體外預應力技術在連續剛構橋中的應用

謝安勇，朱 亭

(九江市公路管理局永修分局)

1 我國體外預應力的發展現狀

目前，我國各種現役橋梁中出現了很多病害現象，有些是因為年代久遠，常年失修，而有的則是在其設計與施工之初，本身就存在跟多問題。等等這些問題都是引發橋梁的承載力與耐久性下降的原因，隨著時間的推移，還會對其交通的便利與通暢造成影響，更加嚴重的是會導致行車危險，進而影響社會的快速發展。現在，我國危橋數目還在不斷增加，全國運營的有病的鐵路橋梁數目甚至有進一步增加的可能。

我國現役橋梁的問題很多都不是PC 連續剛構的問題造成的，但是從某種意義上說，PC 連續剛構的作用非常強大，它屬于大跨徑橋梁的一種，因此只有出現危害就應該引起我們的高度重視。并且，相關部門還應該加大力度來對PC 連續剛構的危害及其加固方法進行深入研究。

我國目前的大跨徑PC 連續鋼構投入使用的時間還不算太久，真正投入使用也是近二十年的時間，雖然投入使用的時間并不長，但是出現的問題也是多種多樣，大多數問題都是梁底開裂、跨中下撓、主梁出現斜裂縫等等。因此出現此問題的面積較大，若是不采取有效的措施來組織此類問題的發生，將會對橋梁的承載能力造成很大影響。要提高橋梁的承載能力，就要大量投入體外預應力的使用，希望能夠通過采取加固方案來抑制此類問題的產生。

1.1 體外預應力技術的發展

在我國，在普通的混凝土中進行加固處理是最早的使用體外預應力技術。從上世紀80年代初其，我國就大量的投入科研人員進行多種試驗性的研究方面的工作，并采取體外預應力技術進行了加固處理。以福建省南平電機廠為例，在對其專用橋加固處理時，其橋的構造是3 ×16.8m 的鋼筋混凝土的T 梁橋，在進行預應力加固處理時選用的是鋼槽。除此之外，還有很多橋梁都選用的了加固技術，因此，體外預應力的加固技術非常有必要，高效的運用此類技術，能夠明顯的改善各種跨徑橋梁的現有運營狀況，并將其承載力等級往上提升。

1.2 體外預應力的概念及其體系

體外預應力中預應力的產生是由在對其承載橋梁結構的主跨本體之外的鋼束張拉而產生的，鋼束的作用只是單純的在橋梁結構的本體之內安置錨固區域，而與此相反的是轉向塊則是可以任意安置在橋梁結構的體內或者體外，兩者并沒有什么實質性的區別。一般情況下，體外預應力的構成部分非常多，如體外預應力孔道管、漿體、錨固體系和轉向塊等等。

體外預應力發展及其應用已經經過了20 多年，在不斷的變換過程中已經朝著兩種主要的體系來發展了。

第一種體系:由普通的鋼絞線外包著HTPE 防護的體外索。這是屬于粘結體外預應力體系的一種。這種體系的優點主要是可以將其設置在孔道管的結構體以外，能夠非常方便的檢車和控制管道的安全，在檢查其管道的鋪設質量與水密性上也非常便利，同時也能建設預應力的摩阻損失。

第二種體系:由單根的無粘結的鋼絞線外包著HDPE 防護的體外索。這是屬于無粘結的體外預應力體系的一種。這種體系的主要優點是能夠減小單根無粘結筋的損失，在其材料選取上可以選取單根的張拉工藝，正是由于其張拉設備自身的體積非常小，非常有利于操作;加之預應力筋本身的防護層非常多，很耐腐蝕，其安全性能也非常好能非常好;加之在使用過程中，還可以重新調整預應力的數值，以便更加方便的更換預應力筋。

1.3 體外預應力結構體系的組成

目前，我國在預應力混凝土橋梁、特種結構與大跨度的建筑工程結構中應用體外預應力較多，其預應力混凝土用結構的重建、加固及其維修;與此同時，還能在預應力混凝土結構或者是在施工中臨時使用的鋼索中進行應用。

體外預應力是一種結構形式復雜、樣式豐富的體系，其主要組成部分也多種多樣，主要包含以下幾個部分:預應力索、體外索仿佛系統、錨固系統、轉向裝置、定位裝置及其減振裝置等等各種不同的部件。如圖1 所示:

2 體外預應力技術在連續剛構橋中的應用

體外預應力的混凝體結構為了能夠有效的減少界面的尺寸，就要將預應力筋布置在構建界面之外，這樣才能進一步保障混凝土這一部分的施工質量安全，同時還能有效的減少很多不同方面的工作量。這一特點也是體外預應力所特有的。

以新灘綦江大橋為例，在該項目第一次選用體外預應力技術于大跨徑連續剛構橋時，將該橋左右兩幅見面的設計尺寸設計相同是為了能夠便于之后的工作對比，同時其優點還能夠非常方便的對比在同一受力環境下，替你剛構橋的受力性能是否良好，但是同時也存在某些方面的不足，其中一點不足就是沒有完全將體外預應力的優勢凸顯出來。分析新灘綦江大橋右幅橋數據中，可以清晰的看出新灘綦江大橋的體外索的初始張拉力是0.65fptk，并沒有給與后期的調索留有充足的修改空間，這樣就直接與之了體外預應力的后期可調性。

圖1 體外預應力結構體系構造圖

2.1 箱梁細部構造優化研究

體外預應力混凝土梁采用箱型結構是為了方便體外索的保護與維修，一般箱梁是由頂板、腹板、地板這三個主要成分組成。要想保證大跨徑預應力混凝土連續剛構橋中預應力筋的錨固與施工過程能夠非常方便的進行，就必須要對其箱型截面的構造嚴格要求。

2.2 頂板厚度分析

頂板的作用主要分為兩個方面:第一個作用是要能夠承受住結構正負彎矩;第二個作用就是要能承受住車輛荷載給與橋梁帶來的直接作用。因而，在對連續剛構和T 構進行設計時，其頂板必須要得到預應力鋼束的支持，這就要求有非常多的預應力鋼束存在，同時，其頂板的面積要適中，最好是要能夠符合布束的要求范圍。大多數情況下，頂板的厚度與頂板的跨徑與板內縱、橫向管道的布置有關，并且，其錨頭的最小尺寸也會影響施工技術。在對現有的連續剛構橋進行分析之后，查閱了相關資料，發現其頂板的最小厚度要超過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應力和主拉應力，除開這兩種之外，還要承受的有局部荷載帶來的橫向彎矩。箱梁的厚度與各方面的因素有關，如結構的受力、構造、施工等等。再來分析受力方面，因為懸臂箱梁的根部周圍要承受很大的剪力，因此其腹板必須要有足夠的厚度。但是由此產生的重量并不會影響到懸臂根部的彎矩，與之相反的是在遠距離根部的懸臂上會產生非常大的彎矩，這就要求在設計時要盡量減少這一部分的腹板的重量。在腹板的厚薄程度減小時，隨之板內的剪應力就加大了，因此要降低主拉應力就要在將預應力筋事先安置在腹板的內部中，這樣才能很好的提高腹板的抗剪能力。

再來分析構造方面，處于懸臂箱梁根部附近的腹板厚度很薄，但是高，在選擇使用整體澆筑施工這一方法時，腹板的厚度就要有所增加，從而更好的適應混凝土的澆搗。若是想更好的來控制主拉應力，防止富班上產生很多斜裂縫，其腹板的厚度要嚴格控制在50 cm 以上。

2.4 地板的厚度分析

一般情況下，地板需要承受的荷載除了自身的荷載之外，還要承受施工過程所帶來的荷載。同時，若是在采用懸臂法施工箱梁的時候，其地板所要承受的還有其他掛籃底模梁后吊點的反作用力，因此，在對地板進行整體設計時，就要考慮這些復雜的力對腹膜的作用。

(1)箱梁根部底板的厚度

在T 構與連續梁中，底板的厚度與箱梁的負彎矩的成正比，其負彎矩增加的同時底板的厚度也要隨之增加，直至到墩頂，這樣才能使用受壓的要求。當然，底板承受運營極端帶來的受壓是必然的，但是在其處于破壞階段時，還要能讓這部分的中和軸處于底板內部，并且還有留有剩余。

(2)箱梁懸臂端部底板厚度

大跨度的連續箱梁中要有正負彎矩的存在是因為其內部存在有一定數目的鋼束、鋼筋等。分析有關資料可以總結出，跨中地板的厚度必須要大于32 cm。我國已建連續剛構橋中的主要尺寸見表1。

表1 我國已建連續剛構橋中的主要尺寸表

3 結 語

體外預應力連續剛構作為一種新型的結構體系，仍然有很多問題需要進一步深入探究，體外預應力連續剛構的優化過程無疑是加快了體外預應力結構的優化程度，但是減小其工程結構仍然是一個較為敏感的話題，因此，在進行優化時還需要根據實際情況進一步分析。只有將體外預應力技術的應用深入挖掘，才能保證實際應用的效果。

［1］徐詠梅.大跨徑預應力混凝土連續剛構橋病害研究［D］.重慶交通大學碩士學位論文，2010.

［2］張麗璞，王昌武.某連續剛構橋橋面裂縫的原因分析［J］.公路與汽運，2009，(6).