預制標準先張T梁設計

黃麟 汪洋

摘要：在美國和英國，預制標準先張梁橋通過利于工業化生產的標準化設計使橋梁能夠安全承擔交通荷載，耐久性較好，建設和維護成本低。基于美國和英國橋梁建設經驗，本文在組合截面和預制梁體部分討論了梁體標準化的問題;還討論了適合于先張梁特點的T梁梁體設計;施工部分討論了預制先張T梁的預制、運輸和安裝問題。

Abstract： In the USA and the UK， precast pre-tensioned bridges have performed satisfactorily in carrying the traffic， exhibited high durability characteristics and their whole live costing is competitive because of the standardization which lead the beams to be fabricated easily in factories. Based on the bridge building experience in the USA and the UK， this article studies how to standardize the precast T beam and how to design precast pre-tensioned T beam. Some problems about T beam fabrication， transportation and erection also are discussed.

關鍵詞：先張法;預制標準T梁;設計

Key words： pretensioning method;prefabricated standard T beam;design

中圖分類號：U442.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）36-0190-04

1? 概述

和后張法一樣，先張法是一種對混凝土構件施加預應力的方法。預應力鋼絞線張拉后錨固在張拉臺座上，然后安裝和綁扎鋼筋，關模并澆筑混凝土，待混凝土達到規定的齡期和強度后放張鋼絞線，通過混凝土和預應力鋼絞線之間的握裹力將預應力傳遞到預制梁體中。

由于先張梁具有較好的耐久性，且更利于工廠制作，英、美等國家的預應力混凝土預制標準梁體多采用先張梁。而我國預制標準混凝土梁基本都采用后張法施工，鮮有先張梁的使用。隨著對橋梁品質的重視和橋梁構件標準化、工廠化制作需求的增加，有必要研究預制標準先張梁在我國橋梁上的運用。

先張梁需要標準化后逐步形成定型的預制梁產品。該產品應該預制方便，量產后較為經濟;還應該方便運輸、架設和連接;成橋后耐久性好，長期保持良好外觀，維護成本低。預制先張梁的運用和推廣是一個系統工程，很難一蹴而就。

本文結合英、美橋梁建設的經驗，從預制梁體系的構思、構造設計和施工實現等方面分析，以便為預制先張梁在我國橋梁建設中運用和發展提供參考。

我國的30m和40m預制標準梁多為T梁，這與美國的預制標準T梁的適用范圍相重合，而與英國預制標準梁體不同。在這個跨徑范圍內，英國預制標準梁體多采用U梁，T型截面的梁體用于較小跨徑范圍內。本文主要分析美國T型截面梁體，同時也參考英國的橋梁建設經驗。

2? 組合截面

國內常用的預制標準T梁橋，預制梁體帶一部分翼緣板和橫隔梁預制。梁體架設后，通過翼緣板和橫隔梁處的現澆濕接縫把預制梁體連成整體。除橫向連接的濕接縫為鋼筋混凝土構件外，整個縱向梁體均為預應力混凝土構件。而英國和美國預制標準橋梁常采用組合結構，即預制梁體頂面位于橋面板底面附近，現澆橋面板和橫隔梁把預制梁體連接成整體。預制梁體為預應力混凝土構件，而整個橋面板為鋼筋混凝土構件。

國內常用的預制標準T梁具有其自身的優點，問題也比較突出，主要表現是：現澆濕接縫較為分散，現澆混凝土施工質量不易保證;新老混凝土結合面過多，結合面附近混凝土外觀差;部分新老混凝土結合面位于梁體頂面，容易受到橋面水的侵蝕;結構頂面混凝土平整度差，不得不鋪設一定厚度的混凝土調平層以滿足鋪設瀝青混凝土鋪裝層的要求;現澆濕接縫寬度較小，預制梁體間連接的容差小，對彎橋、斜橋和變寬橋梁的適應性較差等。

這些問題在組合式橋梁中容易解決。橋面板整體澆筑，整體性好，施工較為方便;橋面板頂面高程容易控制，可以不設置調平層就直接鋪設瀝青混凝土鋪裝層;預制梁體和橋面板新老混凝土結合面位于橋面板以下，受橋面水侵蝕的可能性較低;現澆橫隔梁的長度長，容差性能較好，對彎橋、斜橋和變寬橋梁的適應性更好;另外，連續的構造在組合結構中實現更為容易。

根據以上對比分析，組合結構可以克服傳統T梁的一些缺點，預制先張梁可以考慮采用組合結構。

3? 預制梁體

3.1 產品系列

在先張梁設計中，首先需要對產品系列進行規劃。

所謂預制標準梁的系列就是在一定的梁間距下，適應一定跨徑范圍的一類不同規格的預制標準梁體。它們截面外形相似，隨某一尺寸（如梁高）變化，外形進行調整。

組合式結構橋面板現澆，實現多跨橋梁連續的構造更為容易。橋跨間連續構造見文獻[2][3]。

7? 施工

7.1 張拉臺座

先張法施加預應力時，張拉臺座可以作為千斤頂的反力架。在放張前，預應力鋼絞線都錨固在張拉臺座上。張拉臺座要能承擔巨大的水平力。臺座的剛度還要足夠大，在施加預應力時，臺座變形不能太大。一般情況下，臺座的成本是比較高的。只有大量重復使用張拉臺座，先張梁的經濟性才能體現。

張拉臺座一般有撐桿式臺座和重力式臺座。在臺座設計也是先張梁設計的重點，需要結合梁體系列鋼束位置進行設計。

7.2 運輸

梁體可以通過公路、鐵路和水運等方式運輸。在英國，27.5m梁體能通過公路運輸，沒有特別的限制 。更大的梁體運輸需要進行可行性研究，做運輸預案，提前預定特種拖車，還交通管理部門和當地交警批準和協調。運輸條件和運輸成本會直接影響工廠生產預制梁體的運用和推廣。

7.3 安裝

在架設不帶橋面板的預制梁時，通常用吊車從橋下起吊預制梁體。這對橋下梁體運輸和吊裝條件要求較高。

對于不具備橋下起吊預制梁體條件的橋梁，可以考慮采用Deck Bulb Tee beam。這種梁體帶一部分橋面板預制。梁體架設完成之后，預制梁體翼緣板之間通過簡單的鉸接連接，安裝鋼橫梁后，就能在預制梁體頂面運輸縱向運輸梁體。完成梁體縱向運輸后，再現澆橋面板。Deck Bulb Tee beam成橋截面如圖5所示。

8? 結語

預制標準先張梁橋通過利于工廠生產的標準化設計使橋梁具有安全承擔交通荷載的能力，耐久性較好，建設和維護成本低。本文在組合截面和預制梁體部分討論了梁體標準化的問題;還討論了適合于先張梁特點的梁體設計;施工部分介紹了預制先張梁的預制、運輸和安裝問題。

在先張梁運用和推廣過程中，可以考慮從地形較為平坦，運輸條件和架設條件好的項目開始。還需要加強配套產品（如預應力轉向器、永久性模板等）的研發，以便降低先張梁的成本。對于先張梁的生產廠，還需要加強張拉臺座、轉向器錨固、張拉體系等的研發。

完成一座先張梁橋梁設計不難，但實現標準先張梁工廠生產并推廣，道路還很長。

參考文獻：

[1]Precast Prestressed Concrete Bridge Design Manual[M]. U.S.A.， Precast Prestressed Concrete Institute， 1997.

[2]A. Kumar， Composite Concrete Bridge Superstructures[M]. U.K.， British Cement Association， 1988.

[3]JTG D62-2018，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[4]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[5]黃麟，莊衛林，陳渤.預制T梁橋和組合式U梁橋構造設計的對比分析[J].世界橋梁，2013（2）.