袁漢君

摘要：空心板梁橋應(yīng)用非常廣泛，其優(yōu)化設(shè)計(jì)一直以輕薄、經(jīng)濟(jì)為主要目標(biāo)，不斷減小板厚，以期獲得最大的結(jié)構(gòu)挖空率，這些都會對空心板梁的使用性能和耐久性能產(chǎn)生不利的影響，因此在選擇空心板預(yù)應(yīng)力體系和確定截面尺寸時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮結(jié)構(gòu)受力、預(yù)應(yīng)力布置、施工工藝、結(jié)構(gòu)耐久性等多方面要求。文章分析了空心板預(yù)應(yīng)力體系設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)解決的若干問題，并提出了解決方案。

關(guān)鍵詞：空心板梁橋；預(yù)應(yīng)力體系；設(shè)計(jì)

中圖分類號：TU378文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）09-0176-02

在薄壁、空心板梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，需解決以下幾個(gè)矛盾，即大挖空率與鋼鉸線群錨體系布束空間之間的矛盾；薄壁構(gòu)造與結(jié)構(gòu)耐久性之間的矛盾；企口深淺與鉸接板橫向共同工作的矛盾；梁高降低與結(jié)構(gòu)上拱度之間的矛盾。如何處理好上述矛盾，是合理選擇預(yù)應(yīng)力體系與確定截面尺寸的前提。

一、大挖空率和鋼鉸線群錨體系布束空間之間的矛盾

在空心板梁的設(shè)計(jì)中，總是希望能夠增加空心板的結(jié)構(gòu)挖空率，從而減輕上部結(jié)構(gòu)自重和降低梁高，并且使下部結(jié)構(gòu)的受力更加合理。但是挖空率的加大必然會導(dǎo)致底板及腹板的減薄，而鋼鉸線群錨體系需要較大的錨固空間來進(jìn)行鋼鉸線的布置，因此常常會出現(xiàn)由預(yù)應(yīng)力的錨固空間來控制截面的情況?？招陌辶旱耐诳章蔬^大將會導(dǎo)致空心板端部錨固區(qū)錨下應(yīng)力過大。采用扁錨雖可進(jìn)一步增大挖空率，但是會帶來一系列的問題。因此，在設(shè)

計(jì)中不能一味的追求截面的大挖空率，而必須考慮挖空率和鋼鉸線布束之間的平衡。

二、薄壁構(gòu)造與結(jié)構(gòu)耐久性之間的矛盾

為了增加空心板的挖空率，在設(shè)計(jì)中就必須減薄底板、腹板和頂板的厚度，這必然會使混凝土保護(hù)層的厚度取值偏小，使混凝土的碳化速度加快，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼筋及普通鋼筋的銹蝕；此外，如果使用扁錨體系進(jìn)一步減薄

壁厚，則會造成管道灌漿不密實(shí)、預(yù)應(yīng)力筋容易銹蝕的問題，這些都會影響結(jié)構(gòu)的耐久性。

三、企口深淺和鉸接板共同工作的矛盾

空心板梁是典型的鉸接板體系，要想保證各塊板之間的共同工作就必須靠企口和橋面鋪裝的作用。從結(jié)構(gòu)型式上分，空心板一般可分為翼緣空心板、深鉸空心板和淺鉸空心板。翼緣空心板由于翼緣部分較為薄弱，橫向鉸接效果不好，導(dǎo)致橫向整體性較弱等問題，目前國內(nèi)已很少采用；深鉸空心板克服了翼緣空心板的缺點(diǎn)，只要鉸縫間混凝土的施工質(zhì)量得到保證，就可以發(fā)揮其橫向整體性好、鉸縫間連接可靠的優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用最為廣泛，但其缺點(diǎn)是鉸縫間的混凝土量較大，增加結(jié)構(gòu)自重，而且該部分混凝土在施工中的振搗質(zhì)量也難以保證；淺鉸空心板與深鉸空心板相比，主要優(yōu)點(diǎn)是同樣的板寬，由于鉸的高度小，其截面挖空率更高，降低了結(jié)構(gòu)自重，經(jīng)濟(jì)性更為優(yōu)越，且鉸縫間混凝土的施工質(zhì)量易保證，但淺鉸空心板橫向聯(lián)結(jié)差，整體性不好，因而其應(yīng)用受到一定限制。目前淺鉸空心板的應(yīng)用已逐漸增多。

在目前的空心板設(shè)計(jì)中，一方面為增大挖空率、減小鉸縫自重想采用小企口和減少鋪裝層厚度，另一方面如果這樣做，則橋梁結(jié)構(gòu)橫向整體性較差，有可能導(dǎo)致各板不能共同工作。雖然設(shè)計(jì)人員為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)橫向整體性，可在淺鉸縫中設(shè)置鋼纖維混凝土，但這樣鉸縫混凝土與橋面鋪裝層必須分開澆注，施工麻煩，且造價(jià)也有所提高。有人提出采用變高度鉸縫，即鉸縫的高度隨預(yù)應(yīng)力束布置的變化而變化。在跨中處，一般預(yù)應(yīng)力束布置靠近板的下緣，則該段采用深鉸縫；在靠近支點(diǎn)處，預(yù)應(yīng)力束由在跨中的靠近下緣逐漸向上彎起靠近上緣，該段鉸縫的高度也隨之變化，鉸縫的高度從跨中到支點(diǎn)逐漸由大變小，在梁端處，變?yōu)闇\鉸或無鉸。這種變高度鉸空心板，應(yīng)該說在一定程度上綜合了深鉸空心板和淺鉸空心板的優(yōu)點(diǎn)，整體性較淺鉸空心板好，工程量較深鉸空心板也有所減少，并且鉸縫可采用與橋面鋪裝層同等標(biāo)號的混凝土，實(shí)現(xiàn)同期澆筑，施工方便。但如果采用變高度鉸縫，則跨中到支座截面不等，模板制做比較麻煩。不過在進(jìn)行空心板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)時(shí)，不管在理論計(jì)算還是工程實(shí)踐中，同種跨徑不論正板或斜板，都采用相同的板高，相同的鋼鉸線布置，也就是說，對同種跨徑，側(cè)模的形式是可以固定的。此外，如果采用鋼纖維混凝土鋪裝層，一方面可以加強(qiáng)橋梁的整體性能，另一方面也能夠降低橋面鋪裝層的厚度，從而進(jìn)一步的降低上部結(jié)構(gòu)的高度。

四、梁高降低與結(jié)構(gòu)上拱度之間的矛盾

在城市橋梁及高速公路線上，降低梁高有利于提高橋下凈空，降低路堤高度，從而帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，因此設(shè)計(jì)人員都希望能夠設(shè)計(jì)低高度梁。但是梁高的降低會使預(yù)應(yīng)力鋼筋的用量有所增大，同時(shí)還會導(dǎo)致截面剛度的大幅度減?。ń孛鎰偠扰c高度的立方成正比），這樣會使結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力施工階段的上拱度有較大增加，在巨大的預(yù)應(yīng)力的長期作用下，結(jié)構(gòu)的收縮徐變使得上拱度增大，從而對于橋梁的使用性能會造成很大的不便。為此，可降低預(yù)應(yīng)力度，采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁A類構(gòu)件，一方面可以一定程度的減少預(yù)應(yīng)力筋的用量，降低結(jié)構(gòu)的上拱度，保證橋梁的正常使用；另一方面又可以增加結(jié)構(gòu)的延性，避免出現(xiàn)脆性破壞。

采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系，可以做到不預(yù)留孔道，不需孔道灌漿，施工時(shí)與無粘結(jié)體系一樣，而在施工完成后，靠包裹于預(yù)應(yīng)力筋的緩凝砂漿或油脂隨時(shí)間延長而逐漸凝結(jié)硬化與預(yù)應(yīng)力鋼筋形成粘結(jié)而達(dá)到與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系幾乎完全相同的效果。而且可以根據(jù)需要設(shè)定硬化所需的時(shí)間。另外緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，可以采用分散布束，減小預(yù)應(yīng)力布束所占的空間，可以使截面的挖空率得到進(jìn)一步降低。但是由于采用分散布束，預(yù)應(yīng)力筋需要布置在腹板上才能滿足承載力的要求，所以預(yù)應(yīng)力筋的抗彎效率會有所降低，這樣必然會增加預(yù)應(yīng)力筋的用量。

塑料波紋管留孔、真空輔助壓漿是近年涌現(xiàn)出來的新材料與新工藝，并已在南京長江二橋橋塔施工中得到了成功應(yīng)用。塑料波紋管配合真空輔助灌漿技術(shù)，可有效地保證壓漿質(zhì)量，防止預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕，并且塑料波紋管自身相對于金屬波紋管具有強(qiáng)度高、剛度大、密封性好、可施工性好、耐腐性強(qiáng)、孔道摩阻小等優(yōu)點(diǎn)，如應(yīng)用于寬幅空心板梁橋能夠有效提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力材料是現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力材料的發(fā)展方向。在歐洲，鋼絞線抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度已達(dá)2160MPa并批量生產(chǎn)；在日本，已研制出抗拉強(qiáng)度高達(dá)2300MPa的預(yù)應(yīng)力鋼絞線；我國目前也已推出2000級MPa預(yù)應(yīng)力體系，比目前常用的1860級強(qiáng)度提高了7.5%。如將其應(yīng)用于寬幅空心板梁，則能夠減小斷面尺寸，減輕梁體自重，同時(shí)又能夠減少所需鋼鉸線的數(shù)量，從而減少墊板、波紋管等配套使用材料，進(jìn)一步優(yōu)化寬幅空心板截面，減小工程費(fèi)用。

除了高強(qiáng)度的發(fā)展方向，大直徑也是預(yù)應(yīng)力材料的發(fā)展方向。日本市場已經(jīng)開發(fā)出綜合強(qiáng)度大于1770MPa，由19根粗細(xì)不一的鋼絲扭鉸而成，直徑為Ф21.8和Ф28.6的大直徑鋼絞線，其單根抗拉極限強(qiáng)度達(dá)573~949kN（相當(dāng)于現(xiàn)有Ф15.2鋼絞線的3～5倍），錨具可配用HVM22及HVM28，已開始在橋梁建設(shè)工程中應(yīng)用，而且有逐漸增多的趨勢，但由于我國現(xiàn)不能生產(chǎn)Ф21.8和Ф28.6鋼絞線，而進(jìn)口鋼絞線價(jià)格太高，因此阻礙了該技術(shù)在我國的推廣。大直徑鋼絞線體系（結(jié)合緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)）吸收了緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系摩阻小、安全性較高和無需孔道灌漿等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于其一根即可代替3～5根Ф15.2 鋼絞線，因而解決了緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系由于分散布束而降低抗彎效率的問題，因此在寬幅空心板設(shè)計(jì)中采用大直徑鋼絞線，有利于減小板厚，增大挖空率，并可避免由于灌漿不實(shí)帶來的對耐久性的不利影響。

高性能混凝土具有高強(qiáng)度、高抗?jié)B性和優(yōu)良體積穩(wěn)定性，它在提高混凝土強(qiáng)度的同時(shí)還對混凝土的其他指標(biāo)進(jìn)行一定的限制，例如彈模、和易性、密實(shí)性以及抗炭化能力等。如果將高強(qiáng)、高性能混凝土應(yīng)用于寬幅空心板可以進(jìn)一步降低梁高，減小端部錨固區(qū)錨下局部承壓破壞的概率；在能夠減小寬幅空心板梁斷面尺寸的同時(shí)，也能大大提高結(jié)構(gòu)的耐久性能，延長使用壽命。

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