力鋼絞線在轉向器處的摩阻損失在整個先張法預應力損失中占有重要部分，因此準確計算預應力的摩阻損失是預應力損失計算的關鍵。鋼絞線彎折角度α越大，摩阻損失的值也越大，大致與 σconsinα成正比。根據一些工程實例應用建議，計算時采用公式σ=0.3σconsinα計算摩阻損失。

對于預制梁的斷面尺寸和相關構造措施，也有自己的特點。由于取消了錨墊板，所以梁端的截面尺寸可以不變寬;預應力筋分散布置，端部的加強鋼筋可以不設;由于預應力筋在跨中盡量貼近梁底，所以下馬蹄的尺寸應適當增大。

4 相關問題探討

1)折線布束先張法由于預應力筋是分散布置，為滿足鋼束之間的距離，對于超過40 m跨徑的橋梁而言，其腹板尺寸增加較大，從而降低了其經濟性能，所以折線布束先張法的適用跨徑建議為20 m～40 m之間。

2)預應力筋轉向器是實現折線布束的關鍵裝置，關系到結構受力和施工的難易程度及造價，現階段轉向器的標準化，規范化程度不夠，不同的項目有不同的構造。應加大這方面的試驗研究，并制定相關的標準構造。

3)由于折線布束先張法橋梁的應用存在較大的潛力，應加大這方面的標準化研究，在設計和施工方面制定相關的規范規程，編制標準化跨徑的圖集，從而推廣其應用。

5 結語

本文通過對折線布束先張法橋梁發展應用的回顧，分別與后張法和直線布束預應力橋梁對比，分析了其優缺點，并結合實際項目，提出了設計時應注意的事項，最后對現狀存在的問題進行了探討，提出了折線布束先張法預應力橋梁發展的相關建議。

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