淺析預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋

張雄　王文杰　柏學清　韓曉華

摘 要：改革開放以來，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在全國開展的如火如荼，其規(guī)模也是前所未有。我國地域遼闊，河流眾多，橋梁建設(shè)顯得異常重要。橋梁有很多種，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁則算是最有發(fā)展前景的一種?，F(xiàn)在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁在城市公路、鐵路橋梁等各項工程中得到了廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：混凝土連續(xù)橋梁；性能；預(yù)應(yīng)力

1預(yù)應(yīng)力混凝土定義

為了避免鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫過早出現(xiàn)，充分利用高強度鋼筋及高強度混凝土，在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件受荷載作用前，對受拉區(qū)混凝土提前施加壓力后的混凝土就是預(yù)應(yīng)力混凝土。預(yù)壓應(yīng)力用來減小或抵消荷載所引起的混凝土拉應(yīng)力，從而將結(jié)構(gòu)構(gòu)件的拉應(yīng)力控制在較小范圍，甚至處于受壓狀態(tài)，以推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，從而提高構(gòu)件的抗裂性能和剛度。

1.1預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋

過去很多橋梁用的都是普通鋼筋混凝土材料。但是普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)存在很多缺點：比如它很容易出現(xiàn)裂縫，所以它不能承受高強度負荷。若要解決裂縫影響，就需要采用高強度材料，但這樣會使橋梁自重過大，這樣會影響橋梁的跨越能力，也會造成材料的浪費。

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)就是伴隨著這些問題應(yīng)運而生的。它是在結(jié)構(gòu)承擔荷載之前，預(yù)先對混凝土施加壓力。通過這種方式抵消外載荷作用下混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力。因此預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁具有受荷載影響變形小、結(jié)構(gòu)受力性能好、產(chǎn)生的伸縮縫減少、造型更加簡潔、抗動力擾動能力強、行車平順舒適、養(yǎng)護工程量小等特點。

1.2預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)發(fā)展過程

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁最早出現(xiàn)在二戰(zhàn)前后西歐的一些國家，當時這些國家在二戰(zhàn)后急缺鋼材。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)就是用來代替部分鋼結(jié)構(gòu)，緩解鋼的緊缺。我國預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)起步相對較晚。但是改革開放以來得到了飛速發(fā)展。我國現(xiàn)已經(jīng)具有了有關(guān)簡支梁、帶鉸或帶掛梁的T構(gòu)、連續(xù)梁、桁架拱、桁架梁和斜拉橋等預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)和較為完善的體系。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)短短80多年的發(fā)展中，在橋梁結(jié)構(gòu)方面，隨著預(yù)應(yīng)力理論的不斷成熟和不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的實踐運用必將越來越廣泛。

1.3連續(xù)梁的優(yōu)缺點

連續(xù)梁優(yōu)點：在恒定荷載的作用下，連續(xù)梁位于支點處的有卸載作用的負彎矩，可以減小跨中正彎矩，使得在彎矩方面性能與同跨懸臂梁相近；然而與懸臂梁相比，即使連續(xù)梁有活載作用，由于梁連續(xù)產(chǎn)生支點負彎矩對跨中正彎矩仍有卸載作用，依然是懸臂梁的彎矩分布無法比擬的。連續(xù)梁優(yōu)點眾多，不過由于當時施工主要采用滿堂支架法，采用連續(xù)梁費工費時，最初它并不是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系中的首選。之后隨著懸臂施工方法的進一步發(fā)展和實踐使用，連續(xù)梁在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中得到了極快發(fā)展。60年代初期逐跨架設(shè)法與頂推法就用在了中等跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁中；而在較大跨連續(xù)梁中，用的則是更完善的懸臂施工方法，這連續(xù)梁方案重新發(fā)展，并且成了在40～200米范圍內(nèi)的首選。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系在城市橋梁、高架道路、山谷高架棧橋，以及跨河大橋，憑借其優(yōu)勢，成為首選方案。

然而，由于大跨度連續(xù)梁所需要的巨型支座，對于結(jié)構(gòu)的設(shè)計，和養(yǎng)護修繕方面存在諸多困難；而T型鋼架結(jié)構(gòu)則無需支座，良好的結(jié)合兩種結(jié)構(gòu)使用，可以形成一種連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系。能夠綜合多種結(jié)構(gòu)優(yōu)點的連續(xù)梁體系必然是連續(xù)梁的主要發(fā)展。

2預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋使用過程中存在的主要問題

由于預(yù)應(yīng)力混凝土生產(chǎn)工藝和材料的固有特性等原因，預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力值從張拉、錨固直到構(gòu)件安裝使用的整個過程中不斷降低。這種降低的應(yīng)力值，稱為預(yù)應(yīng)力損失。

①錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失；

②預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失；

③混凝土加熱養(yǎng)護時，受張拉的鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間溫差引起的損失；

④鋼筋應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失；

⑤混凝土的收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失；

⑥用螺旋式預(yù)應(yīng)力鋼筋作配筋的 環(huán)形構(gòu)件由于混凝土的局部擠壓引起的預(yù)應(yīng)力損失。預(yù)應(yīng)力有損失，一般不會完全消失，損失一部分后會降低預(yù)應(yīng)力的效果，影響構(gòu)件的抗裂性能。

在預(yù)應(yīng)力混凝土在大跨徑連續(xù)梁橋的實際工程中，容易出現(xiàn)其主要問題是箱梁混凝土出現(xiàn)了不同性質(zhì)的裂縫。這些裂縫大部為受力裂縫，寬度較大。為保證橋梁能夠安全使用并保證結(jié)構(gòu)的耐久性，前人已經(jīng)對裂縫的形成有過較為系統(tǒng)的分析。通過對其結(jié)論的認識提高對裂縫問題的重視，應(yīng)對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的設(shè)計、施工、管理和監(jiān)理工作中可能遇到的問題。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)中裂縫形成的原因：

①在主橋總體設(shè)計中，跨徑比例、箱梁截面尺寸的擬定不合理；

②結(jié)構(gòu)設(shè)計抗彎剪能力不足；

③對由預(yù)應(yīng)力鋼束引起的附加力估計不足；

④對溫度應(yīng)力重視不夠；

⑤施工質(zhì)量不好、其中包括混凝土澆筑與養(yǎng)生；施工順序與施工精度；預(yù)應(yīng)力鋼來的保護層厚度達不到設(shè)計要求；支架與模板變形過大；預(yù)應(yīng)力張拉力不足；灌漿不及時或其他質(zhì)量問題等。

⑥材料質(zhì)量——如混凝土的水泥及骨料品種、材料級配及計量誤差等問題。

3預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的裂縫問題對策

①表面收縮裂紋。解決辦法：加強養(yǎng)護；

②由于混凝土強度不足，造成錨下裂紋。解決辦法：加強混凝土施工控制，保證混凝土強度符合設(shè)計要求；另外，要保證混凝土強度達到設(shè)計要求的強度指標后，再張拉。

③由于張拉力不足，造成使用中開裂。解決辦法：加強張拉控制，保證張拉力符合設(shè)計要求。

④由于存放時間過長，上拱度過大，造成上表面開裂。解決辦法：即時張拉，即時使用。

⑤縱向分布的鋼筋以及受力鋼筋，特別是箍筋對結(jié)構(gòu)的抗剪、斜截面強度和主拉應(yīng)力的性能有較大提升。箍筋的套箍作用對于采用高強度混凝土情況的結(jié)構(gòu)施工有重要影響。

改革開放以來，我國雖然在設(shè)計、施工、預(yù)應(yīng)力材料和設(shè)備上都已經(jīng)超過國際平均水平。但還是與國際先進水平有些差距。我們需要不斷總結(jié)經(jīng)驗、吸取教訓(xùn)、努力學習國外的先進技術(shù)，在設(shè)計理論、設(shè)計規(guī)范、預(yù)應(yīng)力材料和施工技術(shù)上不斷完善、不斷發(fā)展、勇于創(chuàng)新。

參考文獻：

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[3]李堅.上海預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的發(fā)展.′95預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁和剛構(gòu)橋?qū)W術(shù)會議論文集.上海：同濟大學出版社，1995

（作者單位：武漢科技大學理學院）