連續剛構橋底板鋼束徑向力分析

【摘 要】 根據PC連續剛構橋主跨跨中附近底板鋼束在張拉過程中產生的徑向外崩力的特征，分別就底板預應力筋以折代曲布置，施工過程中管道定位誤差和合攏段兩端高差造成的徑向外崩力進行計算，提出了一系列連續剛構在施工過程中預防底板崩裂的建議。

【關鍵詞】 連續剛構橋 徑向外崩力 局部應力 底板崩裂

0 引言

近年來，隨著大噸位預應力技術的大量采用，以及箱梁寬度的增加和底板厚度的減薄，一些連續剛構橋在施工和運營過程中，跨中附近的箱梁在底板位置出現了混凝土崩裂的問題。尤其是在張拉中跨底板合龍束的過程中，底板束下方混凝土大面積破損脫落，底板鋼束及底板鋼筋發生向下的變位，波紋管撕裂的現象。連續剛構施工過程中底板崩裂的病害已經很大程度上影響了橋梁結構的安全性能。

本文通過對連續剛構中跨合攏段底板鋼束張拉過程中各種情況下徑向力的計算分析，提出連續剛構底板鋼束的設計和施工建議。

1 合攏段附近底板鋼束張拉各種情況下徑向力計算分析

國內許多專家和學者在計算底板鋼束徑向力的時候，大多是利用底板鋼束隨著箱梁截面高度的變化，線形呈拋物線的布置，進而利用徑向力經典計算公式：

進行計算，這是理論狀態上徑向力的計算[1]；而在實際的底板鋼束施工張拉過程中，它是在劃分的不同梁段內以相應的折線段來代替曲線段，這樣必然就會在折線段上產生均布徑向力，在兩個折線段轉角處產生徑向集中力，從施工的具體情況上來看，可以分為三種：1.底板鋼束以折代曲產生的外崩力 2.波紋管施工定位誤差產生的外崩力 3.施工合攏段高差產生的外崩力

1.1 底板預應力筋以折代曲產生的外崩力

連續剛構底板鋼束在實際施工中是以每個梁段的折線段來代替相應的曲線段的，這樣大大降低了施工的難度，但是原理論設計曲線張拉的鋼束產生的外崩力就會變成折線段上的外崩力和直線折角處的外崩力，具體見下圖1所示。

由圖中的幾何關系，我們可以得出各個折線段上的均布徑向力

式中，為預應力筋的張拉控制力，為該段折線段長度，為該段折線段與水平直線的夾角

而在折角處因為鋼束的曲線彎折，會出現很小的弧線段，這樣會產生外崩力的的折角集中，如下圖3所示。

于是底板鋼束折角處集中外崩力為

式中，D為波紋管直徑，d為鋼束直徑，而波紋管直徑與鋼束直徑一般相差2cm，為折線段之間的夾角的補角，F為預應力筋的張拉控制力。

1.2 波紋管施工定位誤差產生的外崩力

連續剛構施工質量控制水平不同，底板鋼束的波紋管管道定位誤差相差懸殊，也會產生徑向外崩力，其中因為鋼束在定位鋼筋間的垂度產生的，還有定位鋼筋的移動產生的。

于是有： 由此可見施工過程中定位誤差產生的外崩力是相當大而且敏感的，我們在設計的過程中要充分地考慮到這個因素，在施工過程中盡量做到精細，減小這種誤差產生的徑向外崩力。

1.3 合攏段高差產生的外崩力

連續剛構在中跨合攏段施工過程中造成合攏段兩端存在高差，也能對箱梁底板造成不容忽視的徑向外崩力。如下圖5所示，設由合攏段兩端存在高差引起的轉角為β，每束預應力筋在合攏段產生的均布徑向力為，在兩個折角處產生的集中外崩力為。

根據式（1）和式（4），合攏段兩端高差產生的轉角對于沒有變化，

對于較低的一個折角處有：

式中， h為合攏段高差，為合攏段長度，為合攏段附近鋼束折線與水平直線的夾角。

從上面對連續剛構底板徑向外崩力的計算分析中，我們可以看出底板外崩力是由設計和施工兩個方面因素造成的，而在折線段產生的均布徑向力會由底板鋼束以折代曲和定位鋼筋偏差以及垂度進行疊加產生，即；在折線段轉角處的徑向集中力是合攏段兩端高差和底板鋼束以折代曲兩種情況產生（存在合攏段兩端高差的情況下，；不存在合攏段兩端高差的情況下，；）

2 結論和建議

通過理論推導計算連續剛構底板鋼束張拉過程中多種情況下產生的徑向外崩力的分析，我們可以得出以下結論和建議：

（1）連續剛構底板鋼束理論上是以拋物線形沿梁底曲線布置，但是在實際的張拉過程中是以相應的折線段來代替曲線段，且施工過程中因誤差產生的徑向外崩力遠遠大于理論設計上的曲線張拉產生的徑向外崩力，對于這一點，我們不僅應在施工中盡量減小這種誤差，還應在設計中重點考慮這種誤差的產生，加大應力儲備和防崩措施。

（2）箱梁底板的開裂是底板預應力鋼束沿梁底曲線張拉時造成的徑向力引起底板下緣和波紋管孔道兩側的應力集中所致，在設計中，光采用平面桿系結構進行核算還不夠，要進行局部的應力驗算[2]。

（3）雖然預應力混凝土連續梁橋底板崩裂現象在實際工程中常有發生，但若在設計和施工中注意合理設計箱梁截面以及預應力，譬如：增加底板厚度，加大鋼束波紋管之間的間距，增大底板鋼束保護層厚度，在中跨合攏段附近梁段增設橫向加勁肋，分批張拉底板中的預應力鋼束，加強拉結筋、箍筋、防崩定位鋼筋等構造鋼筋的設置，預應力混凝土連續剛構橋底板崩裂現象是可以有效避免的[3]。

參考文獻

[1] 彭元誠. 連續剛構箱梁底板崩裂原因分析與對策.橋梁建設，2008（3）

[2] 王仁貴，吳偉勝和龐頌賢.預應力混凝土連續剛構橋設計[A].中國公路學會橋梁和結構工程學會2003年全國橋梁學術會議論文集[C].北京：人民交通出版社，2003

[3] 包立新，楊廣來和楊文軍. 對連續剛構橋底板開裂問題的探討.公路，2004（8）