体外预应力在简支转连续结构中的应用

齐 琳

(黑龙江省公路勘察设计院)

1 简支转连续结构关键构造

(1)连续段按钢筋混凝土结构设计，即在相邻梁顶板端头开槽，待梁吊装就位后在槽内布设负弯矩钢筋，浇湿接头混凝土。这种方式构造简单，施工方便快速，但在正常工作状态下，结构在接头处容易开裂，影响结构的使用性和耐久性。因此，该方式仅用于较小跨径的桥梁上。

(2)连续段按预应力结构设计，这是目前采用得最多的接头方式，其优点是保证负弯矩区段不开裂。这种方式需要在预制梁内预置负弯矩区预应力管道，体系转换后需进行管道灌浆;为了布置后张预应力管道，腹板常需加宽，使混凝土、钢筋和钢束的用量增加，梁的自重加大。为进行张拉而设置的锚固块增加了构造的复杂性，同时锚固块较易开裂，影响了结构的耐久性;由于连续段接头较短，为保证在连接区钢束的传递长度，常将钢束延伸到墩顶支点以外较长的区域;由于要对管道灌浆和现浇接头混凝土，其施工周期也较长，尤其对于负温季节漫长的东北地区，其施工很容易受到季节的限制，同时对施工技术的要求较高。

随着简支转连续桥梁结构应用的日益增多，由于连接段接头方式单一而引起的造价偏高、施工复杂、周期较长等问题正变得越来越突出，这些问题在一定程度上限制了该类结构的推广应用，影响了其使用性能和结构的耐久性。

2 体外预应力应用于转连续接头的探讨

2.1 体外预应力的材料要求

体外预应力对采用的高强钢丝、钢绞线、粗钢筋等要求具有一定的延性，材料性能应符合桥梁规范对预应力钢材的规定。体外力筋的防腐通常有两种做法:一种是在镀锌或者有环氧涂层的体外力筋的表面热挤PE套，另一种是在体外力筋的外面套以套管、套管与力筋之间充填灌浆材料进行防腐。预应力锚具必须确保锚固可靠，并满足必要时可调整应力、特殊情况下可更换预应力筋的要求，锚头应进行严格密封以确保可靠防腐。

2.2 体外预应力体系构成

体外预应力结构一般由体外预应力筋、管道及防腐材料、转向块、锚固系统和体外预应力受力结构等部件组成。按防腐体系的不同，体外预应力体系可分为有粘结体系和无粘结体系。桥梁采用何种体外预应力体系应根据其设计使用要求、所处环境条件及经济性等综合考虑。无粘结体外预应力体系由于其防腐可靠、力筋应力可调甚至可更换的优点近年来应用较多。

体外预应力体系具有以下几方面的优点。(1)体外预应力筋布置在构件截面外，截面面积减小，自重减轻。(2)体外预应力筋仅在转向块及锚固区与结构相接触，摩阻应力损失小。(3)体外预应力筋布置在截面外，防腐效果可以得到保证。(4)体外预应力筋布置在截面外，截面内钢筋少，施工工序简单，混凝土质量容易保证。(5)体外预应力筋，可根据情况调整应力，甚至更换预应力束。(6)体外预应力筋布置灵活，提高效率。(7)体外预应力筋布置在截面外，使用荷载引起的应力变化分散在力筋全长，应力变化幅度较小，降低了梁疲劳破坏的概率。

2.3 体外预应力桥梁受力特点

体外预应力混凝土桥梁除了具有体内预应力混凝土桥梁的一些相同的共性外，在构造、设计计算和受力方面具有特殊性。

预应力钢束通过转向块转向是体外预应力的重要特征。转向块传递了体外束产生的水平和垂直力，限制体外束自由长度，调整体外束偏心距。通过合理布置转向块调整体外预应力筋线形，可改变结构抗弯、抗剪性能。转向块由于受较大的集中力及与预应力筋的摩擦作用，应力复杂。

体外预应力的预应力损失较体内预应力筋的小，其计算方法与无粘结预应力结构大体一致;体外预应力梁受弯性能及体外预应力筋应力增量计算也是一个值得重视的问题。

3 设计实例

3.1 桥梁概况

塔子城互通A匝道桥上部结构采用4×25m预应力混凝土简支转连续箱梁，桥梁横向布置为:0.5m(波形钢板护栏)+6.75m(行车道)+1m(中央分隔带)+6.75m(行车道)+0.5m(波形钢板护栏)，桥梁全宽15.5m，桥梁与主线交角70°，汽车荷载等级:公路-Ⅰ级。

图1 跨中横断面图

3.2 体外预应力在转连续接头处的设置

在体外预应力体系应用于简支转连续结构接头设计过程中，重点考虑了锚固块、转向装置以及体外预应力体系的选择。

通常锚固块可采用钢材或钢筋混凝土的材料，本桥箱梁的腹板较薄，钢制锚固块与腹板的连接问题较为突出，局部受力较为复杂。而混凝土转向块则可以与主梁混凝土一同浇筑，通过局部的加强措施能够有效地改善锚固区复杂的受力状态。因此确定采用钢筋混凝土转向块。

体外预应力钢束的布置受到空间的影响，布置在箱梁外侧翼缘板下方;为分散应力采用了分段锚固的方式;为充分发挥预应力的作用，在接头处要尽量将钢束向上方布置，因此在预制梁接头处的现浇横梁内设置一处转向，使一根钢束在此处以圆弧连接的方式通过。另一根钢束的转向则在锚固块内以设置转向钢管的方式实现。

锚具采用OVM-AT型，索体采用OVM-S3型，锚头灌浆材料采用水泥浆或环氧砂浆。