唐明虎

(湖南恒利建筑工程有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410000)

體內(nèi)-體外混合配束節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁設(shè)計(jì)方法研究

唐明虎

(湖南恒利建筑工程有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410000)

體內(nèi) — 體外混合配束節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁因其具有良好的技術(shù)合理性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性，目前在我國(guó)正逐漸興起。但由于該類橋梁在我國(guó)的應(yīng)用起步時(shí)間較晚，國(guó)內(nèi)對(duì)該類橋梁的研究深度還不夠，現(xiàn)行公路橋規(guī)中沒(méi)有針對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝施工及體外預(yù)應(yīng)力橋梁的相應(yīng)條款。以體內(nèi)-體外混合配束節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁為研究對(duì)象，對(duì)該類橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)研究。結(jié)合施工方法、改善結(jié)構(gòu)性能和提高經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面，探討了體內(nèi)束與體外束的合理比例設(shè)計(jì)原則。此外，對(duì)正常使用極限狀態(tài)的預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力限值、接縫處的應(yīng)力限值、體外預(yù)應(yīng)力的極限應(yīng)力和承載能力極限狀態(tài)的強(qiáng)度折減等問(wèn)題進(jìn)行了探討，并進(jìn)行了算例分析。

橋梁設(shè)計(jì); 體內(nèi) — 體外混合配束； 節(jié)段預(yù)制拼裝； 預(yù)應(yīng)力筋； 接縫

0 引言

在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的發(fā)展歷程中，人們對(duì)于“原位澆筑”與“節(jié)段預(yù)制拼裝”、“體內(nèi)預(yù)應(yīng)力”與“體外預(yù)應(yīng)力”技術(shù)的運(yùn)用，伴隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，環(huán)保意識(shí)的提高，對(duì)耐久性問(wèn)題的重視，以及工程經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的積累，在不斷進(jìn)行著實(shí)踐和探索。近30 a來(lái)，歐美、日本等國(guó)對(duì)“體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)”和“預(yù)制節(jié)段拼裝施工技術(shù)”的研究與應(yīng)用十分重視，新建的混凝土梁橋和組合梁橋大部分以這些技術(shù)為核心[1]。

相比國(guó)外的廣泛運(yùn)用，在國(guó)內(nèi)節(jié)段預(yù)制拼裝施工、體內(nèi)-體外混合配束還屬于設(shè)計(jì)新理念，有關(guān)它的研究與應(yīng)用相對(duì)較少。目前我國(guó)混凝土梁橋的設(shè)計(jì)，雖然還是以“體內(nèi)預(yù)應(yīng)力”和“現(xiàn)澆混凝土”為主，但“體外預(yù)應(yīng)力”以及“節(jié)段預(yù)制拼裝”在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，已開(kāi)始受到我國(guó)橋梁工程界的重視[2]。隨著我國(guó)工業(yè)化水平的提高，這些技術(shù)的推廣應(yīng)用將具有廣闊的前景。但與這種發(fā)展趨勢(shì)不相匹配的是，我國(guó)針對(duì)這類橋梁，開(kāi)展的研究還較少，規(guī)范中沒(méi)有針對(duì)預(yù)制節(jié)段拼裝施工體外預(yù)應(yīng)力橋梁的相應(yīng)條款。在實(shí)橋的設(shè)計(jì)與施工中，經(jīng)常需要參考國(guó)外的相關(guān)規(guī)范。因此，應(yīng)就體內(nèi)-體外混合配束節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁設(shè)計(jì)與施工中關(guān)心的一些主要問(wèn)題，積極開(kāi)展研究，從而更好地指導(dǎo)實(shí)踐。

1 體內(nèi)-體外混合配束的分配原則

在體內(nèi)-體外混合配束的混凝土橋梁設(shè)計(jì)中，首先要面對(duì)的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，即如何分配體內(nèi)束與體外束的用量。在后張預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中，預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)受到較多因素的影響，不同的設(shè)計(jì)思想會(huì)帶來(lái)不同的預(yù)應(yīng)力筋布置方案。從以往的設(shè)計(jì)中看，有采用全體內(nèi)預(yù)應(yīng)力的，也有采用全體外預(yù)應(yīng)力的，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，在全體內(nèi)與全體外預(yù)應(yīng)力之間的任何一種比例分配的混合配束方案都是可行的。但是考慮到橋梁施工、結(jié)構(gòu)性能和經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，對(duì)體內(nèi)束與體外束應(yīng)進(jìn)行合理的分配。

1) 基于不同施工方法的體內(nèi)-體外混合配束原則。

根據(jù)具體施工方法的不同，節(jié)段預(yù)制拼裝施工可分為平衡懸臂拼裝施工和逐跨懸拼施工。橋梁的設(shè)計(jì)與所采用的施工方法密切相關(guān)。對(duì)著兩種施工方法，因各自有其相應(yīng)的特點(diǎn)，體內(nèi)束與體外束的分配原則也不相同。在預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合各施工方法的特點(diǎn)，針對(duì)不同施工階段的受力需求，選配合適的預(yù)應(yīng)力筋[3]。

采用逐跨拼裝施工時(shí)，橋梁一般要經(jīng)歷簡(jiǎn)支狀態(tài)和連續(xù)狀態(tài)。在簡(jiǎn)支狀態(tài)下，需設(shè)置預(yù)應(yīng)力束以滿足一期恒載和施工階段荷載的受力需求。可采用全體外束的方案，也可采用體內(nèi)與體外混合的方案。當(dāng)采用混合配筋時(shí)，主要布置底板直束和折線形的體外束。當(dāng)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換成連續(xù)梁后，需張拉墩頂節(jié)段的頂板體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋，以滿足結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換后墩頂處的受力需求。此外還要張拉跨內(nèi)的體外預(yù)應(yīng)力束和通長(zhǎng)體外預(yù)應(yīng)力束，以承受二期恒載和活載產(chǎn)生的內(nèi)力。

懸臂施工時(shí)，節(jié)段從墩頂向兩邊對(duì)稱懸出。為保證施工過(guò)程中的平衡與穩(wěn)定，需設(shè)置頂板預(yù)應(yīng)力筋，此時(shí)采用體內(nèi)束比較方便。因?yàn)槿绻捎皿w外束，每個(gè)節(jié)段都要設(shè)置凸出錨塊，導(dǎo)致節(jié)段制造復(fù)雜化。橋跨合龍后，設(shè)置一定量的體內(nèi)局部連續(xù)力筋，用于滿足跨中節(jié)段合龍后的受力要求。全橋合龍后，再?gòu)埨ㄩL(zhǎng)體外預(yù)應(yīng)力束，以承受二期恒載和活載產(chǎn)生的內(nèi)力。

2) 基于改善結(jié)構(gòu)性能的體內(nèi)-體外混合配束原則。

在節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁中，若采用全體外預(yù)應(yīng)力時(shí)，其極限狀態(tài)抗彎承載力及延性都較體內(nèi)預(yù)應(yīng)力梁要差一些。這時(shí)可通過(guò)配置一定量的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋，來(lái)改善結(jié)構(gòu)的受力性能。A.N.A.Hindi、J.E.Breen等人進(jìn)行了這方面的研究[4]。他們以一逐跨拼裝施工的三跨連續(xù)梁為模型，分析了不同的體內(nèi)-體外配束比例結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，結(jié)果表明在接縫張開(kāi)之前，不同配束比例的橋梁力學(xué)性能比較接近，但接縫開(kāi)始張開(kāi)后，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力用量大的橋梁，其極限承載力更高，延性更好。

從極限狀態(tài)的受力性能上來(lái)說(shuō)，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力的用量越大越好。但采用混合配束時(shí)，主要希望能加快橋梁施工速度和使其后期的維修與加固方便，提高受力性能不是采用混合配束的主要目標(biāo)。但是，若體內(nèi)預(yù)應(yīng)力用量配置合適，則可使橋梁在極限狀態(tài)有較好的受力性能。A.N.A.Hindi等人認(rèn)為，預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁在極限狀態(tài)的受力性能改善表現(xiàn)為：在關(guān)鍵接縫失效之前，至少有一個(gè)關(guān)鍵接縫附近的接縫張開(kāi)。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，可通過(guò)增大關(guān)鍵接縫的極限抗彎承載力或減小鄰近接縫的張開(kāi)彎矩來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)轶w內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋與混凝土粘結(jié)，其在極限狀態(tài)的應(yīng)力增量較體外預(yù)應(yīng)力筋大，所以配置一定量的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力，可增大關(guān)鍵接縫的極限抗彎承載能力，從而改善結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)的受力性能。

3) 基于工程經(jīng)濟(jì)性的體內(nèi)-體外混合配束原則。

體外預(yù)應(yīng)力筋的工作效率要小于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋。為達(dá)到與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力方案相同的效果，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力用量一般要相應(yīng)增加。同時(shí)體外預(yù)應(yīng)力筋、錨具及其防護(hù)等一般要比體內(nèi)預(yù)應(yīng)力體系昂貴，因此從這個(gè)角度看，采用了體外預(yù)應(yīng)力的橋梁，其直接材料成本要高于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力橋梁。但同時(shí)也應(yīng)該看到，采用體內(nèi)-體外混合配束體系有其更大的綜合優(yōu)勢(shì)。首先，將一部分預(yù)應(yīng)力筋布置在體外，減少了體內(nèi)束的數(shù)量，這有利于腹板中的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋的布置，有助于提高混凝土的澆筑施工質(zhì)量；同時(shí)還可減小箱梁截面的腹板和底板厚度，進(jìn)而減小結(jié)構(gòu)的自重。其次，作為體外索的主要優(yōu)點(diǎn)之一，再?gòu)埨翱筛鼡Q使設(shè)計(jì)者可以將橋梁設(shè)計(jì)的目標(biāo)與橋梁結(jié)構(gòu)服役過(guò)程中的功能退化、耐久性下降、維修和加固等問(wèn)題加以綜合考慮，實(shí)現(xiàn)全壽命設(shè)計(jì)。此外，混合配束與節(jié)段預(yù)制拼裝施工相結(jié)合，施工速度快，能滿足現(xiàn)在工程建設(shè)中日益緊迫的工期要求。并且在施工期間，對(duì)周圍環(huán)境影響小，不干擾城市現(xiàn)有交通，帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 體內(nèi)-體外混合配束節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋的設(shè)計(jì)計(jì)算

體內(nèi) — 體外混合配束節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆體內(nèi)預(yù)應(yīng)力橋梁相比，所采用的預(yù)應(yīng)力體系和施工方法都有較大的不同。因此，在進(jìn)行該類橋梁的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮到體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，以及節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的極限強(qiáng)度計(jì)算與普通結(jié)構(gòu)存在的不同。

2.1 正常使用極限狀態(tài)的應(yīng)力限值

在我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范中，針對(duì)體外預(yù)應(yīng)力和節(jié)段預(yù)制拼裝施工橋梁在正常使用極限狀態(tài)的應(yīng)力限值的條款很少。在已建的該類橋梁的設(shè)計(jì)計(jì)算中，較多的參考了美國(guó)AASHTO的《節(jié)段式混凝土橋梁設(shè)計(jì)和施工指導(dǎo)性規(guī)范》，該規(guī)范也是世界范圍內(nèi)經(jīng)常參考的節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范之一[5]。

2.1.1 接縫處的應(yīng)力限值

接縫是節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁中的特殊構(gòu)造。當(dāng)橋梁上作用的荷載較大時(shí)，有可能出現(xiàn)接縫張開(kāi)的情況，在干接縫橋梁中尤其如此。因此，為保證接縫有較好的抗剪性能，并且對(duì)膠接縫來(lái)說(shuō)，保證其拼裝質(zhì)量和環(huán)氧涂層有效發(fā)揮作用，接縫處在節(jié)段拼裝時(shí)及在荷載作用下，均應(yīng)有一定量的壓應(yīng)力。各國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范或設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)此規(guī)定不盡相同。

在節(jié)段拼裝階段，美國(guó)AASHTO的《節(jié)段式混凝土橋梁設(shè)計(jì)和施工指導(dǎo)性規(guī)范》中規(guī)定：對(duì)于膠接縫，拼裝時(shí)接縫處的最小壓應(yīng)力為0.21 MPa，平均壓應(yīng)力為0.28 MPa，直到環(huán)氧樹(shù)脂養(yǎng)護(hù)好。英國(guó)BS5400規(guī)定節(jié)段拼裝時(shí)接縫處的平均壓應(yīng)力為0.2～0.3 MPa，差值不超過(guò)0.5 MPa[6]。日本取環(huán)氧樹(shù)脂硬化時(shí)其壓應(yīng)力要在0.3 MPa以上。由于我國(guó)目前還沒(méi)有節(jié)段拼裝橋梁方面的相關(guān)規(guī)范，設(shè)計(jì)時(shí)一般參考國(guó)外規(guī)范，可取節(jié)段拼裝時(shí)膠接縫處的最小壓應(yīng)力為0.15～0.3 MPa。

在使用階段，萊昂哈特在《鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土建筑原理》中認(rèn)為：在荷載作用下，接縫處要留有0.5～1 MPa的壓應(yīng)力?！度毡緡?guó)有鐵道混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和解釋》中認(rèn)為設(shè)計(jì)荷載作用下接縫面必須保留有不小于1 MPa的壓應(yīng)力。在沒(méi)有相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的條件下，設(shè)計(jì)時(shí)可保守取荷載作用下膠接縫處最小壓應(yīng)力為1 MPa以上。

2.1.2 預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力限值

關(guān)于預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力限值，公路橋規(guī)僅針對(duì)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力給出了相應(yīng)條款，即在正常使用極限狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力σp≤0.65fpk，fpk為預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。但對(duì)體外預(yù)應(yīng)力，尚無(wú)相應(yīng)的條款。

決定體外預(yù)應(yīng)力筋在使用階段應(yīng)力限值的主要因素是體外預(yù)應(yīng)力筋在活載作用下的應(yīng)力變幅。該幅值是對(duì)體外預(yù)應(yīng)力體系的疲勞性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。因?yàn)轶w外預(yù)應(yīng)力筋僅在轉(zhuǎn)向塊和錨固快等處與混凝土結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)，在活載作用下，體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)力變化幅值比體內(nèi)預(yù)應(yīng)力要小。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，體外預(yù)應(yīng)力筋可有更寬松的應(yīng)力限值。但對(duì)體外預(yù)應(yīng)力體系的疲勞性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，不僅要考慮體外預(yù)應(yīng)力鋼束的疲勞性能，還要考慮體系中錨固系統(tǒng)安全、轉(zhuǎn)向塊受力及轉(zhuǎn)向塊處力筋的應(yīng)力等情況。因此，各國(guó)對(duì)體外預(yù)應(yīng)力筋在正常使用階段的應(yīng)力限值的規(guī)定各不相同，如美國(guó)AASHTO規(guī)范規(guī)定，對(duì)后張的低松弛鋼絞線，使用階段體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力不超過(guò)0.72fpu；日本規(guī)范規(guī)定不超過(guò)0.7fpu；德國(guó)規(guī)范原規(guī)定體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力限值為0.55fpu，現(xiàn)在修改為0.7fpu，fpu為體外預(yù)應(yīng)力筋的極限抗拉強(qiáng)度。

目前我國(guó)尚未對(duì)體外預(yù)應(yīng)力體系的疲勞進(jìn)行較深入的研究與試驗(yàn)驗(yàn)證，一些已有的體內(nèi) — 體外混合配束節(jié)段拼裝橋梁的設(shè)計(jì)取體外預(yù)應(yīng)力筋在使用的應(yīng)力限值為0.6fpk，張拉控制應(yīng)力取為0.65fpk～0.70fpk。設(shè)計(jì)時(shí)可作參考。

2.2 體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力

體外預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力的計(jì)算，是體外預(yù)應(yīng)力梁抗彎承載力計(jì)算的關(guān)鍵。由于體外預(yù)應(yīng)力筋與混凝土之間可發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力趨于一致，在極限狀態(tài)時(shí)一般達(dá)不到屈服。因此只能用體外預(yù)應(yīng)力筋在極限狀態(tài)的應(yīng)力值來(lái)進(jìn)行抗彎承載力計(jì)算。一般極限應(yīng)力表示為有效應(yīng)力與應(yīng)力增量之和：fps=fpe+Δfps。由于體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力增量Δfps與預(yù)應(yīng)力筋的布置形式、荷載形式、梁的跨高比、預(yù)應(yīng)力筋與普通鋼筋的配筋率等眾多因素有關(guān)，目前尚無(wú)統(tǒng)一的計(jì)算公式，且國(guó)內(nèi)外提出的計(jì)算公式均是以體內(nèi)無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁為研究對(duì)象。

對(duì)體內(nèi) — 體外混合配束節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁來(lái)說(shuō)，當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)為連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)時(shí)，考慮到采用體內(nèi)-體外混合配束，且一般情況下連續(xù)梁的極限撓度較相同跨度的簡(jiǎn)支梁要小，則其體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量也相對(duì)較小。此外，連續(xù)梁的破壞一般是某一跨或幾跨引起的，這些跨內(nèi)的梁體變形引起的體外預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量要均分到其它跨內(nèi)的體外鋼束上，因而體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量也相對(duì)較小?？善踩娜◇w外預(yù)應(yīng)力筋在極限狀態(tài)的應(yīng)力增量Δfps=0。

2.3 承載能力極限狀態(tài)的強(qiáng)度折減

節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁由于各節(jié)段之間存在接縫，且非預(yù)應(yīng)力鋼筋在接縫處被切開(kāi)，削弱了主梁的抗彎剛度，使其在極限狀態(tài)的受力性能與整體現(xiàn)澆梁不同。因此，在進(jìn)行極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)時(shí)，需對(duì)其抗彎剛度和抗剪強(qiáng)度進(jìn)行折減。

一般認(rèn)為，接縫類型和預(yù)應(yīng)力筋與結(jié)構(gòu)的粘結(jié)狀態(tài)對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁在極限狀態(tài)的承載能力影響較大。國(guó)外對(duì)這方面進(jìn)行了較多研究，但我國(guó)目前還沒(méi)有節(jié)段拼裝橋梁相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范。美國(guó)AASHTO的《節(jié)段式混凝土橋梁設(shè)計(jì)和施工指導(dǎo)性規(guī)范》給出了各種接縫和不同類型預(yù)應(yīng)力筋布置下的節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)建議值，如表1所示。表中的折減系數(shù)通常是從模型試驗(yàn)中得到的，反映了結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)下的力學(xué)性能與預(yù)應(yīng)力筋的形式和接縫類型有關(guān)，而與外部荷載等因素關(guān)系不大。目前我國(guó)在這方面尚未有深入研究，在進(jìn)行階段預(yù)制拼裝橋梁的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，可參考美國(guó)規(guī)范。需要注意的是，AASHTO規(guī)范是先計(jì)算結(jié)構(gòu)總的抗力，然后再進(jìn)行折減，即Pr=φPn，式中Pr為考慮各種因素折減后的抵抗力;φ為折減系數(shù);Pn為名義抵抗力。而我國(guó)規(guī)范則是先將材料強(qiáng)度折減為設(shè)計(jì)值，再計(jì)算抗彎承載力或抗剪承載力。因此在參考AASHTO規(guī)范時(shí)，建議把中國(guó)規(guī)范材料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值而非設(shè)計(jì)值代入各項(xiàng)承載力計(jì)算公式。

表1 節(jié)段預(yù)制拼裝施工橋梁強(qiáng)度折減系數(shù)

3 算例

3.1 工程概況

某4×50 m體內(nèi) — 體外混合配束、采用節(jié)段預(yù)制逐跨拼裝的連續(xù)梁，主梁采用單箱單室等高度箱梁，梁高3 m；箱梁頂板寬15.8 m，底板寬6.2 m；頂板全跨等厚，為25 cm；跨中截面腹板厚38 cm，底板厚25 cm；墩頂截面腹板厚60 cm，底板厚50 cm。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度為2.8 m，支座附近節(jié)段長(zhǎng)度有1.55、2.0、2.15、2.4、2.6 m，節(jié)段之間采用環(huán)氧膠接縫聯(lián)結(jié)。

箱梁縱向預(yù)應(yīng)力采用體內(nèi)-體外混合配束。體內(nèi)束與體外束的分配原則為：箱梁簡(jiǎn)支狀態(tài)下的預(yù)應(yīng)力由全部的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力和部分體外預(yù)應(yīng)力提供，以抵抗一期恒載和施工臨時(shí)荷載；結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化后，再?gòu)埨徊糠煮w外預(yù)應(yīng)力，用于抵抗二期恒載和活載。

體外預(yù)應(yīng)力鋼束采用了22Φ15.2、15Φ15.2、5Φ15.2這3種規(guī)格，張拉控制應(yīng)力σcon=0.75fpk=1375 MPa；體外預(yù)應(yīng)力鋼束采用了22Φ15.2無(wú)粘結(jié)鋼絞線，張拉控制應(yīng)力σcon=0.65fpk=1209 MPa。體外鋼束采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線可進(jìn)行再?gòu)埨胃鶕Q索等操作。

橋梁施工采用節(jié)段預(yù)制逐跨拼裝。箱梁除部分橫隔梁和連續(xù)端墩頂梁段現(xiàn)澆外，其余部分采用分節(jié)段在梁廠預(yù)制，在存梁場(chǎng)地存放至少3個(gè)月后，運(yùn)送到橋位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)吊裝；并通過(guò)張拉預(yù)應(yīng)力，使各跨的箱梁節(jié)段形成整體，再進(jìn)行現(xiàn)澆部分的施工以完成結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，箱梁由分跨簡(jiǎn)支梁轉(zhuǎn)化為多跨連續(xù)梁。

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

3.2.1 正常使用極限狀態(tài)的應(yīng)力限值

在應(yīng)力驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)組合作用下，除墩頂區(qū)域出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力外，其余截面位置始終作用有壓應(yīng)力?？紤]到墩頂區(qū)域?yàn)楝F(xiàn)澆段，允許出現(xiàn)一定的拉應(yīng)力。而其它位置的所有接縫，其截面上下緣的壓應(yīng)力都大于1 MPa，滿足前文推薦的最小壓應(yīng)力1 MPa的要求。

3.2.2 強(qiáng)度驗(yàn)算

算例采用了體內(nèi)-體外混合配束，接縫為環(huán)氧膠接縫，根據(jù)表1，取承載能力極限狀態(tài)的強(qiáng)度折減系數(shù)為0.9?？紤]各種承載能力極限狀態(tài)下的荷載組合，截面內(nèi)力、抗力包絡(luò)曲線見(jiàn)圖1。在考慮了強(qiáng)度折減后，各截面抗彎承載力均滿足要求。

圖1 截面內(nèi)力、抗力包絡(luò)曲線對(duì)比

3.2.3 收縮徐變對(duì)體外預(yù)應(yīng)力的影響

對(duì)體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁，由于預(yù)應(yīng)力筋與梁體截面應(yīng)變不協(xié)調(diào)，加之混凝土徐變與應(yīng)力歷史有關(guān)，體外預(yù)應(yīng)力因收縮徐變而引起的損失受到較多因素的影響，其計(jì)算與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力收縮徐變損失的計(jì)算有較多不同。圖2給出了用桁架單元模擬體外預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，收縮徐變計(jì)算至1500 d的情況下，各種布置形式的體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力隨時(shí)間的發(fā)展。從圖中數(shù)據(jù)可以看出：因收縮徐變，早期的預(yù)應(yīng)力損失較大，隨著時(shí)間發(fā)展，預(yù)應(yīng)力損失量逐漸減?。辉诓豢紤]體外預(yù)應(yīng)力筋與轉(zhuǎn)向塊之間的相對(duì)滑動(dòng)的前提下，轉(zhuǎn)向點(diǎn)之間的距離對(duì)損失量影響大，轉(zhuǎn)向點(diǎn)之間距離越小，損失越大。

圖2 收縮徐變對(duì)體外預(yù)應(yīng)力的影響

4 結(jié)論

體內(nèi) — 體外混合配束混凝土梁橋有其自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具有良好的發(fā)展前景。雖然沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)確定體內(nèi)束與體外束的合理比例，但是設(shè)計(jì)者可以從施工方法、結(jié)構(gòu)性能和工程經(jīng)濟(jì)性等三個(gè)方面來(lái)綜合考慮。且在這三者中，應(yīng)優(yōu)先考慮施工方法，同時(shí)兼顧考慮其他兩個(gè)方面。

體內(nèi)-體外混合配束節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆體內(nèi)預(yù)應(yīng)力橋梁相比，所采用的預(yù)應(yīng)力體系和施工方法都有較大的不同。因此，在進(jìn)行該類橋梁的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮到體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，以及節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋的極限強(qiáng)度計(jì)算與普通結(jié)構(gòu)的不同。目前，一般認(rèn)為存在的一些特殊問(wèn)題有：正常使用極限狀態(tài)的應(yīng)力限值、接縫處的應(yīng)力限值、體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力和承載能力極限狀態(tài)的強(qiáng)度折減等。由于我國(guó)目前沒(méi)有節(jié)段拼裝橋梁方面的相關(guān)規(guī)范，設(shè)計(jì)時(shí)一般參考國(guó)外規(guī)范，這些取值可取為：節(jié)段拼裝時(shí)膠接縫處的最小壓應(yīng)力為0.15～0.3 MPa；在荷載作用下，膠接縫處最小壓應(yīng)力為1 MPa以上；體外預(yù)應(yīng)力筋在使用階段的應(yīng)力限值取為0.6fpk，張拉控制應(yīng)力取為0.65fpk～0.70fpk；偏安全的取體外預(yù)應(yīng)力筋在極限狀態(tài)的應(yīng)力增量Δfps=0；承載極限狀態(tài)的強(qiáng)度折減系數(shù)參考表1取值。

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