預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)與施工
2010-02-08
隨著現(xiàn)代化步伐的加快，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正以前所未有的規(guī)模在全國展開，同時(shí)質(zhì)量問題越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是預(yù)應(yīng)力橋梁中的一種，它具有整體性能好、結(jié)構(gòu)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(diǎn)。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(yàn)，就近幾年施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工的幾個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行探討。
一、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的特點(diǎn)
眾所周知，普通混凝土框結(jié)構(gòu)由于跨度小、柱網(wǎng)密，無法滿足多種功能的需要，而預(yù)應(yīng)力可以有效解決以上問題。預(yù)應(yīng)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中更為經(jīng)濟(jì)。在張拉預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在承受外荷載前，預(yù)先對外荷載產(chǎn)生拉應(yīng)力部位的混凝土預(yù)加壓應(yīng)力，造成人為的壓應(yīng)力狀態(tài)，預(yù)加壓應(yīng)力可以抵消外荷載所引起的大部分或全部拉應(yīng)力，這樣在外荷載作用下混凝土拉應(yīng)力不大或處于受壓狀態(tài)，使混凝土結(jié)構(gòu)不開裂，提高結(jié)構(gòu)的剛度和結(jié)構(gòu)的耐久性。張拉法預(yù)應(yīng)力混凝土施工是在澆筑混凝土前張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，將其固定在臺(tái)座或鋼模上，然后澆筑混凝土，等混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度。保證預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土有足夠粘結(jié)力時(shí)放松預(yù)應(yīng)力鋼筋，借助預(yù)應(yīng)力筋的彈性回縮及與混凝土的粘結(jié)，使混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。同時(shí)其具有較強(qiáng)的變形恢復(fù)能力，抗震性能明顯高于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而且便于震后加固。值得注意的一點(diǎn)是，預(yù)應(yīng)力混凝土由于自重輕，照常理看含鋼量應(yīng)該少，但由于現(xiàn)在的設(shè)計(jì)水平問題，此部分并沒有減少，反而很多設(shè)計(jì)含鋼量大了，從而在很大程度上造成主體結(jié)構(gòu)成本增加。
二、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)
(一)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)的內(nèi)容
1.荷載。施工時(shí)的荷載條件中，預(yù)應(yīng)力荷載應(yīng)按扣除第一批預(yù)應(yīng)力損失后的有效應(yīng)力來確定；其他荷載應(yīng)根據(jù)施工階段可能的最不利荷載情況來定。而施工時(shí)的支撐條件應(yīng)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(jié)構(gòu)分析模型的支撐條件與荷載條件的選取。
2.極限設(shè)計(jì)。對預(yù)應(yīng)力板各截面進(jìn)行多種可能的荷載效應(yīng)組合的受彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)，計(jì)算時(shí)要考慮預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的次彎矩的影響。采用混合配筋設(shè)置非預(yù)應(yīng)力筋，提高結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的受力性能。對無粘編者按預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)結(jié)構(gòu)作補(bǔ)充設(shè)計(jì)，選取合適的荷載效應(yīng)值與材料參數(shù)，驗(yàn)算抵抗預(yù)應(yīng)力筋失效時(shí)連續(xù)倒塌所需的非預(yù)應(yīng)力筋用量。
(二)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)的步驟
1.進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置，選取恰當(dāng)?shù)牧W(xué)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(gòu)件的截面尺寸，并進(jìn)行內(nèi)力與組合效應(yīng)的計(jì)算。
3.主要根據(jù)桿件的彎矩分布圖形確定預(yù)應(yīng)力筋的索形，并按經(jīng)驗(yàn)用預(yù)應(yīng)力度法或平衡荷載法初步估算出所需要的預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)。
4.進(jìn)行預(yù)應(yīng)力損失和次應(yīng)力的計(jì)算，驗(yàn)算預(yù)應(yīng)力和撓度控制限值以及正常使用階段的結(jié)構(gòu)性能。
5.按計(jì)算的各項(xiàng)控制結(jié)果，選擇需要變動(dòng)的參數(shù)進(jìn)行修改，再重新計(jì)算。
6.根據(jù)選定的預(yù)應(yīng)力筋方案計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力，按承載能力要求補(bǔ)充普通鋼筋用量，按預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際方案及普通鋼筋的實(shí)際配筋直徑與根數(shù)，計(jì)算允許開裂的控制截面的裂縫寬度及構(gòu)件的撓度。
三、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的主要施工方法
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的發(fā)展與其施工方法密切相關(guān)。不同的施工方法對連續(xù)梁橋的內(nèi)力會(huì)產(chǎn)生較大影響，從而影響其構(gòu)造設(shè)計(jì)。
(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(shè)支架，然后在支架上安裝模板，綁扎及安裝鋼筋骨架，預(yù)留孔道，并在現(xiàn)場澆筑混凝土與施加預(yù)應(yīng)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?yàn)榻煌ú槐愕倪呥h(yuǎn)地區(qū)采用。隨著橋梁結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展，出現(xiàn)一些變寬的異形橋、彎橋等復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu)，又由于近年來臨時(shí)鋼構(gòu)件和萬能桿件系統(tǒng)的大量應(yīng)用，在其他施工方法都比較困難或經(jīng)過比較施工方便、費(fèi)用較低時(shí)，也有在中、大跨徑橋梁中采用滿堂支架施工方法。預(yù)應(yīng)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(dá)到所要求的強(qiáng)度后，拆除部分模板，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉、管道壓漿工作。至于何時(shí)可以落架，則應(yīng)與施工程序和預(yù)應(yīng)力筋的張拉工序相配合。
(二)預(yù)制簡支－連續(xù)施工法
預(yù)制簡支－連續(xù)施工又稱先簡支后連續(xù)施工法。其程序?yàn)椋侯A(yù)制簡支梁，分片進(jìn)行預(yù)制安裝，預(yù)制時(shí)按預(yù)制簡支梁的受力狀態(tài)進(jìn)行第一次預(yù)應(yīng)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(jìn)行第二次預(yù)應(yīng)力筋的張拉錨固，進(jìn)而完成一聯(lián)預(yù)應(yīng)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(yù)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(yù)應(yīng)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(diǎn)與懸臂施工法建造預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)臨時(shí)固結(jié)的措施，待懸臂施工結(jié)束、相鄰懸臂端連接成整體并張拉了承受正彎矩的下緣預(yù)應(yīng)力筋后，再卸除固結(jié)措施，使施工中的懸臂體系轉(zhuǎn)換成連續(xù)體系。
(四)移動(dòng)式模架逐孔施工法
移動(dòng)式模架逐孔施工法是近年來以現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)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(gòu)思是：將機(jī)械化的支架和模板支承在長度稍大于兩跨、前端作導(dǎo)梁用的承載梁上，然后在橋跨內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)澆施工，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后脫模，并將整孔模架沿導(dǎo)梁前移至下一澆筑橋孔加些有節(jié)奏地逐孔推進(jìn)直至全橋施工完畢。尚須指出，移動(dòng)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。
