體外預(yù)應(yīng)力束在橋梁工程中的應(yīng)用

平頂山市凱達工程監(jiān)理處 王攀峰 張 鵬

平頂山市盛潤建設(shè)有限公司 柴 濤

體外預(yù)應(yīng)力束在橋梁工程中的應(yīng)用

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體外預(yù)應(yīng)力是后張預(yù)應(yīng)力體系的重要分支之一，國際預(yù)應(yīng)力協(xié)會（FIP）于1996年將體外預(yù)應(yīng)力定義為體外索結(jié)構(gòu)布置在混凝土截面之外的預(yù)應(yīng)力。體外預(yù)應(yīng)力具有許多無法比擬的優(yōu)點，如截面尺寸小、施工簡單、質(zhì)量容易保證，更重要體外索可以替換，重張拉。目前，我國體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的研究工作開展的相對較少，主要應(yīng)用于對舊橋梁的加固。總之，隨著預(yù)應(yīng)力橋梁和高強混凝土的發(fā)展，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用將是現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。

一、體外預(yù)應(yīng)力束研究進展

1.二次效應(yīng)的影響。增加轉(zhuǎn)向塊的數(shù)量能夠有效降低體外束二次效應(yīng)的影響。當跨高比（L/h）小于16時，體外束偏心距的變化量在10%以內(nèi)，可以忽略；當跨高比（L/h）大于或等于24時，偏心距的最大變化量可達25%，就不能夠忽視它的影響。

2.混凝土強度的影響。混凝土強度較低時，會導(dǎo)致剪切破壞，相應(yīng)的承載能力降低。混凝土強度增加，結(jié)構(gòu)為彎曲破壞，相應(yīng)的承載力提高。

3.配置普通鋼筋的影響。在梁上緣配置普通鋼筋能夠有效改善結(jié)構(gòu)的延性，提高其強度。由于體外束對抗剪能力的提高有限，為了結(jié)構(gòu)不發(fā)生剪壓破壞，要配置足夠的抗剪箍筋。

4.同時配置體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋和體外束。混合配筋能夠有效改善節(jié)段施工預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的力學性能，增加結(jié)構(gòu)在破壞前的延性。Trinh指出，隨著體外筋與體內(nèi)筋用量比的增加，結(jié)構(gòu)的延性會降低。

5.施工方法的影響。采用節(jié)段施工的體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋，普通鋼筋在接縫處斷開，削弱了結(jié)構(gòu)的剛度，使其在相同荷載作用下的撓度比整體施工的大，結(jié)構(gòu)的性能在很大程度上受到接縫斷面的影響。

6.體外束的預(yù)應(yīng)力損失。體外束的預(yù)應(yīng)力損失可分為摩擦損失、錨具變形損失、彈性壓縮損失、應(yīng)力松弛損失、混凝土的收縮與徐變損失。

7.體外束在轉(zhuǎn)向塊處的滑動。體外束在轉(zhuǎn)向塊的滑動與否對結(jié)構(gòu)的承載能力影響較大。在破壞階段，若預(yù)應(yīng)力筋并沒有滑動則承載能力會提高。

8.體外預(yù)應(yīng)力施加的大小。當體外預(yù)應(yīng)力較小時裂縫寬度和使用荷載下的撓度均增大，但在極限破壞時結(jié)構(gòu)的延性增加。當體外束面積增加時，結(jié)構(gòu)在使用荷載作用下的變形沒有影響，極限破壞使結(jié)構(gòu)強度增加但延性降低。

9.加載模式的影響。在目前做的一些試驗中主要考慮了3種加載模式，即跨中集中荷載、對稱兩點加載、均布加載。在破壞時，兩點對稱加載時的延性最大，跨中集中加載時最小。

10.預(yù)應(yīng)力鋼筋的疲勞破壞。通過試驗發(fā)現(xiàn)體外索在錨固處和轉(zhuǎn)向塊處在幾百萬次的循環(huán)荷載作用下并沒有發(fā)生疲勞破壞，但仍然有潛在的危險存在。

二、體外預(yù)應(yīng)力束在新橋建設(shè)中的應(yīng)用

體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)自從20世紀30年代發(fā)展至今，其結(jié)構(gòu)體系一直在不斷地創(chuàng)新和改進，因而體外預(yù)應(yīng)力束的應(yīng)用也在不斷變化和豐富。體外預(yù)應(yīng)力束在新橋建設(shè)中的應(yīng)用，主要可以歸納為4種類型。

1.逐跨預(yù)制節(jié)段施工的長橋。該類型以Long Key橋為代表，體外預(yù)應(yīng)力束采用與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力同樣的普通多股鋼絞線和錨具，同樣采用水泥灌漿，因而預(yù)應(yīng)力成本較低。

2.采用懸臂施工或頂推施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，通常采用體內(nèi)、體外混合配束。該形式中用體外預(yù)應(yīng)力索替代原本配置在腹板內(nèi)的大量預(yù)應(yīng)力筋，簡化了腹板構(gòu)造，降低了其厚度。采用懸臂施工時，懸臂束為直線的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力，成橋后張拉的連續(xù)束采用大噸位體外預(yù)應(yīng)力，從而免除了大量的穿束和灌漿工藝，易于控制施工質(zhì)量。

3.第三種類型是第二種類型的衍生物，特點是將混凝土箱梁腹板改成混凝土桁架或采用鋼結(jié)構(gòu)。該類型往往是集創(chuàng)新性的結(jié)構(gòu)構(gòu)思與美觀的外表與一體，形成體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的代表之作。

4.坦拉式體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。它把過去那種預(yù)應(yīng)力筋的偏心距被控制在主梁的有效高度之內(nèi)的體外筋，放在了梁的有效高度之上。因此，它具有梁橋和斜拉橋的雙重特性，可看作介于預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋到預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋之間的結(jié)構(gòu)體系，它采用了部分索結(jié)構(gòu)幫助主梁承擔豎向荷載，從而達到降低梁高的目的。

三、體外預(yù)應(yīng)力束在舊橋加固中的應(yīng)用

在舊橋加固方法中，對于鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土梁板橋，采用在梁體下緣設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉桿或預(yù)應(yīng)力束，對受拉區(qū)施以體外預(yù)應(yīng)力的加固方法，可以抵消自重及外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，大幅提高其承載能力。

體外預(yù)應(yīng)力法的優(yōu)點有：自重增加少，但可大幅提高承載能力。由于上部自重增加少，因而對下部影響小。施工簡單，工期短，經(jīng)濟效益明顯。施工過程不中斷或少中斷交通。對原結(jié)構(gòu)損傷小，不影響橋下凈空。應(yīng)力可調(diào)整，預(yù)應(yīng)力束可更換。

體外預(yù)應(yīng)力加固體系由水平筋、斜筋、上錨固點、滑塊、承托、水平筋固定支座等部件組成。

經(jīng)計算，與一般的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)比較，體外束加固結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力損失要小得多。針對這一點，預(yù)應(yīng)力鋼筋的控制應(yīng)力應(yīng)適當降低，以避免體外預(yù)應(yīng)力筋長期處于高應(yīng)力狀態(tài)，對改善體外束結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)有利。