姚建鋒

摘 要：在橋梁工程中，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相對于傳統(tǒng)的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)來說，質(zhì)量更輕、使用壽命更長也更容易施工和維護(hù)，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(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計的方法、理論以及在設(shè)計過程中需要注意的一些問題進(jìn)行詳細(xì)的解說。

關(guān)鍵詞：混凝土橋梁設(shè)計；體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)；設(shè)計方法

0 引言

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用對于橋梁建設(shè)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(yù)應(yīng)力技術(shù)相對于發(fā)達(dá)國家起步較晚，但是隨著經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(yù)應(yīng)力技術(shù)就適應(yīng)了這一要求。

1 體外預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的意義

體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)顧名思義就是對結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，而該種預(yù)應(yīng)力則是位于梁體截面外，通過錨具及轉(zhuǎn)向塊向結(jié)構(gòu)施加應(yīng)力，不僅可以有效減少結(jié)構(gòu)自身重量，增加施工速度，同時還可以很方便的對預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕程度進(jìn)行檢測，及時對腐蝕較嚴(yán)重的部分進(jìn)行更換，極大的提高了工作效率，保證了結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力混凝土較容易損壞，而且體外束的應(yīng)力計算比較復(fù)雜，加工費用也比較高，因此實際工程設(shè)計中應(yīng)給予重視。

2 主要的分析方法

在對體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的設(shè)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(jié)構(gòu)自身的重量，施工過程中所能承載的負(fù)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(jìn)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(fù)雜的變化過程，在此期間橋梁結(jié)構(gòu)非常脆弱，容易受到外界環(huán)境的影響，有可能會造成結(jié)構(gòu)的變形。為此，要特別注意每個施工步驟，嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行，保證橋梁的設(shè)計結(jié)構(gòu)。另外，在橋梁施工完成之后，由于受到不同負(fù)載的影響，會對橋梁的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)就會遭到破壞。此時，準(zhǔn)確的確定橋梁體外預(yù)應(yīng)力混凝土的受力狀況就顯的尤為重要?，F(xiàn)在，主要用三種方法對其進(jìn)行分析和研究：

（1）借助計算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)整個受力過程的狀態(tài)分析。這個是以外預(yù)應(yīng)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(jié)合橋梁筋的轉(zhuǎn)向形式、摩擦阻力的滑動狀況以及結(jié)構(gòu)的最大形變作為約束條件建立聯(lián)立方程進(jìn)行分析。另外，采用該種方法計算體外預(yù)應(yīng)力還需要考慮二次效應(yīng)的非線性因素對其產(chǎn)生的影響?？傮w來說該種方法比較復(fù)雜，適用范圍小，不過精度較高。

（2）借助有限元進(jìn)行技術(shù)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(jìn)行單元劃分，借助有限元技術(shù)進(jìn)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(xì)的描述出來。

（3）利用有限元和計算機(jī)程序進(jìn)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(shù)結(jié)合計算機(jī)進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的受力情況，很大程度上提高了分析效率。

3 技術(shù)中應(yīng)關(guān)注的問題

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

（1）體外預(yù)應(yīng)力筋通常在外荷載的作用下會發(fā)生“二次效應(yīng)”，也就是重心可能相對于橋梁體會發(fā)生變化。在進(jìn)行設(shè)計工作以及抗彎強(qiáng)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(yīng)”帶來的影響，或者直接將體外預(yù)應(yīng)力筋近似于體內(nèi)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行處理，這樣極大的簡化了工作繁瑣程度。體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)以及無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在荷載作用下，他的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及變形相耦合，不能簡單的由各個截面的應(yīng)變相容來確定，這就造成了計算不準(zhǔn)確。針對這一問題，必須要先確定體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的設(shè)計工作，增強(qiáng)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的使用范圍和安全系數(shù)。所以，如何對體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)受力機(jī)理進(jìn)行分析和解決，是當(dāng)下許多學(xué)者進(jìn)行研究的方向。

（2）體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)以及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，截面延性的大小都是依靠截面的曲率延性系數(shù)進(jìn)行衡量。在結(jié)構(gòu)正常使用過程中，結(jié)構(gòu)承載能力的延性與結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及結(jié)構(gòu)的極限承載能力都是判定結(jié)構(gòu)好壞以及其質(zhì)量的重要指標(biāo)。為了保證結(jié)構(gòu)能夠具有良好的延性性能，在橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)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(biāo)等措施。然而在計算該指標(biāo)的過程中，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋以及體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)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(jìn)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(jié)構(gòu)的實際延性。體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)以及體內(nèi)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)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(lǐng)域的研究。

4 結(jié)語

隨著橋梁事業(yè)的不斷發(fā)展，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)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(shù)的發(fā)展和鞏固創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。只要加強(qiáng)對體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)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(shù)能夠得到更多的應(yīng)用和發(fā)展。

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