體外預應力混凝土橋梁設計中的方法與注意問題

姚建鋒

摘 要：在橋梁工程中，體外預應力結構相對于傳統(tǒng)的體內(nèi)預應力結構來說，質(zhì)量更輕、使用壽命更長也更容易施工和維護，對于橋梁事業(yè)的發(fā)展提供了很大的動力支持。本文章就主要針對體外預應力混凝土橋梁設計的方法、理論以及在設計過程中需要注意的一些問題進行詳細的解說。

關鍵詞：混凝土橋梁設計；體外預應力結構；設計方法

0 引言

體外預應力技術的應用對于橋梁建設的發(fā)展提供了很大的幫助，在橋梁的修補方面不僅方便了施工，同時也有效的降低了成本，使橋梁的修補工作得到了很大的提升。雖然我國的體外預應力技術相對于發(fā)達國家起步較晚，但是隨著經(jīng)濟水平的提高以及研究水平的不斷提升，我國在其理論上取的了非常大的進展。現(xiàn)在橋梁建筑不斷興起，對橋梁橫截面的承載力的要求也越來越高。而對于有些橋梁承載能力不足這一現(xiàn)象則多采用修補的形式，體外預應力技術就適應了這一要求。

1 體外預應力混凝土技術的意義

體外預應力混凝土結構顧名思義就是對結構施加預應力，而該種預應力則是位于梁體截面外，通過錨具及轉向塊向結構施加應力，不僅可以有效減少結構自身重量，增加施工速度，同時還可以很方便的對預應力筋的腐蝕程度進行檢測，及時對腐蝕較嚴重的部分進行更換，極大的提高了工作效率，保證了結構的質(zhì)量。同時，將其用在既有橋梁的加固工作中，可有效改善結構性能，并且在對交通影響方面也要比傳統(tǒng)工藝好很多。但由于體外預應力混凝土較容易損壞，而且體外束的應力計算比較復雜，加工費用也比較高，因此實際工程設計中應給予重視。

2 主要的分析方法

在對體外預應力混凝土橋梁的設計過程中，要充分考慮到不同因素對其造成的影響。比如，橋梁結構自身的重量，施工過程中所能承載的負載情況，以及橋梁的初始受力及受力路徑等都會對其造成影響，一定要多方面的對工程進行分析和考慮。在工程的施工過程中，受力狀態(tài)和受力路徑都經(jīng)過了一段非常復雜的變化過程，在此期間橋梁結構非常脆弱，容易受到外界環(huán)境的影響，有可能會造成結構的變形。為此，要特別注意每個施工步驟，嚴格按照規(guī)定進行，保證橋梁的設計結構。另外，在橋梁施工完成之后，由于受到不同負載的影響，會對橋梁的結構造成一定的影響，并且隨著時間的積累以及不良因素的影響，橋梁的整體結構就會遭到破壞。此時，準確的確定橋梁體外預應力混凝土的受力狀況就顯的尤為重要。現(xiàn)在，主要用三種方法對其進行分析和研究：

（1）借助計算機程序實現(xiàn)整個受力過程的狀態(tài)分析。這個是以外預應力橋梁截面的受力平衡以及整個橋梁的變形最小為依據(jù)，結合橋梁筋的轉向形式、摩擦阻力的滑動狀況以及結構的最大形變作為約束條件建立聯(lián)立方程進行分析。另外，采用該種方法計算體外預應力還需要考慮二次效應的非線性因素對其產(chǎn)生的影響。總體來說該種方法比較復雜，適用范圍小，不過精度較高。

（2）借助有限元進行技術分析。該分析方法主要以橋梁試驗數(shù)據(jù)及混凝土鋼筋的非線性幾何分析原理為依據(jù)，對橋梁進行單元劃分，借助有限元技術進行橋梁整個過程的受力分析。此種方法不但具有較高的計算精度，同時還能將受力情況詳細的描述出來。

（3）利用有限元和計算機程序進行模擬受力。該分析方法也主要以橋梁試數(shù)據(jù)及混凝土鋼筋的非線性幾何分析原理為依據(jù)，利用有限元方法和空間非線性技術結合計算機進行體外預應力橋梁的受力分析。這種計算方法可以很好的模擬出體外預應力混凝土結構的受力情況，很大程度上提高了分析效率。

3 技術中應關注的問題

雖然體外預應力混凝土橋梁設計的理論已經(jīng)取得了較大的成果，但是在它的抗彎強度以及延性方面還存在很多問題。

（1）體外預應力筋通常在外荷載的作用下會發(fā)生“二次效應”，也就是重心可能相對于橋梁體會發(fā)生變化。在進行設計工作以及抗彎強度計算時，為了簡化工作程度和計算問題，有時會忽略“二次效應”帶來的影響，或者直接將體外預應力筋近似于體內(nèi)無粘結預應力筋進行處理，這樣極大的簡化了工作繁瑣程度。體外預應力結構以及無粘結預應力混凝土結構在荷載作用下，他的結構強度以及變形相耦合，不能簡單的由各個截面的應變相容來確定，這就造成了計算不準確。針對這一問題，必須要先確定體外預應力筋的極限應力，這是目前急需解決的一個問題，只有先解決這一問題，才能更好的實現(xiàn)體外預應力混凝土橋梁的設計工作，增強體外預應力技術的使用范圍和安全系數(shù)。所以，如何對體外預應力結構受力機理進行分析和解決，是當下許多學者進行研究的方向。

（2）體外預應力技術中存在的另一個問題就是延性問題，這個問題主要是指材料及結構在沒有被破壞之前，抵抗非彈性變形的能力。該種能力不僅對結構的抗震性能具有一定的影響，同時在超靜定中的彎矩重分布也有非常重要的影響。在通常的混凝土結構以及預應力結構中，截面延性的大小都是依靠截面的曲率延性系數(shù)進行衡量。在結構正常使用過程中，結構承載能力的延性與結構的強度以及結構的極限承載能力都是判定結構好壞以及其質(zhì)量的重要指標。為了保證結構能夠具有良好的延性性能，在橋梁結構的設計過程中，需要采用限制破壞時截面受壓區(qū)高度或配筋指標等措施。然而在計算該指標的過程中，體內(nèi)預應力筋以及體外預應力筋的極限應力是一個必不可缺的數(shù)值，一般來說會采用試驗或取下限的方法來進行確定，不過該種方法有可能造成計算的延性性能偏高，不能正確反映出結構的實際延性。體外預應力混凝土結構以及體內(nèi)粘結預應力混凝土結構的延性性能不盡相同，目前對其的研究還比較少，也還停留在較淺的層面。為此，在日后的工作中要增加對這一領域的研究。

4 結語

隨著橋梁事業(yè)的不斷發(fā)展，體外預應力結構以其方便的施工工藝，優(yōu)良的工作效果越來越受到人們的重視，同時，也為橋梁技術的發(fā)展和鞏固創(chuàng)造了良好的基礎。只要加強對體外預應力混凝土橋梁設計方法的監(jiān)督和實施，就能更好的幫助施工單位提高橋梁的施工質(zhì)量和工作水平，使橋梁技術能夠得到更多的應用和發(fā)展。

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