预应力混凝土技术在连续梁桥施工中的应用

赵雪菲

摘 要：预应力砼结构较普通钢筋结构不仅用料省，且使用性能好，但其施工工艺复杂，技术要求甚高，在一定程度上阻碍了预应力的进一步发展和推广应用。为简化预应力砼的施工工艺人们曾进行多方面的努力，经过近几年的施工经验，现通过试验，将其在施工中应注意的一些情况进行个人总结。

关键词：预应力混凝土技术；连续桥梁

1 试验研究简况

1.1试验梁的制作

第一批试验梁共5片，用于短期静载试验，其中4片为PFRC梁，余下的一片为与之比较，钢筋砼梁（一次浇成，不作预加载处理），编号为RCL10-00.0。在PFRC先浇梁体中，以高5cm，厚2-3cm的楔形木板形成预留槽口，在预加载条件下4片PF梁的纯弯段及其附近区域内每一个预留槽口的顶端都对应有一条裂缝（其宽度<.04cm），在两相邻预留槽口之间未发现新的裂缝产生，表明预留槽口达到了人为控制裂缝出现的位置及间距的目的，对梁下缘砼表面进行打毛后绑扎受拉翼缘构造钢筋（纵筋和插入式马蹄箍筋），用高流动性普通水泥砼（坍落度10cm）灌注受拉翼缘砼，并对此砼加强养护、直到卸除预加载时均未发现后浇砼表面有收缩裂缝产生。

1.2试验方法

本次试验的目的在于考查梁通过预加载条件下二次浇筑受校边翼缘砼的处理，是否能够达到推迟开裂和提高梁的抗弯钢度效果，为此开裂荷载和梁的变形成为试验观测的重要内容。同时考虑到工程实践中多数结构都承受循环荷载的作用，故首先对每片梁进行三次静力循环加载试验，借以获取一些梁在多次重复荷载下的试验数据，之后即对梁继续加载至破坏。

1.3梁的开裂

5片试验梁的第一条裂缝均为弯曲裂缝。PCL10-0.0在第一静载的第2.5级荷载下即在跨中下缘位置产生第一条裂缝。其宽度为0.01mm，高度为3cm，其余各梁（PFRC梁）的下翼缘在前二次静力加载、卸载的过程中均未发现裂缝，第一条裂缝均在第三次加载下产生，其宽度为0.02-0.03mm，高度2-3cm，试验表明，PF梁下翼缘第一条裂缝出现的位置与先浇梁体预留槽口的位置并无必然的联系。不难得到PFRC梁的抗裂弯Mf为：

Mf=My+Rr1Wox（1）

其中：My为预加载产生的弯矩；r为塑性影响系数；Wox为扣除梁腹已裂部分的换算截面对受控边缘的抵抗矩；R1为下缘硷的抗拉强度。

试验表明，梁的实测抗裂弯矩与按（1）式得到的计算相吻合，从而在理论和试验两方面都证实了：通过预加载条件下二次浇筑受拉边翼缘砼的处理后的梁，可以推迟受控翼缘砼的开裂至希望程度。

1.4梁的挠度

PCL梁在第一次静力加载后的残余挠度数值因故未获得，在第二次静载后测得残余挠度为0.18cm（不包含第一次静载后残余挠度），据结构承受静力循环荷载的一般规律可以推知，其第一次静载后的残余挠度将大于0.18cm，该梁在第二次静载时各级荷载的挠度较第一次静载时对应的挠度值有大幅度的增加，第三次静载的挠度亦大于第一次挠度，说明该梁的弹性恢复能力较差，此为PC梁的一大缺点，而4根PF梁在第一次静载后的残余挠度均在0.10-0.08cm，第二次卸载至0后几乎未发现新的残余挠度产生。且三次静载在各级荷载对应的挠度无明显差异，表明PF梁在下翼缘开裂前具有较强的弹性恢复能力，即具有常规预应力砼梁的特點。

2 应注意的一些情况

通过实验，我们应该在施工中应注意的一些问题：

2.1跨径比

一般情况下，为使边跨正弯矩和中支点负弯矩大致接近的原则，以使布束更趋合理，构造简单，故L1/L2=0.239～0.692是常见的边、主跨的跨径比范围，当L1/L2≤0.419时，边跨则需压重，应属于非常规的特殊处理；大都L1/L2=0.54～0.58则较合理，这将有可能在边跨悬臂端用导梁支承于端墩上合拢边跨，取消落地支架。

2.2梁高

主跨箱梁跨中截面的高跨比h0≈（1/46.2～1/86）L2，通常为（1/54～1/60）L2，在箱梁根部的高跨比h1≈（1/15～1/20.6）L2，大部分为（1/18）L2左右。

目前在国际上有减少主梁高跨比的趋势，已建成的挪威stolma桥和Raftsundet桥，在跨中区段采用了轻质砼，减轻了自重，减小了主梁高跨比，其跨中h0≈1/86·L2和1/85.1·L2，根部高度分别为h1=1/20.1·L2和1/20.6·L2。一般情况下，可采用2次抛物线的梁底变高曲线，但往往会在1/4·L2和1/8·L2处的底板砼应力紧张，且在该截面附近的主拉应力也较紧张，因而，可将2次抛物线变更为1.5～1.8次方的抛物线更合理。

2.3顶板厚度

以往通常采用28cm，近年来已趋向于减少为25cm，这显然与箱宽和施工技术有关。

2.4底板厚度

以往通常采用32cm（跨中），逐渐向根部变厚，少数桥梁已开始采用28-25cm者，其厚跨比通常为（1/140～1/160）L2，也有用到1/200·L2者。

2.5腹板

一般为40-50cm，但应特别注意主拉应力的控制，近年来在腹板上出现较多斜裂缝的病害甚多，应予谨慎。增加箱梁的挖空率，减轻截面的结构自重，采用高标号砼，采用较大吨位的预应力钢束，采用三向预应力体系等，无疑都是提高设计水平，获得良好经济效益的重要措施，但同时又必须合理地掌握好“度”，必须确保结构的安全度和耐久性。

2.6 连续通长束不宜过长

根据连续结构的受力特点，截面上既有正弯矩也有负弯矩，个别设计中将连续通长束顺应弯矩包络图仅作简单布置是欠合理的，尤其对于较小跨径的矮箱梁，其摩擦损失单项即可达40～60%ók之多。建议此时可采用两根交叉束布置，也可改用接长器接长，分成多次张拉等。但在具体设计时接长器也不宜集中在某一个断面上，以使截面的削弱过于集中，同时也会造成施工上困难。

2.7普通钢筋是预应力砼结构中必须配置的材料

当砼立方体试块受压破坏时，可以清楚地看到砼立方体试块侧向受拉破坏的形态。也即预应力仅在某一个方向上施加了预压应力，而在其正交方向却会产生相应的侧向拉应力，这是预加应力的最基本概念，必须牢固掌握，灵活应用。

因而，在预应力砼机构中必须配置一定数量的非预应力钢筋，以保证预压应力的可靠建立。

2.8关于扁波纹管、扁锚的采用

扁波纹管的采用，有利于减少构件的截面尺寸，但必须注意如下几点：

（1）扁波纹管的尺寸高度不宜太小，不利于饱满灌浆。

（2）扁波纹管的根数。在实际工程中常用的钢束根数为每管内4束或5束。其锚圈口的损失，5束应大于4束，远较圆锚时要大，其锚固效率系数也较难保证达到95%，同时在穿束过程中也极易绞缠在一起，因而建议，每管内3.0束合适，4.0束尚可，5.0束不妥。

（3）扁锚用作横向预应力束合适；用作纵向受力主束欠妥，不应采用“扁锚竖置”作为纵向受力主束（弯起），这将会使实际有效预应力严重不足，各股钢束在竖置弯起的扁波纹管内互相嵌挤，摩阻损失很大，对扁波纹管的横向扩张力也很大，各束受力很不均匀，延伸率无法控制，这种“扁锚竖置”方案已有多座实桥失败，应该禁止采用。

2.9预应力混凝土梁的正弯矩裂缝

其主要原因是属预应力不足性质，既可能是设计原因也可能是施工原因，或可能是运营多年后部分预应力已经失效。在查清原因的基础上，可以采用增加预应力束的方法处理，但很可能要在体外施加预应力，此类性质的加固一般较麻烦，裂缝虽可部分地得以闭合和改善，上拱也可有微小的改善，但总会留有一定后遗症。