横张预应力混凝土连续梁桥的探索与实践 - 图文

重庆交通学院硕士学位论文 2002年3月

的后张法就可使预制构件成为连续构件，但需要较大吨位的千斤顶设备，对于连续性要求不是很高的中小跨结构较为适合。

2) 同方法1一样预留有预应力束；安装合适的托架，在梁的顶部和底部设置支撑，以便预应力束在张拉时构件端部位置保持不变；用联接器将预应力束连接并张拉，待浇完接缝混凝土并达到所要求的强度后，移去定位支撑、托架和其他临时设施，接缝混凝土相应地获得预压应力。该技术仅需较小吨位的千斤顶和扳手等设备，对张拉工艺没有严格要求，但是，需要较多的托架设备，且要等到预应力束完全粘结后才能放松张拉，施工过程稍长一些。方法1和2已获得美国内布拉斯加州公路局的认可。方法1已经通过试验验证，方法2在该州林肯市一座人行天桥设计中得以应用[4]。

3) 福州大学提出了整体性更强的先简支后连续的结构形式[5]。其做法是浇注接缝处混凝土并达到设计强度后，张拉布置在支座区域上缘的预应力束，使其形成连续体系。这种做法由于施加的预应力范围较长，是一种较完整的预应力混凝土结构，在荷载作用下桥梁上部结构的整体协调性能好，因此，在后期外荷载作用下，其结构连续性更佳。

4) 恒载简支、活载连续、支点不转换的连续梁桥[6]。其做法为按简支梁施工，安放有两个支座，待浇注完接缝混凝土并达到所要求的强度后，结构体系就直接转化为连续梁。这种结构体系与先安放两个临时支座，然后转化为—个永久支座相比，不但施工方便，而且支座处负弯矩呈平台状，没有常见的峰值，对接缝混凝土的耐久性有利，值得推荐。 ④ 顶推法[1]

顶推法施工是在桥台后方沿桥轴方向开辟预制场地，分节段预制梁体，通过纵向预应力筋连成整体，然后借助千斤顶设备、不锈钢板与聚四氟乙烯特制的滑板，将梁体逐段向对岸顶进，就位后落架，更换支座完成施工过程。自从1962年西德F.Leonhardt博士创造并用顶推法建成了Caroni河桥后，顶推法为预应力混凝土桥开创了一种新的无支架施工技术。采用顶推法施工宜选用等截面直线连续梁桥，跨径在30至60m范围内（最大可达160m）。在城市桥梁中，场地狭小，不能中断交通，噪音要小，顶推法是较好的一种施工方法。

一旦顶推就位后，其结构体系就是连续梁，但在施工过程中，随着梁体的逐跨推进，结构体系不断发生变化，截面所承受的弯矩正负交替出现，内力一直在改变。从施工弯矩包络图可以看出，最大正弯矩在顶推前进方向的最后一跨，而最大负弯矩在该跨的左支点附近，后面区段基本平缓。每个截面都要经历这样的力学过程。

顶推法施工的连续梁，预应力束配置由施工过程和使用阶段的内力包络图共

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同决定。前者要求预应力束接近截面形心高度，后者要求结构曲线配束。为简单起见，主梁一般配置三种预应力束：先期临时束（直短束）、先期永久束（直短束）和后期束（曲线束）。在施工过程中，预应力束要分批分期张拉、锚固、灌浆，临时束张拉到位后要拆除，永久束需要用联接器接长。

该法的缺点是需要庞大的顶推施工设备和技术成熟的专业队伍；顶推方法和施工组织协调需要专门研究；预应力束的布置在很大程度上由施工需要决定，需要根据施工过程精心布置预应力束；预应力束分批分期张拉的位置和吨位大小以及组织协调等问题要形成周密的方案。在我国，顶推法施工的连续梁取得了一定的经验，但仍属于初级阶段。 ⑤ 无粘结预应力混凝土连续梁桥

目前25m以下的空心板通常采用先张法施工，需要庞大的张拉台座，现实中施工点较分散，现场制作困难，将无粘结预应力技术应用于中小跨度的梁板桥是具有竞争力的。预应力筋可以按曲线形状布置，采用后张法现场施工，比较灵活。我国在蒲江驭仙桥、蒲江雷河桥、遂宁嘉禾桥及北京紫竹立交桥等连续梁中采用该技术[7] [9]。同时，该技术存在一些不尽人意之处，影响着无粘结预应力技术的推广与应用，其一是由于预应力筋和混凝土之间存在滑动，预应力筋的应变是沿力筋全长分配，因此极限承载力状态时平截面假定不能成立；其二是在结构破坏阶段力筋不能发挥抗拉强度，对混凝土的裂缝不能起抑制分散作用，与有粘结梁相比，无粘结梁的极限抗弯强度要低10%以上；其三是力筋的防腐、锚具的可靠性问题很重要。

值得一提的是，西德杜塞尔多夫市1986年建成的Ulenbergstrasse桥和柏林市Marienfelde区1988年建成的一座双T梁两跨人行天桥[8]采用E型玻璃纤维和一种聚酯树脂复合而成的材料作无粘结预应力筋，外面涂以聚酰胺，防止机械损坏或化学腐蚀，是一个很好的创新。另外，它借助于光导纤维传感器和钢丝传感器，监测每根预应力束的应力状况，这样，混凝土结构就像有机体那样，任何部位的应力状态能即时检测出来，混凝土结构具有智能特征，这或许可以看作混凝土结构未来的一个发展方向。

⑥ 体外预应力混凝土连续梁桥

[1]

将体外预应力混凝土技术应用于连续梁桥就产生了这种桥型。它最早由德国工程师Dischinger在1934年取得专利。美国的Long Key桥和科威特的Bubiyan桥是体外布筋的典型代表。与传统的体内布筋PC桥梁相对，体外力筋PC桥具有以下优点：a.不需要预留孔道，腹板及翼板厚度减小；b. 预应力筋替换、主梁加固改造方便；c. 在活载作用下，预应力筋中的应变值由梁体的挠曲变形决定，结构上没有特别危险截面，耐疲劳性能较好。但也有一些问题尚待进一步研究解决：

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a.体外预应力筋在活载作用下的振动问题；b.体外力筋锚固处及转向块处的应力集中；c. 体外力筋受力后的应变值不等于截面上混凝土的应变，而是体外力筋相邻锚固点之间梁体整体变形的函数，因此，结构极限承载能力难以评价。一般地，体外预应力PC梁比有粘结体内预应力PC梁的承载能力要低20—30％，一般采用部分预应力理论进行设计。

连续梁桥的预应力束布置一般为折线型，有单纯型和混合型两种，后者指体外力筋和体内力筋混用。此外，预应力束的布置与连续梁桥的预制架设工艺联系在—起。施工方法一般有分段预制、一跨内桁架组拼，分段顿制、整孔吊装分段预制，悬臂拼装和顶推法几种。因此，除永久束外，还需要大量的临时束。在施工过程中，每拼装一段，永久束和临时束都需要接长。力学性能的不尽完美和施工工艺的复杂使得该桥型没有广泛被应用，在我国还处于试验阶段，但在加固方面运用得较为成功。

⑦ 预弯复合连续梁

[10]

预弯复合梁也叫钢—混预弯预应力组合梁,是对一根屈服强度较高且具有一定预拱度的I字形钢梁施加竖向荷载（钢梁下翼缘处于受拉状态），浇筑下翼缘混凝土，即Ⅰ期混凝土，待混凝土达到预定强度后，卸除荷载，钢梁将回弹，第一期混凝土借助钢梁的弹性恢复获得预压应力，最后浇筑上翼缘和腹板的混凝土（即Ⅱ期混凝土）形成预弯复合梁。预弯复合梁同样可以用于连续梁中，其制作流程为：a.将连续梁在零弯矩截面处分段，跨中段为预弯复合梁，支座区段为普通钢筋混凝土梁，按简支梁方法制作完成；b.将预弯复合梁和普通钢筋混凝土梁吊装到位，用高强螺栓连接起来（干接头）；c.在接头处的钢梁的下缘补浇高强混凝土（Ⅰ期混凝土）；d.待Ⅰ期混凝土达到设计强度以后，在钢梁上翼缘和腹板两侧浇注Ⅱ期混凝土。在桥梁结构中，上翼缘混凝土一般作成叠合层面板。

从制作流程可以看出，该工艺既需要预制梁，又需要现浇混凝土；既需要一定吨位的吊装设备，又需要现场拌合浇注混凝土的设备；既用到高强钢材，又用到普通钢筋；既有普通混凝土，又有高强混凝土。它虽然是一种实现连续梁的工艺，但因用钢量大，制作工艺复杂，需要庞大的预加载设备，占用周期较长等缺点，在钢产量有限的大多数国家和地区尚难以得到推广应用。

⑧ PFRC梁在连续桥的应用

[11] [12]

PFRC梁(即预弯预应力柔性钢筋砼梁, 中国专利号ZL 94 2 27201.3)系周志祥教授据预弯复合梁原理提出的一种新的预应力砼梁。PFRC梁是通过在钢筋砼梁受载条件下二次浇注受拉边翼缘砼来代替常规预应力砼中的张拉预应力工艺, 使后浇翼缘砼借助卸载时梁内主筋的弹性恢复获得所需要的预应力。

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简支梁的受力特点是梁体下缘受拉，在该处设置预留槽口和浇注砼，施工较为困难，难以达到预期的效果。但是，若将PFRC梁原理用在负弯矩区段却是一个巧妙的创意，因为负弯矩区段的受拉翼缘在顶面，各种施工工艺都好进行。这种方法可以说是简支梁的作法的逆向思维，施工却更简单。位于四川省永川市境内的通兴桥即是一例[11]。本桥为二跨连续斜梁桥, 2323.40m，横断面由四片现浇砼T型梁构成。设计中利用梁端沉降和调整主梁刚度, 着意减小了正弯矩梁段的长度及弯矩峰值, 增大了负弯矩梁段的长度及弯矩峰值, 故在正弯矩梁段按普通钢筋砼梁设计, 避免了在下翼缘进行二次浇注砼, 在负弯矩梁段按PFRC梁设计。预加载下情况下，主梁顶面的二次浇注砼与桥面铺装砼同期进行施工, 施工方法和普通钢筋砼梁相近。该梁通过简单的施工技术在混凝土中建立了预应力，方法很有创意，同时节省了大量钢材并增强了桥梁的使用性能。此外，PFRC梁在四川省德阳市旌湖大桥（外倾式斜腿刚架桥主梁）、名山县民生桥（三跨连续梁桥）上成功应用，表明在工程实践中切实可行, 并取得了明显的技术经济效益。

综上所述，连续梁桥的预应力束布置和力学性能与施工工艺密切相关。可以说，连续梁各种施工工艺呈现出异彩分呈的态势，施工工艺应因地制宜地取舍，很难得到一个统一的模式，但就类别而言，每种施工工艺都有其独特的优势，欲求得全面兼顾良好的使用性能、用料的经济性和施工的简易性的预应力混凝土连续梁结构尚需人们做出不懈的努力。横张预应力技术在连续梁中的运用即是一次有益的尝试。

1.3 横张预应力砼连续梁的提出

横张预应力技术是重庆交通学院周志祥教授率先提出并研制成功的一项预应力新工艺。它在预弯预应力钢筋砼梁的基础上对张拉锚固方式、后浇混凝土的施工等方面作了较大的改进，其基本原理为：在梁体的中段，预应力筋与混凝土完全分离，力筋两端伸入混凝土中利用粘结力锚固，借助横向张拉力筋对梁体施加竖直向上的力，从而使张拉侧的混凝土获得所需的预压应力。

迄今为止，横张预应力混凝土技术在T型梁、箱型梁、空心板桥三座常规跨径简支梁桥中得以成功应用（见表1.1），先后完成了简支梁桥的设计理论、受载性能试验研究、桥梁长期性能的远程智能动态监测的研究，并取得了显著的技术经济效益。为拓宽横张预应力技术的应用范围，将其由简支梁桥推广应用到更大跨度的连续梁桥中，就显得尤为必要了。从上节的讨论可知，现有的各种预应力工艺在连续梁桥中都作过这样或那样的尝试和探索，其中不乏成功的实例和有益的经验。横张预应力技术作为一项预应力新工艺，有其显著的技术特点，将其运