关于体外预应力混凝土桥梁设计分析

王欣

（山东省烟台职业学院）

关于体外预应力混凝土桥梁设计分析

王欣

（山东省烟台职业学院）

随着国内桥梁建筑事业的发展，对桥梁的设计要求也越来越高。关于体外预应力混凝土桥梁设计分析研究也倍受重视。通过分析发现，桥梁的体外预应力混凝土结构大部分集中在桥梁的固定块和转向块的连接处。相对于传统的体内预应力混凝土桥梁结构，体外预应力结构具有更大的优势，不仅能够减轻质量、便于施工，而且还有利于桥梁的维护，延长桥梁的使用寿命。本文通过对体外预应力混凝土桥梁的研究，阐述了体外预应力混凝土桥梁实验设计内容，并介绍了体外预应力混凝土桥梁设计方法，在桥梁建设中具有一定的理论意义。

体外预应力；混凝土；设计分析

1 引言

随着经济的发展和社会的进步，桥梁设计技术越来越先进。尤其是体外预应力技术在桥梁中的应用，更是加速了桥梁建设的发展。虽然我国的体外预应力技术起步相对较晚，但却取得了瞩目的成就。在上世纪80年代体外预应力桥梁才在国内得到广泛的应用，随着研究水平的不断提高，在90年代体外预应力技术理论取得了很大的进展。目前，大批的桥梁建筑正在不断兴起，在桥梁工程建设中，增强桥梁截面的承载能力是至关重要的工作。面对承载能力不足出现的问题，可以采用重建和修补技术来进行弥补。通常，为了节省成本，一般采用修补工作。在修补中，采用体外预应力技术对其进行修正是一种可行的方法。这种技术方法施工便利、成本较低，获得良好的口碑，具有良好的前景。

2 体外预应力混凝土桥梁实验设计内容

体外预应力混凝土技术在桥梁设计中占有重要的地位，在对桥梁设计中，根据桥梁的整体式构造或者节段式构造的不同，采用简支梁结构或者连续梁结构进行分析，对桥梁进行弯曲和剪切性能的试验模型设计研究。下面将介绍体外预应力混凝土桥梁的主要试验研究内容。

2.1 桥梁整体式结构体外预应力混凝土简支梁弯曲性能试验内容

在整体式结构桥梁的实验设计中，一般采用12根两组不同高跨比、不同设计参数的整体式体外预应力混凝土简支梁。在试验过程开始时，首先在整体式简支梁的一端施加预应力，从施加预应力开始就要全过程记录桥梁的各种变化参数，这些参数包括桥梁的整体变形情况、体外预应力筋和梁体的位移大小、桥梁体外混凝土预应力筋的应变随所加载荷变化的规律，同时还要观察桥梁体外混凝土裂缝的产生和扩展规律及整体梁体弯曲程度，通过对这些参数的分析，确定桥梁的承受能力，确保所建立的桥梁符合设计要求。

2.2 节段式结构桥梁体外预应力混凝土简支梁弯曲性能试验内容

在节段式结构桥梁的弯曲性能试验设计中，首先，准备10根两组不同高跨比、不同设计参数的节段式桥梁结构的体外预应力混凝土简支梁。其次，在开始测试时，施加相应的预应力，通过观测不同的参数来测定节段式桥梁的弯曲性能。在试验过程中，要记录节段式桥梁的整体变形情况、体外预应力筋与梁体的相对位移、节段式结构桥梁体外混凝土预应力筋的应变随所加的载荷变化的规律，同时还要观察桥梁体外混凝土裂缝的产生及其变化规律和整体梁体弯曲变化程度。

2.3 整体式结构桥梁体外预应力混凝土简支梁剪切性能试验内容

在整体式结构桥梁的弯曲性能试验设计中，所需要的测定样品是11根两组、不同设计参数、不同高跨比的整体式简支梁，在整体式简支梁的一端施加预应力，从施加预应力开始就要全过程记录桥梁的各种变化参数，这些参数包括桥梁的整体变形情况、桥梁体外混凝土预应力筋的应变随所加载荷变化的规律，同时还要观察桥梁体外混凝土产生裂缝及裂缝扩展规律和整体梁体剪切变化的程度，通过对这些参数的分析，确定桥梁的剪切破坏程度。

2.4 节段式结构桥梁体外预应力混凝土简支梁剪切性能试验内容

在节段式结构桥梁的剪切性能试验设计中，首先准备13根两组不同设计参数、不同高跨比的节段式桥梁结构的体外预应力混凝土简支梁。其次，在试验开始测试时，施加相应的预应力，通过观测不同的参数来测定节段式桥梁的弯曲性能。在试验过程中，要记录节段式桥梁的整体变形情况、节段式结构桥梁体外混凝土预应力筋的应变随所加的载荷变化的规律，同时还要观察桥梁体外混凝土产生的裂缝及裂缝变化规律和整体梁体剪切变化程度。

3 体外预应力混凝土桥梁设计分析方法的研究

体外预应力混凝土桥梁的承载能力受方面条件的限制的影响因素是多方面的。一方面的影响因素是桥梁的自身结构和工作过程中所承受的荷载工况。此外，桥梁的初始受力状态和受力路径也具有很大的影响。在对体外预应力混凝土桥梁的建造过程中，由最初的简单构件到最后的承重复杂桥梁结构，受力状态和受力路径都经历了一个复杂的变化过程。在这一变化历程中，桥梁结构成型状态极易受到其他因素的影响，要特别注意施工的各个步骤，尽可能的保证桥梁的设计结构，提高桥梁的承受能力；同时，桥梁施工完成在正常使用后，由于受到各种载荷的影响，会造成桥梁体外混凝土的变化而对桥梁的结构产生影响，造成桥梁受力状态发生变化。随着条件的不断恶化，可能最终导致桥梁的承载能力处于极限工况，长此以往，会破坏桥梁的结构。因此，如何准确地确定桥梁体外预应力混凝土的受力状况，是目前桥梁建设面临的重要课题。在对桥梁体外混凝土受力分析中，一般要包括桥梁结构成型过程受力状况和成型后的受力状况。在目前的情况下，一般可采用以下几种方法进行体外预应力混凝土桥梁设计受力分析的研究。

方法一，参照桥梁试验设计的数据和受力分析的结果，以外预应力混凝土桥梁的梁截面受力平衡和整个梁体变形最小作为基础，借助计算机程序实现桥梁全过程受力状态分析。在该分析方法中，需要联立方程来计算体外预应力，这些方程内容要包括桥梁筋的转向形式、摩擦阻力的滑动状况以及桥梁结构最大变形约束，在这些计算方程中，还要考虑二次效应的非线性因素的影响，过程往往会比较复杂，精确度相对较高。但该分析方法应用范围不大，通常一般只适用于整体式桥梁的简支梁的分析。

方法二，以桥梁试验数据结果和混凝土钢筋的非线性几何分析原理为依据，借助有限元分析技术，在梁桥的分析过程中，采用平面梁单元对桥梁进行划分，以几何非线性原理对计算桥梁受力的计算方法。在桥梁受力分析过程中，需要建立包括桥梁混凝土、梁筋、桥梁节段接缝的有限元模型，利用有限元计算分析软件来完成桥梁的全过程受分析。该分析方法具有较高的精确度，结果往往会更接近实际状况，能够较细致地描述桥梁的受力情况。

方法三，以桥梁试验数据结果和混凝土钢筋的非线性几何分析原理为基础，采用空间非线性技术，利用有限元方法来更大程度地细化桥梁混凝土和梁筋单元，利用计算机程序模拟体外预应力混凝土桥梁的受力过程。该方法与方法二在一定程度上具有相似性，但对桥梁接缝处和体外预应力强筋移动的分析效率会更高，同时整体桥梁的模型也较简单。

4 结语

随着桥梁建筑的增多，对体外预应力混凝土桥梁的研究也越加重视。本文就体外预应力混凝土桥梁设计的试验内容进行了概述，简要的介绍了桥梁的整体式和节段式结构的弯曲性能和剪切性能的描述。同时对体外预应力混凝土桥梁设计分析方法做了分析，讲述了三中设计分析方法，对体外预应力混凝土桥梁的实际建设具有一定的指导意义。