預應力混凝土連續(xù)梁橋的設計與施工
2010-02-08
隨著現(xiàn)代化步伐的加快，我國基礎設施建設正以前所未有的規(guī)模在全國展開，同時質(zhì)量問題越來越成為人們關注的焦點。預應力混凝土連續(xù)梁橋是預應力橋梁中的一種，它具有整體性能好、結構剛度大、變形小、抗震性能好，特別是主梁變形撓曲線平緩，橋面伸縮縫少，行車舒適等優(yōu)點。上述種種因素使得這種橋型在公路、城市和鐵路橋梁工程中得到廣泛采用。在連續(xù)梁橋的施工方法中，常用的有滿堂支架法、懸臂法、頂推法、先簡支后連續(xù)等施工方法，筆者根據(jù)自身的經(jīng)驗，就近幾年施工的預應力混凝土連續(xù)梁橋結構優(yōu)化設計與施工的幾個關鍵因素進行探討。
一、預應力混凝土連續(xù)梁橋的特點
眾所周知，普通混凝土框結構由于跨度小、柱網(wǎng)密，無法滿足多種功能的需要，而預應力可以有效解決以上問題。預應力混凝土能充分發(fā)揮材料的效能，在相同條件下，它比普通鋼筋混凝土構件截面小，重量輕、剛度大，抗裂性和耐久性好，能有效地控制結構的撓度(甚至無撓度)，節(jié)約鋼材40％～50％，節(jié)約混凝土20％～40％，特別在大跨度結構中更為經(jīng)濟。在張拉預應力連續(xù)梁橋結構中，結構構件在承受外荷載前，預先對外荷載產(chǎn)生拉應力部位的混凝土預加壓應力，造成人為的壓應力狀態(tài)，預加壓應力可以抵消外荷載所引起的大部分或全部拉應力，這樣在外荷載作用下混凝土拉應力不大或處于受壓狀態(tài)，使混凝土結構不開裂，提高結構的剛度和結構的耐久性。張拉法預應力混凝土施工是在澆筑混凝土前張拉預應力鋼筋，將其固定在臺座或鋼模上，然后澆筑混凝土，等混凝土達到規(guī)定強度。保證預應力鋼筋與混凝土有足夠粘結力時放松預應力鋼筋，借助預應力筋的彈性回縮及與混凝土的粘結，使混凝土產(chǎn)生預壓應力。同時其具有較強的變形恢復能力，抗震性能明顯高于普通鋼筋混凝土結構，而且便于震后加固。值得注意的一點是，預應力混凝土由于自重輕，照常理看含鋼量應該少，但由于現(xiàn)在的設計水平問題，此部分并沒有減少，反而很多設計含鋼量大了，從而在很大程度上造成主體結構成本增加。
二、預應力混凝土連續(xù)梁橋的設計
(一)預應力混凝土連續(xù)梁橋設計的內(nèi)容
1.荷載。施工時的荷載條件中，預應力荷載應按扣除第一批預應力損失后的有效應力來確定；其他荷載應根據(jù)施工階段可能的最不利荷載情況來定。而施工時的支撐條件應考慮施工方案的具體情況來定，模板周轉(zhuǎn)情況影響施工階段的結構分析模型的支撐條件與荷載條件的選取。
2.極限設計。對預應力板各截面進行多種可能的荷載效應組合的受彎強度設計，計算時要考慮預應力產(chǎn)生的次彎矩的影響。采用混合配筋設置非預應力筋，提高結構在地震作用下的延性和能量吸收，可有效分散受拉區(qū)裂縫，改善結構的受力性能。對無粘編者按預應力砼連續(xù)結構作補充設計，選取合適的荷載效應值與材料參數(shù)，驗算抵抗預應力筋失效時連續(xù)倒塌所需的非預應力筋用量。
(二)預應力混凝土連續(xù)梁橋設計的步驟
1.進行結構布置，選取恰當?shù)牧W模型。
2.根據(jù)工程的具體情況，選擇合適的橋梁高跨比，初步選定構件的截面尺寸，并進行內(nèi)力與組合效應的計算。
3.主要根據(jù)桿件的彎矩分布圖形確定預應力筋的索形，并按經(jīng)驗用預應力度法或平衡荷載法初步估算出所需要的預應力筋根數(shù)。
4.進行預應力損失和次應力的計算，驗算預應力和撓度控制限值以及正常使用階段的結構性能。
5.按計算的各項控制結果，選擇需要變動的參數(shù)進行修改，再重新計算。
6.根據(jù)選定的預應力筋方案計算預應力筋的極限應力，按承載能力要求補充普通鋼筋用量，按預應力筋的實際方案及普通鋼筋的實際配筋直徑與根數(shù)，計算允許開裂的控制截面的裂縫寬度及構件的撓度。
三、預應力混凝土連續(xù)梁橋的主要施工方法
預應力混凝土連續(xù)梁橋的發(fā)展與其施工方法密切相關。不同的施工方法對連續(xù)梁橋的內(nèi)力會產(chǎn)生較大影響，從而影響其構造設計。
(一)整體現(xiàn)澆施工法
整體現(xiàn)澆施工通常一聯(lián)為整體澆注混凝土而成。首先搭設支架，然后在支架上安裝模板，綁扎及安裝鋼筋骨架，預留孔道，并在現(xiàn)場澆筑混凝土與施加預應力的施工方法。由于施工需用大量的模板支架，一般用于中小跨徑的橋或為交通不便的邊遠地區(qū)采用。隨著橋梁結構形式的發(fā)展，出現(xiàn)一些變寬的異形橋、彎橋等復雜的混凝土結構，又由于近年來臨時鋼構件和萬能桿件系統(tǒng)的大量應用，在其他施工方法都比較困難或經(jīng)過比較施工方便、費用較低時，也有在中、大跨徑橋梁中采用滿堂支架施工方法。預應力混凝土連續(xù)梁橋需要按一定的施工程序完成混凝土的現(xiàn)場澆筑，待混凝土達到所要求的強度后，拆除部分模板，進行預應力筋的張拉、管道壓漿工作。至于何時可以落架，則應與施工程序和預應力筋的張拉工序相配合。
(二)預制簡支－連續(xù)施工法
預制簡支－連續(xù)施工又稱先簡支后連續(xù)施工法。其程序為：預制簡支梁，分片進行預制安裝，預制時按預制簡支梁的受力狀態(tài)進行第一次預應力筋的張拉錨固，安裝完成后經(jīng)調(diào)整位置，澆筑墩頂接頭處混凝土，更換支座，進行第二次預應力筋的張拉錨固，進而完成一聯(lián)預應力混凝土連續(xù)梁的施工。簡支－連續(xù)施工方法亦存在體系轉(zhuǎn)換。體系轉(zhuǎn)換方法一般有以下三種：
1.從一端起依次逐孔連續(xù)，即先將第一孔與第二孔形成兩跨連續(xù)梁，然后再與第三孔形成三跨連續(xù)梁，依此類推，形成一聯(lián)連續(xù)。
2.從兩端起向中間依次逐孔連續(xù)。
3.從中間孔起向兩端依次逐孔連續(xù)，如遇長聯(lián)，可按上述三種方法靈活綜合選用。顯然，不同的體系轉(zhuǎn)換方法所產(chǎn)生的混凝土徐變二次力及預加力產(chǎn)生的二次力是不同的。
(三)懸臂施工法
用懸臂施工法建造預應力混凝土連續(xù)梁橋，分懸澆和懸拼兩種，其施工程序和特點與懸臂施工法建造預應力混凝土懸臂橋基本相同。在懸臂或拼澆過程中，要采取使上、下部結構臨時固結的措施，待懸臂施工結束、相鄰懸臂端連接成整體并張拉了承受正彎矩的下緣預應力筋后，再卸除固結措施，使施工中的懸臂體系轉(zhuǎn)換成連續(xù)體系。
(四)移動式模架逐孔施工法
移動式模架逐孔施工法是近年來以現(xiàn)澆預應力混凝土橋梁施工的快速化和省力化為目的發(fā)展起來的。它的基本構思是：將機械化的支架和模板支承在長度稍大于兩跨、前端作導梁用的承載梁上，然后在橋跨內(nèi)進行現(xiàn)澆施工，待混凝土達到一定強度后脫模，并將整孔模架沿導梁前移至下一澆筑橋孔加些有節(jié)奏地逐孔推進直至全橋施工完畢。尚須指出，移動式模架逐孔施工法不僅用來建造連續(xù)梁橋，同樣也往往用來修建多孔簡支梁橋。
