关于体外预应力混凝土桥梁设计分析

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1、关于体外预应力混凝土桥梁设计分析【摘要】预应力混凝土技术发展迅速，特别是近十余年来的改革开放以后，我国预应力混凝土桥梁的发展业已成熟，但是，体外预应力在我国桥梁结构中的应用还是屈指可数的。本文探讨了体外预应力混凝土结构的特点和优点，结合实例论证了体外预应力混凝土桥梁设计要点。【关键词】体外；预应力；混凝土；桥梁；设计中图分类号：U445文献标识码：A前言国际预应力协会(FIP)1996年定义体外预应力为预应力筋布置于截面之外的预应力。作为后张法预应力体系的重要分支之一的体外预应力结构因其施工方便、节省材料、减轻自重、降低造价、方便检修维护更换等优

2、点，已越来越受到工程界的重视。一、体外预应力的特点和构成1、体外预应力混凝土结构的主要优点由于在构件中不设预埋孔道，可使腹板厚度减薄从而减轻结构自重；梁体混凝土灌注无管道阻碍，易保证质量，从而可提高结构的耐久性；可方便地检测预应力筋的腐蚀程度，必要时可更换预应力筋；无制孔、压浆等工序，结合逐跨施工法及悬臂施工法，施工速度快，综合效益好；当体外预应力用于既有桥梁加固时，可以较明显地提高结构的承载能力和改善结构的使用性能，同时对桥下净空几乎无影响，并且施工时可最大限度地减少对车辆交通的干扰。正是由于体外预应力具有的上述诸多优点，国际结构混凝土协会前主

3、席、著名桥梁工程师在“预应力混凝土桥梁的新趋势”一文中指出：“预应力混凝土桥梁发展的一个主要趋势是逐渐增加采用体外预应力”。促使预应力混凝土桥梁中更多地采用体外预应力的一个现实原因是结构安全性和耐久性的要求。2、体外预应力混凝土结构的基本组成部分如图1，包括以下几方面。1体外预应力混凝土结构的基本组成(1)体外预应力索、管道和灌浆材料；(2)体外预应力索的锚固系统；(3)体外预应力索的转向装置；(4)体外预应力索的防腐系统。体外预应力索与混凝土结构可能有粘结联系的地方只是在锚固区域和设有转向装置的部分。二、体外预应力索、管道和灌浆材料体外预应力混

4、凝土结构所采用的预应力索一般由钢绞线组成，包括与体内预应力混凝土结构完全相同的普通钢绞线以及镀锌钢绞线或外表涂层和外包PE防护的单根无粘结钢绞线。体外预应力索的管道主要起防腐作用，它通常有两种形式：一是全部采用钢管道；二是钢管与高密度聚乙烯管道相结合的方式，即除了在锚固段及转向弯曲段采用钢管外，在其他直线段均采用HDPE管道。体外预应力索管道的灌浆材料可分为刚性灌浆材料和非剐性灌浆材料。剐性灌浆材料通常是指水泥，非刚性灌浆材料主要是指油脂和石蜡。水泥灌浆是最简单和常用的，它可以适用于与结构有离散粘结的体外预应力结构，也适用于与结构完全无粘结的体外

5、预应力结构。而油脂和石腊通常用在由普通钢绞线和钢制管道组成的预应力系统中，以迗到钢索与结构无粘结的目的。图2和图3分别为两种典型的体外索形式。2普通钢绞线外包HDPE防护体的体外索3单根无粘结钢绞线外包HDPE防护体的体外索体外预应力索及管道和灌浆材料的选择标准主要基于以下几个方面的考虑__1、环境条件和钢索的暴露程度当结构构件通常处于干燥、潮湿、长期湿润或干湿交变的环境中时，可用如图2的钢索，当结构构件在严重侵蚀性的恶劣环境中时，可用图3中防护能力较强的钢索形式。管道和灌浆材料选择受环境的影响不大。2、钢索索力调整和钢索的调换通常是指体外预应力

6、索的多次张拉以及在施工期或使用期的拆卸和调换。不管管道和灌浆材料如何选择，只要采用单根无粘结钢绞线组成的钢索，就能够满足多次张拉的要求。如在锚固和转向位置处采用双层管道，不管钢索是何种类型，均能达到拆卸或调换的要求。而当体外预应力索在锚及转向位置采用单层管道时，则只能采用无粘结钢索和非刚性灌浆材料，才能保证钢索的拆卸和调换。3、钢索张拉时的摩擦力钢索与管道之间的摩阻力会引起预应力损失，该项损失与管道不平整系数k是和钢索与管道间的摩擦系数y相关。体外无粘结钢索k是和u值非常小，所以往往在特别长或弯道很多的情况下采用。三、实例分析某快速环线工程全线采

7、用立交高架桥的设计方案，其中跨越津塘路部分称为快速环路工程津塘路高架桥，其中R线20#-25#墩结构设计为五跨一联连续预应力混凝土单箱单室箱梁，且部分预应力束采用体外预应力技术。1、体外预应力箱梁的设计作为试验联的跨径布置为28m+28m+28m+27m+27m。横向布置为0.5m防撞护栏+15.5m车行道+0.5米防撞护栏，全宽16.5m。结构形式为连续箱梁，截面形式为单箱单室，梁高为2.0m，采用单箱单室截面，箱梁两侧悬臂为3.75m,采用斜腹板形式。腹板正常段厚度为0.5m，加厚段厚度为lm,与高架桥的截面形式统一。桥面铺装采用6cm混凝土

8、铺装+9cm沥青混凝土铺装，截面形式如图4所示。图4由于本次研究的实际工程为单箱单室大悬臂结构，为整体工程外观及安全考虑并没有减小截面腹