謝茂宇

摘 要：近些年來(lái)，體外預(yù)應(yīng)力體系在現(xiàn)代橋梁建設(shè)中取得快速發(fā)展。本文詳細(xì)介紹了體外預(yù)應(yīng)力體系各個(gè)部分的基本組成及主要特性，其次詳細(xì)介紹了某多跨連續(xù)剛構(gòu)橋體外預(yù)應(yīng)力體系的鋼制轉(zhuǎn)向裝置，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：體外預(yù)應(yīng)力體系；連續(xù)剛構(gòu)橋；轉(zhuǎn)向裝置

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著高強(qiáng)材料的迅速發(fā)展，體外預(yù)應(yīng)力體系將是現(xiàn)代橋梁預(yù)應(yīng)力施工中的主要趨勢(shì)之一。體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)應(yīng)用非常廣泛，既可用于新建預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，又可用于既有橋梁的維修加固施工。本文首先詳細(xì)闡述了體外預(yù)應(yīng)力體系及其組成部分的特性，其次詳細(xì)介紹了某多跨連續(xù)剛構(gòu)橋體外預(yù)應(yīng)力體系的鋼制轉(zhuǎn)向裝置，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.體外預(yù)應(yīng)力體系的基本組成

①索體。

②錨固系統(tǒng)。

③轉(zhuǎn)向裝置。

④防腐系統(tǒng)。

⑤減震裝置。

1.1 索體

①鋼絞線。

②管道。

③灌漿材料。

1.1.1 鋼絞線

現(xiàn)階段，體外預(yù)應(yīng)力索體中常用環(huán)氧噴涂鋼絞線。

1.1.2 管道

體外預(yù)應(yīng)力索體的管道常用HDPE套管、哈弗管、熱擠HDPE三種。管道通常用于體外預(yù)應(yīng)力索體的整體防護(hù)以及防腐作用。

1.1.3 灌漿材料

體外預(yù)應(yīng)力索體根據(jù)索體自由段是否灌漿，可分為灌漿型和無(wú)灌漿型兩種。灌漿型體外預(yù)應(yīng)力索體常用灌漿材料為水泥漿、油脂及石蠟等。無(wú)灌漿型索體自由段內(nèi)均不需灌注填充料，其防腐主要靠鋼絞線自身的防腐性能保證，在橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，可以隨時(shí)檢驗(yàn)索體的使用情況。

1.2 錨固系統(tǒng)

①保護(hù)罩。

②工作夾片。

③工作錨板。

④錨墊板。

⑤螺旋筋。

⑥預(yù)埋管。

⑦密封裝置。

1.3 體外預(yù)應(yīng)力索的轉(zhuǎn)向裝置

根據(jù)索體穿過(guò)的方式，主要分為散束式轉(zhuǎn)向器和集束式轉(zhuǎn)向器兩種。

1.3.1 散束式轉(zhuǎn)向器

散束式轉(zhuǎn)向器主要由導(dǎo)管、擋板、隔板、砂漿4部分組成。

1.3.2 集束式轉(zhuǎn)向器

集束式轉(zhuǎn)向器主要由無(wú)縫鋼管彎制而成。

1.3.3 彎曲應(yīng)力計(jì)算

被彎曲的體外預(yù)應(yīng)力索體因索體內(nèi)部有附加彎曲應(yīng)力，其疲勞強(qiáng)度有所下降，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要對(duì)加上彎曲應(yīng)力值的體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)行應(yīng)力校核，通常計(jì)算受拉鋼絞線的彎曲應(yīng)力值較為困難，但假定鋼絲之間無(wú)摩擦力作用時(shí)，可按照下式求出彎曲應(yīng)力值：

其中，Vm表示彎曲應(yīng)力，d表示鋼絲直徑，E表示鋼絞線的彈性模量，R表示彎曲半徑。

2.體外預(yù)應(yīng)力索的鋼質(zhì)轉(zhuǎn)向裝置

2.1 工程概況

某四跨連續(xù)剛構(gòu)橋跨徑組合為（60+2×100+60）m。上部結(jié)構(gòu)箱梁采用單箱單室截面，設(shè)縱向預(yù)應(yīng)力和豎向預(yù)應(yīng)力，頂板寬11m，底板寬6m，翼緣板懸臂長(zhǎng)2.5m，支點(diǎn)截面梁高5m，跨中截面梁高2.2m，梁高及底板厚度按兩次拋物線變化；頂板厚20cm，底板厚由跨中22cm增至根部50cm，腹板厚30cm，在根部梁段由30cm增至50cm。下部結(jié)構(gòu)為雙薄壁空心墩，中墩為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，兩邊墩為嵌巖樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)荷載：汽車-20級(jí)，掛車-100，人群3.5kN/m2。

上部結(jié)構(gòu)為（60+2×100+60）m四跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)，設(shè)縱向預(yù)應(yīng)力和豎向預(yù)應(yīng)力。主橋箱梁采用單箱單室截面，40號(hào)混凝土，箱梁頂板寬11m，底板寬6m，翼緣板懸臂長(zhǎng)2.5m，支點(diǎn)截面梁高5m，跨中截面梁高2.2m，梁高及底板厚度按2次拋物線變化；頂板厚20cm，底板厚由跨中22cm增至根部50cm，腹板厚30cm，在根部梁段由30cm增至50cm。僅在支點(diǎn)設(shè)橫隔板。箱梁底板橫向保持水平，采用掛籃懸臂施工。

2.2 體外預(yù)應(yīng)力體系應(yīng)用

本橋共4跨，分兩個(gè)邊跨及兩個(gè)中跨。因主橋中跨出現(xiàn)較大程度的下?lián)?，且箱梁腹板出現(xiàn)大量斜向裂縫，裂縫寬度較寬，一定程度上削弱了主梁剛度。故針對(duì)主橋新增12束15Φs15.2mm的縱向體外預(yù)應(yīng)力鋼束，預(yù)留6束15-15的預(yù)應(yīng)力孔道，視后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中橋梁結(jié)構(gòu)狀況可再行增補(bǔ)縱向預(yù)應(yīng)力體外鋼束。

主橋3、4跨布置的鋼束一端錨固在第3跨邊跨現(xiàn)澆段新增混凝土齒板處，另一端錨固于4號(hào)墩零號(hào)塊大樁號(hào)側(cè)新增齒板處，新增鋼束在第3跨由底板通過(guò)新增轉(zhuǎn)向塊上彎至3號(hào)墩墩頂上緣，新增鋼束在第4跨由頂板通過(guò)新增轉(zhuǎn)向塊下彎至跨中底板；主橋4、5跨布置的鋼束一端在3號(hào)墩0號(hào)塊邊跨側(cè)橫隔板處設(shè)置混凝土齒板，另一端錨固于5號(hào)墩零號(hào)塊大樁號(hào)側(cè)橫隔板處，新增鋼束在4、5跨由頂板通過(guò)新增轉(zhuǎn)向塊下彎至跨中底板；主橋5、6跨布置的鋼束一端錨固在第6跨邊跨現(xiàn)澆段新增混凝土齒板處，另一端錨固于4號(hào)墩零號(hào)塊小樁號(hào)側(cè)新增齒板處，新增鋼束在第6跨由底板通過(guò)新增轉(zhuǎn)向塊上彎至5號(hào)墩墩頂上緣，新增鋼束在第5跨由頂板通過(guò)新增轉(zhuǎn)向塊下彎至跨中底板。在3～5號(hào)墩橫隔板間左右邊腹板處增設(shè)鋼筋混凝土加勁肋板。預(yù)應(yīng)力錨下張拉控制應(yīng)力為0.55fpk=1023MPa，采用張拉力與引申量雙控，以引申量校核。

本橋在跨中附近采用輕型鋼制轉(zhuǎn)向塊，以減小其自重帶來(lái)的不利影響。其他位置轉(zhuǎn)向塊及齒板采用C50自流平混凝土澆筑。體外預(yù)應(yīng)力鋼束采用環(huán)氧噴涂鋼絞線體外束，錨具、錨墊板、錨下螺旋箍筋均采用其配套產(chǎn)品，錨下張拉控制應(yīng)力為1023MPa。同時(shí)在自由段設(shè)置減振裝置，避免索體產(chǎn)生較大的振動(dòng)。在體外束中跨合攏段位置布置磁通量傳感器，以便施工過(guò)程和后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)鋼束應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)控和測(cè)量。

2.3 體外預(yù)應(yīng)力索轉(zhuǎn)向裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

本橋的跨中位置處轉(zhuǎn)向塊為鋼制轉(zhuǎn)向塊，對(duì)其進(jìn)行有限元分析，轉(zhuǎn)向塊劃分為7180個(gè)節(jié)點(diǎn)，20716個(gè)單元。轉(zhuǎn)向塊鋼板采用Q415NHC高強(qiáng)度鋼材，建立空間實(shí)體有限元模型如下：

轉(zhuǎn)向塊為鋼結(jié)構(gòu)，因此需利用等效應(yīng)力屈服準(zhǔn)則判定其應(yīng)力是否滿足要求。分別對(duì)轉(zhuǎn)向塊F在最不利荷載下的最大等效應(yīng)力（von-mises應(yīng)力），最大位移進(jìn)行計(jì)算分析，施加作用力包括鋼轉(zhuǎn)向塊自重，體外束徑向力分力和鋼轉(zhuǎn)向塊區(qū)段鋼束自重，計(jì)算結(jié)果如圖2和圖3所示。

計(jì)算結(jié)果表明，鋼制轉(zhuǎn)向塊在體外預(yù)應(yīng)力鋼束徑向力作用下，鋼轉(zhuǎn)向塊的最大等效應(yīng)力34.0MPa，位于肋板預(yù)應(yīng)力孔道周圍。最大變形0.097mm，位于肋板頂緣。本橋各轉(zhuǎn)向塊鋼材等效應(yīng)力水平較低，均遠(yuǎn)小于Q415NHC的設(shè)計(jì)強(qiáng)度380MPa，且轉(zhuǎn)向塊結(jié)構(gòu)變形很小，說(shuō)明轉(zhuǎn)向塊強(qiáng)度和剛度均滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)處于彈性變形階段。

結(jié)語(yǔ)

目前體外預(yù)應(yīng)力體系加固已廣泛應(yīng)用于連續(xù)剛構(gòu)橋梁維修加固施工，采用此加固方式能夠有效抑制跨中長(zhǎng)期下?lián)虾土后w開(kāi)裂現(xiàn)象。本文結(jié)合某四跨連續(xù)剛構(gòu)橋的體外預(yù)應(yīng)力加固體系維修加固方案，詳細(xì)介紹了體外預(yù)應(yīng)力體系的組成部分及其特性，并對(duì)跨中位置鋼制轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為類似工程提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]伍波，楊家玉，石永燕，等.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的常見(jiàn)病害與設(shè)計(jì)對(duì)策[J].公路交通技術(shù)，2005（S1）：109-111.