大跨度剛構橋橫向預應力筋施工工藝對比研究

許 晗 張 龍 楊榮辰 馬東良 竇創戰

（浙江交工集團股份有限公司，浙江 杭州 310051）

0 引言

預應力混凝土連續剛構橋是指墩梁固結形成剛性整體的一種橋梁結構，主墩通常采用雙肢薄壁墩，以適應由于多次超靜定結構在溫度作用下的次內力。連續剛構橋因其支點連續負彎矩的卸載作用，增大了結構的跨越能力，在跨越100~300m 的范圍內，連續剛構橋是主要的競爭橋型。

大跨度剛構橋的跨越能力與其預應力息息相關，最關鍵的是預應力的張拉數量、張拉工藝。李一瑋依托某特大橋工程，研究剛構橋懸臂梁臨時張拉體外束，并對比了其它4 種臨時體外束方案[1]。寇新陽以臘八斤特大橋為研究對象，針對其豎向預應力5 種不同的布置形式進行對比分析，討論了主梁開裂的原因[2]。

本文以拉仁2 號高架大橋為依托工程，借助大型有限元分析軟件MIDAS FEANX，對比分析橫向預應力筋的3種張拉方案及其對主梁的受力影響。

1 工程概況

拉仁2 號高架大橋位于天峨經鳳山至巴馬段，橋梁全長279m，交角90°，跨徑為75+120+75 的預應力混凝土變截面連續剛構箱梁，其箱梁如圖1 所示。汽車荷載為公路一級，橋寬（凈-15.5+0.5+0.5）m。橋面采用8cm 厚瀝青混凝土橋面鋪裝，10cm 厚C50 混凝土現澆層。橋墩采用空心墩，橋臺采用樁柱式橋臺。梁高方程為1.8次拋物線，箱梁混凝土標號為C55，橫向預應力采用鋼絞線，規格為3Φ15.2，抗拉強度標準值為1860MPa，張拉控制應力為1395MPa。

圖1 支點及跨中斷面

根據該項目概況建立全橋實體有限元模型（見圖2所示），由于篇幅有限，故選取其中的0~4 號節段進行橫向預應力筋的張拉方案對比分析。主梁采用實體單元模擬，橋墩和0 號節段主梁采用剛性連接，荷載主要考慮自重和橫向預應力。

圖2 全橋實體有限元模型

2 橫向預應力分段立即張拉

為便于分析，劃分如表1 所示的施工節段，取4 個施工節段下A、B、C三點為研究對象。

表1 分段立即張拉施工節段的劃分

從第一施工節段到第四施工節段，每一節段分別立即張拉相對應梁段的橫向預應力筋，對0~4 號節段的A、B、C三點的應力進行統計，結果如圖3所示。

圖3 第4節段各點應力圖

由圖3 可以看出：A 點從第一施工節段到第四施工節段梁段起始端壓應力分別為：-2.187MPa、-2.186MPa、-2.138MPa、-2.171MPa；B 點從第一施工節段到第四施工節段梁段起始端壓應力分別為：-1.781MPa、-1.986MPa、-1.938MPa、-1.971MPa。A 點從第一施工節段到第四施工節段梁尾壓應力分別為-4.509MPa、-8.023MP、-8.043MP、-8.011MP；B 點從第一施工節段到第四施工節段梁尾壓應力分別為-3.721MPa、-5.823MPa、-5.843MPa、-5.811MPa。A 點壓應力絕對值分別增長了：-2.322MPa、-5.837MPa、-5.905MPa、-5.840MPa；B 點壓應力絕對值分別增長了：-1.940MPa、-3.837MPa、-3.905MPa、-3.840MPa。由此可以看出，分段立即張拉橫向預應力筋后，A 點的應力變化比B點要大。

對比第三、四節段與第二節段應力變化，可以看出應力傳遞的長度為一個梁段，即第N 個梁段橫向預應力的張拉僅對第N-1 個梁段的正應力有較大影響，當第N 個梁段的橫向預應力張拉后，第N-1 梁段的橫向正應力便趨于穩定，后續梁段橫向預應力的張拉對其基本無影響。

3 橫向預應力筋整體張拉及應力分布

橫向預應力的整體張拉是指在橋梁合攏后，再一次性張拉所有橫向預應力筋束的方法。計算時，為更加方便研究0#~3#梁段的橫向預應力張拉對相鄰梁段的受力影響，僅激活0~4#梁段及其對應的預應力束。A、B、C 點應力統計圖如圖4 所示。

圖4 A、B、C點應力統計

由圖4可知，對于各個節段，整體張拉橫向預應力時，各點應力變化不大，A~C 點最大應力分別為-7.289MPa，-3.529MPa、1.091MPa，A~C 點最小應力分別為-4.468MPa、-3.119MPa、0.901MPa。可以看出，A~C應力分布均勻，即整體張拉較分段式張拉應力分布均勻，無應力突出現象。

4 橫向預應力筋滯后張拉箱梁應力分析

滯后一個梁段張拉是指本節段懸臂澆筑后，再張拉前一梁段的橫向預應力筋。根據張拉方案，施工節段的劃分如表2 所示。按照表2 施工節段劃分進行橫向預應力筋的張拉，A、B、C 點在各施工節段的應力統計及3#節段應力云圖如圖5~圖10所示。

表2滯后張拉時施工節段的劃分

圖5 第一施工節段2#梁段應力圖

由圖5、圖7、圖9可知，滯后一個梁段張拉橫向預應力筋時，頂板橫向正應力在本梁段張拉時分布不均，橫向正應力沿著橋梁縱向逐漸減小。由圖6、圖8、圖10可知，下一個梁段的橫向預應力筋張拉后，本梁段的橫向正應力沿橋梁縱向的分布都比較均勻。與立即張拉時應力絕對值最大值為最小值的應力變化程度相比，N+1#梁段預應力筋張拉后N#梁段應力整體變得均勻。

圖6 第二施工節段2#梁段應力圖

圖7 第二施工節段3#梁段應力圖

圖8 第三施工節段3#梁段應力圖

圖9 第三施工節段4#梁段應力圖

圖10 第四施工節段4#梁段應力圖

5 結束語

在跨越高山、河谷等險要地段架設大跨度連續剛構橋，對其預應力的張拉工藝提出了較高的要求。從上述研究可以看出，不同的橫向預應力筋張拉工藝，對于梁體的應力分布有較大的影響。

（1）分段立即張拉橫向預應力筋后，對頂板應力分布的影響大于對腹板的影響。分段立即張拉應力的傳遞長度為一個梁段，第N+1#個梁段的預應力筋張拉后，第N#梁段的橫向正應力趨于穩定。

（2）全橋合龍后，再同步張拉全部橫向預應力筋，整體張拉與分段立即張拉相比，其優勢在于，應力分布均勻，無應力突變現象，但頂板最大壓應力值大于滯后張拉的最大壓應力值。

（3）三種橫向預應力筋的張拉工藝中，整體張拉和滯后張拉比分段張拉橫向正應力分布較為均勻。頂板最大壓應力值方面，滯后張拉壓應力最大值小于整體張拉。所以經綜合對比分析，對于大跨度預應力剛構橋的橫向預應力筋施工，較為合理的張拉工藝為滯后張拉。