殷長(zhǎng)利

摘 要：介紹了后張扁描部分預(yù)應(yīng)力砼空心板梁的設(shè)計(jì)構(gòu)思、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、預(yù)應(yīng)力體系選擇、預(yù)應(yīng)力度、撓度控制、內(nèi)力計(jì)算方法等。經(jīng)過(guò)足尺空心板梁靜載試驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)可靠，并具有顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：部分預(yù)應(yīng)力；砼空心板梁；后張法扁描體系；經(jīng)濟(jì)性分析

1.前言

后張扁錨部分預(yù)應(yīng)力空心板梁，由于采用了預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力混合配筋以及扁形群錨體系，使結(jié)構(gòu)兼有預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，且施工方便靈活，克服了先張全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)反拱大，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于高壓狀態(tài)，以及生產(chǎn)時(shí)需要?jiǎng)偠葟?qiáng)度巨大的張拉臺(tái)座和大噸位的千斤頂?shù)炔蛔阒帲浞职l(fā)揮了結(jié)構(gòu)和扁錨效益。

近十幾年來(lái)新鄉(xiāng)市公路管理局在干線公路橋梁上開(kāi)展了部分預(yù)應(yīng)力空心板梁結(jié)構(gòu)和作了足尺寸結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，并取得成功，該成果經(jīng)技術(shù)鑒定成果水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，獲得交通部科技進(jìn)步獎(jiǎng)，被推薦為“新技術(shù)推廣項(xiàng)目”，結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)多年來(lái)的實(shí)踐和不斷完善，更顯示出顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

本文結(jié)合在干線公路上使用跨徑為2孔16m（為分析方便選用16m跨徑）的后張部分預(yù)應(yīng)力空心板橋的工程實(shí)例，對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行初步分析，以供橋梁技術(shù)人員參考。

1.有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.1主要尺寸

標(biāo)準(zhǔn)跨徑16m，計(jì)算跨徑15.5m，板梁全長(zhǎng)15.96m，梁高0.75m，橋面凈空為15.5m+2×0.25m安全帶。

1.2載重標(biāo)準(zhǔn)及材料

設(shè)計(jì)荷載采用公路-Ⅰ級(jí)荷載，空心板砼為C40，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用φj15，Rgb=1860MPa，非預(yù)應(yīng)力鋼筋和其他構(gòu)造鋼筋為I和II級(jí)鋼筋。

1.3設(shè)計(jì)依據(jù)

遵循《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004，《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2004），并參考《部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議》（中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)），以及由預(yù)應(yīng)力設(shè)備廠提供的扁錨體系有關(guān)資料（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》與《建議》）。

2.設(shè)計(jì)過(guò)程及參數(shù)選擇

2.1空心板斷面尺寸擬定

板梁斷面仍采用預(yù)應(yīng)力空心板標(biāo)準(zhǔn)圖中相應(yīng)跨徑的橫斷面外形尺寸，并將標(biāo)準(zhǔn)圖雙孔橫斷面改為單孔橫斷面，增大了空心板的挖空率，簡(jiǎn)化了施工，減少了砼體積和腹板內(nèi)構(gòu)造鋼筋。

2.2預(yù)應(yīng)力度與用鋼量

我國(guó)《規(guī)范》按正常使用極限狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，采用彎矩比定義預(yù)應(yīng)力度：入=M0/M

式中：M0—消壓彎矩，即使構(gòu)件控制截面邊緣（使用荷載作用時(shí)）抵消到零時(shí)的彎矩；

M—使用荷載控制截面彎矩。

預(yù)應(yīng)力度與用鋼量間的關(guān)系受結(jié)構(gòu)截面型式、梁高等因素的影響，對(duì)于經(jīng)濟(jì)用鋼量不同的研究結(jié)論也不一樣。

本橋經(jīng)計(jì)算和分析，按我國(guó)目前的鋼材價(jià)格鋼絞線為普通鋼筋的2倍，因此本設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力度入=0.91，預(yù)應(yīng)力鋼筋約等于2倍的非預(yù)應(yīng)力鋼筋用量。

2.3抗裂安全度

按《規(guī)范》結(jié)構(gòu)的抗裂安全系數(shù)為KF=MF/M，式中：MF—開(kāi)裂彎矩，等于消壓彎矩與砼抗裂彎矩之和，即MF=M0+γRLW（M0—消壓彎矩，γ—塑性系數(shù)，RL—砼的抗拉強(qiáng)度，W—截面抵抗矩）。經(jīng)計(jì)算KF=2.17砼未開(kāi)裂，結(jié)構(gòu)屬于部分預(yù)應(yīng)力“A”類構(gòu)件。

2.4預(yù)應(yīng)力錨固張拉體系的選擇

本橋設(shè)計(jì)選擇夾片式扁型群錨體系，預(yù)應(yīng)力孔道采用扁型金屬波紋管，這樣可以在不增加板厚的情況下，有效的增加內(nèi)力臂。張拉設(shè)備采用了開(kāi)封中原預(yù)應(yīng)力設(shè)備廠研制的QYC—230型輕型千斤頂，最大張拉力230KN，重量16kg，使用輕便靈活。扁錨技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.5撓度選擇

構(gòu)件采用部分預(yù)應(yīng)力后，在長(zhǎng)期荷載作用下?lián)隙戎悼刂茷?0.4cm（上撓度），以減少因砼徐變而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1內(nèi)力及強(qiáng)度計(jì)算

活載作用下的橫向分布系數(shù)按常規(guī)方法，跨中按鉸接板法，支點(diǎn)按杠桿法。恒載內(nèi)力分別按預(yù)加應(yīng)力階段（僅空心板重）與使用階段（空心板重+鋪裝重+安全帶欄桿重）計(jì)算，由于預(yù)應(yīng)力筋為直線配筋，故僅選擇跨中與支點(diǎn)兩個(gè)截面進(jìn)行驗(yàn)算。按正常使用與承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)力組合。

撓度計(jì)算上由于空心板為“A”類構(gòu)件，構(gòu)件剛度修正后，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)公式進(jìn)行應(yīng)力和撓度計(jì)算。按允許“名義”拉應(yīng)力來(lái)計(jì)算預(yù)應(yīng)力鋼筋，按強(qiáng)度要求配置非預(yù)應(yīng)力鋼筋（具體計(jì)算從略）。

3.2構(gòu)造布置

本設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力鋼筋為10束φj15鋼絞線，普通鋼筋為8Φ16，其他構(gòu)造鋼筋同原標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)計(jì)。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)為節(jié)省預(yù)應(yīng)力錨具和波紋管，預(yù)應(yīng)力筋經(jīng)抗拔力試驗(yàn)后，預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固端采用一端錨固，一端扎花工藝，即用扎花機(jī)在鋼絞線端頭壓成“燈籠”形狀，錨固在1.2m長(zhǎng)范圍內(nèi)與混凝土澆筑一體。

3.3局部承壓

空心板底板厚僅13cm，因而在Ny作用下需進(jìn)行承壓驗(yàn)算。驗(yàn)算時(shí)由于這種扁型錨墊板的喇叭管與墊板組成整體，因而承壓面積Ac不能按《規(guī)范》計(jì)算，而應(yīng)作為剛性墊板考慮，而Ac應(yīng)按扁錨墊板的外輪廓尺寸計(jì)算，即采用全部墊板面積作為承壓面積考慮。

根據(jù)《規(guī)范》要求Ac/Ad≥4（Ad一計(jì)算底面積），對(duì)于本設(shè)計(jì)Ac/Ad=2.3<4，故在錨下布置間接鋼筋來(lái)提高混凝土承壓強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)足尺寸構(gòu)件的承壓試驗(yàn)后證明，現(xiàn)有的錨端設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4工藝流程

（1）檢查構(gòu)件（或塊體）：尤其要認(rèn)真檢查預(yù)應(yīng)力筋的孔道。其孔道必須保證尺寸與位置正確，平順暢通，無(wú)局部彎曲；

（2）穿預(yù)應(yīng)力筋。穿筋前，應(yīng)檢查鋼筋（或束）的規(guī)格、總長(zhǎng)是否符合要求。

（3）預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)具體要求時(shí)，可采取分批、分階段對(duì)稱張拉。

（4）單根預(yù)應(yīng)力粗鋼筋（采用拉伸機(jī)張拉螺絲端桿錨固）張拉時(shí)，應(yīng)先少許加力，將墊板位置按設(shè)計(jì)規(guī)定找準(zhǔn)，然后按規(guī)定張拉程序張拉，測(cè)出鋼筋實(shí)際伸長(zhǎng)值，并作好張拉記錄。

（5）張拉及頂壓：預(yù)拉調(diào)整以后方可按規(guī)定張拉程序張拉。張拉完畢，測(cè)出鋼絲伸長(zhǎng)值，苦與規(guī)定符合，就可進(jìn)行頂壓錨塞。頂壓錨塞時(shí)必須關(guān)閉大缸油路，給小缸進(jìn)油，使小缸活塞猛頂錨塞。

6）灌漿壓力一般為0.4～0.6MPa。灌漿順序應(yīng)先下后上，避免上層孔道漏漿把下層孔道堵住，待排氣孔冒出濃漿后，即堵死排氣孔，再壓漿至0.6MPa，保持l～2min后，即可堵塞灌漿孔。

4.有關(guān)問(wèn)題的探討

4.1關(guān)于后張法預(yù)應(yīng)力空心板梁的經(jīng)濟(jì)性

為了探討后張預(yù)應(yīng)力空心板梁在材料用量方面的分析比較，現(xiàn)將跨徑相同（L =16m）的先張法空心板和后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁的材料用量列出見(jiàn)表2

由表2可見(jiàn)，單片的后張法預(yù)應(yīng)力空心板比先張法空心板預(yù)應(yīng)力鋼筋減少54.5%，非預(yù)應(yīng)力筋增加11%，砼減少5.5%，總用鋼量減少1.5%。

但需說(shuō)明的是以上比較還要考慮各種材料的價(jià)格差異，張拉臺(tái)座造價(jià)，以及大件運(yùn)輸張拉機(jī)具等費(fèi)用因素。本文分析按

摘 要：介紹了后張扁描部分預(yù)應(yīng)力砼空心板梁的設(shè)計(jì)構(gòu)思、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、預(yù)應(yīng)力體系選擇、預(yù)應(yīng)力度、撓度控制、內(nèi)力計(jì)算方法等。經(jīng)過(guò)足尺空心板梁靜載試驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)可靠，并具有顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：部分預(yù)應(yīng)力；砼空心板梁；后張法扁描體系；經(jīng)濟(jì)性分析

1.前言

后張扁錨部分預(yù)應(yīng)力空心板梁，由于采用了預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力混合配筋以及扁形群錨體系，使結(jié)構(gòu)兼有預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，且施工方便靈活，克服了先張全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)反拱大，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于高壓狀態(tài)，以及生產(chǎn)時(shí)需要?jiǎng)偠葟?qiáng)度巨大的張拉臺(tái)座和大噸位的千斤頂?shù)炔蛔阒?，充分發(fā)揮了結(jié)構(gòu)和扁錨效益。

近十幾年來(lái)新鄉(xiāng)市公路管理局在干線公路橋梁上開(kāi)展了部分預(yù)應(yīng)力空心板梁結(jié)構(gòu)和作了足尺寸結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，并取得成功，該成果經(jīng)技術(shù)鑒定成果水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，獲得交通部科技進(jìn)步獎(jiǎng)，被推薦為“新技術(shù)推廣項(xiàng)目”，結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)多年來(lái)的實(shí)踐和不斷完善，更顯示出顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

本文結(jié)合在干線公路上使用跨徑為2孔16m（為分析方便選用16m跨徑）的后張部分預(yù)應(yīng)力空心板橋的工程實(shí)例，對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行初步分析，以供橋梁技術(shù)人員參考。

1.有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.1主要尺寸

標(biāo)準(zhǔn)跨徑16m，計(jì)算跨徑15.5m，板梁全長(zhǎng)15.96m，梁高0.75m，橋面凈空為15.5m+2×0.25m安全帶。

1.2載重標(biāo)準(zhǔn)及材料

設(shè)計(jì)荷載采用公路-Ⅰ級(jí)荷載，空心板砼為C40，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用φj15，Rgb=1860MPa，非預(yù)應(yīng)力鋼筋和其他構(gòu)造鋼筋為I和II級(jí)鋼筋。

1.3設(shè)計(jì)依據(jù)

遵循《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004，《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2004），并參考《部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議》（中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)），以及由預(yù)應(yīng)力設(shè)備廠提供的扁錨體系有關(guān)資料（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》與《建議》）。

2.設(shè)計(jì)過(guò)程及參數(shù)選擇

2.1空心板斷面尺寸擬定

板梁斷面仍采用預(yù)應(yīng)力空心板標(biāo)準(zhǔn)圖中相應(yīng)跨徑的橫斷面外形尺寸，并將標(biāo)準(zhǔn)圖雙孔橫斷面改為單孔橫斷面，增大了空心板的挖空率，簡(jiǎn)化了施工，減少了砼體積和腹板內(nèi)構(gòu)造鋼筋。

2.2預(yù)應(yīng)力度與用鋼量

我國(guó)《規(guī)范》按正常使用極限狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，采用彎矩比定義預(yù)應(yīng)力度：入=M0/M

式中：M0—消壓彎矩，即使構(gòu)件控制截面邊緣（使用荷載作用時(shí)）抵消到零時(shí)的彎矩；

M—使用荷載控制截面彎矩。

預(yù)應(yīng)力度與用鋼量間的關(guān)系受結(jié)構(gòu)截面型式、梁高等因素的影響，對(duì)于經(jīng)濟(jì)用鋼量不同的研究結(jié)論也不一樣。

本橋經(jīng)計(jì)算和分析，按我國(guó)目前的鋼材價(jià)格鋼絞線為普通鋼筋的2倍，因此本設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力度入=0.91，預(yù)應(yīng)力鋼筋約等于2倍的非預(yù)應(yīng)力鋼筋用量。

2.3抗裂安全度

按《規(guī)范》結(jié)構(gòu)的抗裂安全系數(shù)為KF=MF/M，式中：MF—開(kāi)裂彎矩，等于消壓彎矩與砼抗裂彎矩之和，即MF=M0+γRLW（M0—消壓彎矩，γ—塑性系數(shù)，RL—砼的抗拉強(qiáng)度，W—截面抵抗矩）。經(jīng)計(jì)算KF=2.17砼未開(kāi)裂，結(jié)構(gòu)屬于部分預(yù)應(yīng)力“A”類構(gòu)件。

2.4預(yù)應(yīng)力錨固張拉體系的選擇

本橋設(shè)計(jì)選擇夾片式扁型群錨體系，預(yù)應(yīng)力孔道采用扁型金屬波紋管，這樣可以在不增加板厚的情況下，有效的增加內(nèi)力臂。張拉設(shè)備采用了開(kāi)封中原預(yù)應(yīng)力設(shè)備廠研制的QYC—230型輕型千斤頂，最大張拉力230KN，重量16kg，使用輕便靈活。扁錨技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.5撓度選擇

構(gòu)件采用部分預(yù)應(yīng)力后，在長(zhǎng)期荷載作用下?lián)隙戎悼刂茷?0.4cm（上撓度），以減少因砼徐變而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1內(nèi)力及強(qiáng)度計(jì)算

活載作用下的橫向分布系數(shù)按常規(guī)方法，跨中按鉸接板法，支點(diǎn)按杠桿法。恒載內(nèi)力分別按預(yù)加應(yīng)力階段（僅空心板重）與使用階段（空心板重+鋪裝重+安全帶欄桿重）計(jì)算，由于預(yù)應(yīng)力筋為直線配筋，故僅選擇跨中與支點(diǎn)兩個(gè)截面進(jìn)行驗(yàn)算。按正常使用與承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)力組合。

撓度計(jì)算上由于空心板為“A”類構(gòu)件，構(gòu)件剛度修正后，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)公式進(jìn)行應(yīng)力和撓度計(jì)算。按允許“名義”拉應(yīng)力來(lái)計(jì)算預(yù)應(yīng)力鋼筋，按強(qiáng)度要求配置非預(yù)應(yīng)力鋼筋（具體計(jì)算從略）。

3.2構(gòu)造布置

本設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力鋼筋為10束φj15鋼絞線，普通鋼筋為8Φ16，其他構(gòu)造鋼筋同原標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)計(jì)。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)為節(jié)省預(yù)應(yīng)力錨具和波紋管，預(yù)應(yīng)力筋經(jīng)抗拔力試驗(yàn)后，預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固端采用一端錨固，一端扎花工藝，即用扎花機(jī)在鋼絞線端頭壓成“燈籠”形狀，錨固在1.2m長(zhǎng)范圍內(nèi)與混凝土澆筑一體。

3.3局部承壓

空心板底板厚僅13cm，因而在Ny作用下需進(jìn)行承壓驗(yàn)算。驗(yàn)算時(shí)由于這種扁型錨墊板的喇叭管與墊板組成整體，因而承壓面積Ac不能按《規(guī)范》計(jì)算，而應(yīng)作為剛性墊板考慮，而Ac應(yīng)按扁錨墊板的外輪廓尺寸計(jì)算，即采用全部墊板面積作為承壓面積考慮。

根據(jù)《規(guī)范》要求Ac/Ad≥4（Ad一計(jì)算底面積），對(duì)于本設(shè)計(jì)Ac/Ad=2.3<4，故在錨下布置間接鋼筋來(lái)提高混凝土承壓強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)足尺寸構(gòu)件的承壓試驗(yàn)后證明，現(xiàn)有的錨端設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4工藝流程

（1）檢查構(gòu)件（或塊體）：尤其要認(rèn)真檢查預(yù)應(yīng)力筋的孔道。其孔道必須保證尺寸與位置正確，平順暢通，無(wú)局部彎曲；

（2）穿預(yù)應(yīng)力筋。穿筋前，應(yīng)檢查鋼筋（或束）的規(guī)格、總長(zhǎng)是否符合要求。

（3）預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)具體要求時(shí)，可采取分批、分階段對(duì)稱張拉。

（4）單根預(yù)應(yīng)力粗鋼筋（采用拉伸機(jī)張拉螺絲端桿錨固）張拉時(shí)，應(yīng)先少許加力，將墊板位置按設(shè)計(jì)規(guī)定找準(zhǔn)，然后按規(guī)定張拉程序張拉，測(cè)出鋼筋實(shí)際伸長(zhǎng)值，并作好張拉記錄。

（5）張拉及頂壓：預(yù)拉調(diào)整以后方可按規(guī)定張拉程序張拉。張拉完畢，測(cè)出鋼絲伸長(zhǎng)值，苦與規(guī)定符合，就可進(jìn)行頂壓錨塞。頂壓錨塞時(shí)必須關(guān)閉大缸油路，給小缸進(jìn)油，使小缸活塞猛頂錨塞。

6）灌漿壓力一般為0.4～0.6MPa。灌漿順序應(yīng)先下后上，避免上層孔道漏漿把下層孔道堵住，待排氣孔冒出濃漿后，即堵死排氣孔，再壓漿至0.6MPa，保持l～2min后，即可堵塞灌漿孔。

4.有關(guān)問(wèn)題的探討

4.1關(guān)于后張法預(yù)應(yīng)力空心板梁的經(jīng)濟(jì)性

為了探討后張預(yù)應(yīng)力空心板梁在材料用量方面的分析比較，現(xiàn)將跨徑相同（L =16m）的先張法空心板和后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁的材料用量列出見(jiàn)表2

由表2可見(jiàn)，單片的后張法預(yù)應(yīng)力空心板比先張法空心板預(yù)應(yīng)力鋼筋減少54.5%，非預(yù)應(yīng)力筋增加11%，砼減少5.5%，總用鋼量減少1.5%。

但需說(shuō)明的是以上比較還要考慮各種材料的價(jià)格差異，張拉臺(tái)座造價(jià)，以及大件運(yùn)輸張拉機(jī)具等費(fèi)用因素。本文分析按

摘 要：介紹了后張扁描部分預(yù)應(yīng)力砼空心板梁的設(shè)計(jì)構(gòu)思、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、預(yù)應(yīng)力體系選擇、預(yù)應(yīng)力度、撓度控制、內(nèi)力計(jì)算方法等。經(jīng)過(guò)足尺空心板梁靜載試驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)可靠，并具有顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：部分預(yù)應(yīng)力；砼空心板梁；后張法扁描體系；經(jīng)濟(jì)性分析

1.前言

后張扁錨部分預(yù)應(yīng)力空心板梁，由于采用了預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力混合配筋以及扁形群錨體系，使結(jié)構(gòu)兼有預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，且施工方便靈活，克服了先張全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)反拱大，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于高壓狀態(tài)，以及生產(chǎn)時(shí)需要?jiǎng)偠葟?qiáng)度巨大的張拉臺(tái)座和大噸位的千斤頂?shù)炔蛔阒?，充分發(fā)揮了結(jié)構(gòu)和扁錨效益。

近十幾年來(lái)新鄉(xiāng)市公路管理局在干線公路橋梁上開(kāi)展了部分預(yù)應(yīng)力空心板梁結(jié)構(gòu)和作了足尺寸結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，并取得成功，該成果經(jīng)技術(shù)鑒定成果水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，獲得交通部科技進(jìn)步獎(jiǎng)，被推薦為“新技術(shù)推廣項(xiàng)目”，結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)多年來(lái)的實(shí)踐和不斷完善，更顯示出顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

本文結(jié)合在干線公路上使用跨徑為2孔16m（為分析方便選用16m跨徑）的后張部分預(yù)應(yīng)力空心板橋的工程實(shí)例，對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行初步分析，以供橋梁技術(shù)人員參考。

1.有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.1主要尺寸

標(biāo)準(zhǔn)跨徑16m，計(jì)算跨徑15.5m，板梁全長(zhǎng)15.96m，梁高0.75m，橋面凈空為15.5m+2×0.25m安全帶。

1.2載重標(biāo)準(zhǔn)及材料

設(shè)計(jì)荷載采用公路-Ⅰ級(jí)荷載，空心板砼為C40，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用φj15，Rgb=1860MPa，非預(yù)應(yīng)力鋼筋和其他構(gòu)造鋼筋為I和II級(jí)鋼筋。

1.3設(shè)計(jì)依據(jù)

遵循《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004，《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2004），并參考《部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議》（中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)），以及由預(yù)應(yīng)力設(shè)備廠提供的扁錨體系有關(guān)資料（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》與《建議》）。

2.設(shè)計(jì)過(guò)程及參數(shù)選擇

2.1空心板斷面尺寸擬定

板梁斷面仍采用預(yù)應(yīng)力空心板標(biāo)準(zhǔn)圖中相應(yīng)跨徑的橫斷面外形尺寸，并將標(biāo)準(zhǔn)圖雙孔橫斷面改為單孔橫斷面，增大了空心板的挖空率，簡(jiǎn)化了施工，減少了砼體積和腹板內(nèi)構(gòu)造鋼筋。

2.2預(yù)應(yīng)力度與用鋼量

我國(guó)《規(guī)范》按正常使用極限狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，采用彎矩比定義預(yù)應(yīng)力度：入=M0/M

式中：M0—消壓彎矩，即使構(gòu)件控制截面邊緣（使用荷載作用時(shí)）抵消到零時(shí)的彎矩；

M—使用荷載控制截面彎矩。

預(yù)應(yīng)力度與用鋼量間的關(guān)系受結(jié)構(gòu)截面型式、梁高等因素的影響，對(duì)于經(jīng)濟(jì)用鋼量不同的研究結(jié)論也不一樣。

本橋經(jīng)計(jì)算和分析，按我國(guó)目前的鋼材價(jià)格鋼絞線為普通鋼筋的2倍，因此本設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力度入=0.91，預(yù)應(yīng)力鋼筋約等于2倍的非預(yù)應(yīng)力鋼筋用量。

2.3抗裂安全度

按《規(guī)范》結(jié)構(gòu)的抗裂安全系數(shù)為KF=MF/M，式中：MF—開(kāi)裂彎矩，等于消壓彎矩與砼抗裂彎矩之和，即MF=M0+γRLW（M0—消壓彎矩，γ—塑性系數(shù)，RL—砼的抗拉強(qiáng)度，W—截面抵抗矩）。經(jīng)計(jì)算KF=2.17砼未開(kāi)裂，結(jié)構(gòu)屬于部分預(yù)應(yīng)力“A”類構(gòu)件。

2.4預(yù)應(yīng)力錨固張拉體系的選擇

本橋設(shè)計(jì)選擇夾片式扁型群錨體系，預(yù)應(yīng)力孔道采用扁型金屬波紋管，這樣可以在不增加板厚的情況下，有效的增加內(nèi)力臂。張拉設(shè)備采用了開(kāi)封中原預(yù)應(yīng)力設(shè)備廠研制的QYC—230型輕型千斤頂，最大張拉力230KN，重量16kg，使用輕便靈活。扁錨技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.5撓度選擇

構(gòu)件采用部分預(yù)應(yīng)力后，在長(zhǎng)期荷載作用下?lián)隙戎悼刂茷?0.4cm（上撓度），以減少因砼徐變而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1內(nèi)力及強(qiáng)度計(jì)算

活載作用下的橫向分布系數(shù)按常規(guī)方法，跨中按鉸接板法，支點(diǎn)按杠桿法。恒載內(nèi)力分別按預(yù)加應(yīng)力階段（僅空心板重）與使用階段（空心板重+鋪裝重+安全帶欄桿重）計(jì)算，由于預(yù)應(yīng)力筋為直線配筋，故僅選擇跨中與支點(diǎn)兩個(gè)截面進(jìn)行驗(yàn)算。按正常使用與承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)力組合。

撓度計(jì)算上由于空心板為“A”類構(gòu)件，構(gòu)件剛度修正后，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)公式進(jìn)行應(yīng)力和撓度計(jì)算。按允許“名義”拉應(yīng)力來(lái)計(jì)算預(yù)應(yīng)力鋼筋，按強(qiáng)度要求配置非預(yù)應(yīng)力鋼筋（具體計(jì)算從略）。

3.2構(gòu)造布置

本設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力鋼筋為10束φj15鋼絞線，普通鋼筋為8Φ16，其他構(gòu)造鋼筋同原標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)計(jì)。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)為節(jié)省預(yù)應(yīng)力錨具和波紋管，預(yù)應(yīng)力筋經(jīng)抗拔力試驗(yàn)后，預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固端采用一端錨固，一端扎花工藝，即用扎花機(jī)在鋼絞線端頭壓成“燈籠”形狀，錨固在1.2m長(zhǎng)范圍內(nèi)與混凝土澆筑一體。

3.3局部承壓

空心板底板厚僅13cm，因而在Ny作用下需進(jìn)行承壓驗(yàn)算。驗(yàn)算時(shí)由于這種扁型錨墊板的喇叭管與墊板組成整體，因而承壓面積Ac不能按《規(guī)范》計(jì)算，而應(yīng)作為剛性墊板考慮，而Ac應(yīng)按扁錨墊板的外輪廓尺寸計(jì)算，即采用全部墊板面積作為承壓面積考慮。

根據(jù)《規(guī)范》要求Ac/Ad≥4（Ad一計(jì)算底面積），對(duì)于本設(shè)計(jì)Ac/Ad=2.3<4，故在錨下布置間接鋼筋來(lái)提高混凝土承壓強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)足尺寸構(gòu)件的承壓試驗(yàn)后證明，現(xiàn)有的錨端設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4工藝流程

（1）檢查構(gòu)件（或塊體）：尤其要認(rèn)真檢查預(yù)應(yīng)力筋的孔道。其孔道必須保證尺寸與位置正確，平順暢通，無(wú)局部彎曲；

（2）穿預(yù)應(yīng)力筋。穿筋前，應(yīng)檢查鋼筋（或束）的規(guī)格、總長(zhǎng)是否符合要求。

（3）預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)具體要求時(shí)，可采取分批、分階段對(duì)稱張拉。

（4）單根預(yù)應(yīng)力粗鋼筋（采用拉伸機(jī)張拉螺絲端桿錨固）張拉時(shí)，應(yīng)先少許加力，將墊板位置按設(shè)計(jì)規(guī)定找準(zhǔn)，然后按規(guī)定張拉程序張拉，測(cè)出鋼筋實(shí)際伸長(zhǎng)值，并作好張拉記錄。

（5）張拉及頂壓：預(yù)拉調(diào)整以后方可按規(guī)定張拉程序張拉。張拉完畢，測(cè)出鋼絲伸長(zhǎng)值，苦與規(guī)定符合，就可進(jìn)行頂壓錨塞。頂壓錨塞時(shí)必須關(guān)閉大缸油路，給小缸進(jìn)油，使小缸活塞猛頂錨塞。

6）灌漿壓力一般為0.4～0.6MPa。灌漿順序應(yīng)先下后上，避免上層孔道漏漿把下層孔道堵住，待排氣孔冒出濃漿后，即堵死排氣孔，再壓漿至0.6MPa，保持l～2min后，即可堵塞灌漿孔。

4.有關(guān)問(wèn)題的探討

4.1關(guān)于后張法預(yù)應(yīng)力空心板梁的經(jīng)濟(jì)性

為了探討后張預(yù)應(yīng)力空心板梁在材料用量方面的分析比較，現(xiàn)將跨徑相同（L =16m）的先張法空心板和后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁的材料用量列出見(jiàn)表2

由表2可見(jiàn)，單片的后張法預(yù)應(yīng)力空心板比先張法空心板預(yù)應(yīng)力鋼筋減少54.5%，非預(yù)應(yīng)力筋增加11%，砼減少5.5%，總用鋼量減少1.5%。

但需說(shuō)明的是以上比較還要考慮各種材料的價(jià)格差異，張拉臺(tái)座造價(jià)，以及大件運(yùn)輸張拉機(jī)具等費(fèi)用因素。本文分析按