體外預應力在簡支轉連續結構中的應用

齊 琳

(黑龍江省公路勘察設計院)

1 簡支轉連續結構關鍵構造

(1)連續段按鋼筋混凝土結構設計，即在相鄰梁頂板端頭開槽，待梁吊裝就位后在槽內布設負彎矩鋼筋，澆濕接頭混凝土。這種方式構造簡單，施工方便快速，但在正常工作狀態下，結構在接頭處容易開裂，影響結構的使用性和耐久性。因此，該方式僅用于較小跨徑的橋梁上。

(2)連續段按預應力結構設計，這是目前采用得最多的接頭方式，其優點是保證負彎矩區段不開裂。這種方式需要在預制梁內預置負彎矩區預應力管道，體系轉換后需進行管道灌漿;為了布置后張預應力管道，腹板常需加寬，使混凝土、鋼筋和鋼束的用量增加，梁的自重加大。為進行張拉而設置的錨固塊增加了構造的復雜性，同時錨固塊較易開裂，影響了結構的耐久性;由于連續段接頭較短，為保證在連接區鋼束的傳遞長度，常將鋼束延伸到墩頂支點以外較長的區域;由于要對管道灌漿和現澆接頭混凝土，其施工周期也較長，尤其對于負溫季節漫長的東北地區，其施工很容易受到季節的限制，同時對施工技術的要求較高。

隨著簡支轉連續橋梁結構應用的日益增多，由于連接段接頭方式單一而引起的造價偏高、施工復雜、周期較長等問題正變得越來越突出，這些問題在一定程度上限制了該類結構的推廣應用，影響了其使用性能和結構的耐久性。

2 體外預應力應用于轉連續接頭的探討

2.1 體外預應力的材料要求

體外預應力對采用的高強鋼絲、鋼絞線、粗鋼筋等要求具有一定的延性，材料性能應符合橋梁規范對預應力鋼材的規定。體外力筋的防腐通常有兩種做法:一種是在鍍鋅或者有環氧涂層的體外力筋的表面熱擠PE套，另一種是在體外力筋的外面套以套管、套管與力筋之間充填灌漿材料進行防腐。預應力錨具必須確保錨固可靠，并滿足必要時可調整應力、特殊情況下可更換預應力筋的要求，錨頭應進行嚴格密封以確保可靠防腐。

2.2 體外預應力體系構成

體外預應力結構一般由體外預應力筋、管道及防腐材料、轉向塊、錨固系統和體外預應力受力結構等部件組成。按防腐體系的不同，體外預應力體系可分為有粘結體系和無粘結體系。橋梁采用何種體外預應力體系應根據其設計使用要求、所處環境條件及經濟性等綜合考慮。無粘結體外預應力體系由于其防腐可靠、力筋應力可調甚至可更換的優點近年來應用較多。

體外預應力體系具有以下幾方面的優點。(1)體外預應力筋布置在構件截面外，截面面積減小，自重減輕。(2)體外預應力筋僅在轉向塊及錨固區與結構相接觸，摩阻應力損失小。(3)體外預應力筋布置在截面外，防腐效果可以得到保證。(4)體外預應力筋布置在截面外，截面內鋼筋少，施工工序簡單，混凝土質量容易保證。(5)體外預應力筋，可根據情況調整應力，甚至更換預應力束。(6)體外預應力筋布置靈活，提高效率。(7)體外預應力筋布置在截面外，使用荷載引起的應力變化分散在力筋全長，應力變化幅度較小，降低了梁疲勞破壞的概率。

2.3 體外預應力橋梁受力特點

體外預應力混凝土橋梁除了具有體內預應力混凝土橋梁的一些相同的共性外，在構造、設計計算和受力方面具有特殊性。

預應力鋼束通過轉向塊轉向是體外預應力的重要特征。轉向塊傳遞了體外束產生的水平和垂直力，限制體外束自由長度，調整體外束偏心距。通過合理布置轉向塊調整體外預應力筋線形，可改變結構抗彎、抗剪性能。轉向塊由于受較大的集中力及與預應力筋的摩擦作用，應力復雜。

體外預應力的預應力損失較體內預應力筋的小，其計算方法與無粘結預應力結構大體一致;體外預應力梁受彎性能及體外預應力筋應力增量計算也是一個值得重視的問題。

3 設計實例

3.1 橋梁概況

塔子城互通A匝道橋上部結構采用4×25m預應力混凝土簡支轉連續箱梁，橋梁橫向布置為:0.5m(波形鋼板護欄)+6.75m(行車道)+1m(中央分隔帶)+6.75m(行車道)+0.5m(波形鋼板護欄)，橋梁全寬15.5m，橋梁與主線交角70°，汽車荷載等級:公路-Ⅰ級。

圖1 跨中橫斷面圖

3.2 體外預應力在轉連續接頭處的設置

在體外預應力體系應用于簡支轉連續結構接頭設計過程中，重點考慮了錨固塊、轉向裝置以及體外預應力體系的選擇。

通常錨固塊可采用鋼材或鋼筋混凝土的材料，本橋箱梁的腹板較薄，鋼制錨固塊與腹板的連接問題較為突出，局部受力較為復雜。而混凝土轉向塊則可以與主梁混凝土一同澆筑，通過局部的加強措施能夠有效地改善錨固區復雜的受力狀態。因此確定采用鋼筋混凝土轉向塊。

體外預應力鋼束的布置受到空間的影響，布置在箱梁外側翼緣板下方;為分散應力采用了分段錨固的方式;為充分發揮預應力的作用，在接頭處要盡量將鋼束向上方布置，因此在預制梁接頭處的現澆橫梁內設置一處轉向，使一根鋼束在此處以圓弧連接的方式通過。另一根鋼束的轉向則在錨固塊內以設置轉向鋼管的方式實現。

錨具采用OVM-AT型，索體采用OVM-S3型，錨頭灌漿材料采用水泥漿或環氧砂漿。