体外预应力加固连续刚构桥技术工程应用

霍锦峰

（兰州有色冶金设计研究院有限公司，甘肃 兰州）

桥梁作为城市基础设施的重要组成部分，承担着架设河流和道路交通要道的重要任务。体外预应力连续刚构桥作为一种先进的桥梁结构形式，具有较高的承载能力、刚度和抗震性能，被广泛应用于各类桥梁工程中[1]。体外预应力连续刚构桥的施工是确保其结构安全、质量可靠的关键环节。施工技术的科学性和合理性直接影响着桥梁的性能和使用寿命。然而，由于体外预应力连续刚构桥的复杂性和特殊性，施工过程中存在着一系列的挑战和技术难题，因此对于施工技术的研究和探索显得尤为重要[2]。本文结合实际的工程项目，研究和探讨体外预应力连续刚构桥的工程应用，深入分析其中的关键问题和技术要点，包括转向器安装、体外束安装、张拉控制等，并对施工过程中的关键参数进行监测，提高施工质量和效率，保障桥梁工程的安全和可靠性，为工程实践提供有益的参考。

1 项目概况

兰州市七里河区T092#道路工程，其中的南河道中桥采用体外预应力加固的连续刚构架桥型式，横跨内河，全桥长98.08 m，箱梁顶宽17.6 m，两翼悬臂长4.2 m，箱梁中心线处顶板厚度为350 mm，腹板厚度为500 mm。箱梁采用C50 混凝土，桥面铺装采用C50防水混凝土，墩柱、盖梁、台身、台帽、背墙均采用C35混凝土，预应力钢材采用1860 级15.2 低松弛钢绞线，抗拉强度为1 860 MPa。立面结构简图如图1 所示。

图1 桥梁跨径布置图/cm

2 体外预应力连续刚构桥施工

体外预应力连续刚构桥构件之间通过预应力钢束连接，自重较轻，构件灵活，整座桥梁形成一个连续的整体结构，具有良好的荷载传递能力和整体刚度。预应力钢束的应力可以抵消桥梁在使用过程中的荷载产生的应力[3]，从而减小混凝土的应力，提高桥梁的耐久性和抗裂性能。

2.1 体外预应力施工

单幅箱梁设4 束通长体外预应力钢束，每根钢束设转向点8 处。钢束采用填充型环氧涂层钢绞线，抗拉强度为1 860 MPa。钢束的转向通过钢结构转向架实现。钢结构转向架为华伦式三角形桁架[4]，长度为6.4 m，桁架采用HW125×125 的H 型钢。体外预应力钢束通过锚固端A 和锚固端B 固定在桥梁上，其中A是固定端，B 是张拉端。为了减小钢束自由段长度，每间隔7～8 m 设置1 道减振支架，布置图如图2 所示。

图2 体外预应力钢束和减振架布置

2.2 转向器安装

体外预应力连续刚构桥的转向器是用于转移预应力钢束的受力，并使其按照桥梁纵向弯曲的设备[5]。项目中转向器由外钢管、内分丝管、定位隔板、内填高强环氧砂浆填料组成，结构如图3 所示。转向器应根据桥梁的几何形状和预应力设计要求，确定安装位置。通常情况下，使用螺栓将转向器安装在桥墩或桥梁下部结构，实现预应力钢束的布设。分丝管在安装前应在内部预涂润滑剂。转向器安装完成后，采取防护盖板或防护涂层的防护措施，以保护转向器和预应力钢束不受外界环境的损害，提高转向器的耐久性和使用寿命。

图3 转向器结构

2.3 体外束安装

体外束固定在设计指定的位置，通过预应力钢束增加桥梁的刚度和强度。项目中的体外束采用环氧涂层钢铰线，采用单端张拉。锚固块A 为锚固端，锚固块B 为张拉端，锚固端工作长度为40 mm，张拉端工作长度为1 100 mm，钢绞线外露最小预留长度为400 mm。钢绞线施工时采用人工穿拉，穿过转向器时，孔位应统一，确保每一根预应力钢束平顺，不得出现扭绞交叉。体外束施工时，可在箱梁内垫橡胶垫，防止钢绞线与混凝土摩擦而损伤环氧涂层[6]。体外预应力束锚固如图4 所示。

图4 体外预应力束锚固

2.4 体外束张拉

体外束张拉是施工中的重要环节，张拉设备包括张拉机、锚具、张拉千斤顶、张拉锚固装置等。在进行体外束张拉之前，确保已经采取预应力钢束的保护措施，防止钢束受到污染、腐蚀或损伤。张拉时严格按照对称张拉、成对张拉原则，按设计顺序逐一进行，以确保拉力传递平衡，避免出现预应力不均匀或不合理的情况[7]。张拉过程中控制应力小于1 110 MPa，逐步施加张拉力，每次施加设计应力的25%，分四次完成张拉，监测和记录张拉应力变化情况。张拉完毕后，安装保护罩，在保护罩内灌注油脂。

3 体外预应力连续刚构桥施工监测

体外预应力连续刚构桥施工是一个复杂的过程，应力和应变不断变化，为了保证施工安全与质量，必须对关键参数进行监测。

3.1 监测内容

根据工程项目特点，确定监测主梁挠度、混凝土应力和钢架构转向架应力。测点布置如图5 所示，共在4 个截面处设置监测点，其中，每个截面设置混凝土应力监测点4 个，钢结构应力监测点2 个，挠度监测点2 个。

图5 监测点布置

3.2 数据分析

3.2.1 主梁挠度

各截面的主梁挠度监测点的最大值、最小值数据如表1 所示。

表1 主梁挠度监测数值

由监测数据可知，桥梁的正向挠度的最大值为8.23 mm，反向挠度的最大值为5.11 mm，最大幅值为10.90 mm，三者并未出现在同一点，反映出挠度受荷载分布影响较大，无单一薄弱点。单向最大挠度小于10 mm，幅值小于20 mm，符合设计和质量要求。

3.2.2 混凝土应力

混凝土应力监测点在截面的上部设置2 个，下部设置2个，呈对称分布，应力监测数据如表2 所示。

表2 混凝土应力监测数值

混凝土应力的最大值为3.46 MPa，最小值为-2.11 MPa，最大幅值为2.66 MPa，三者也并未出现在同一点，反映出相同的规律。最大应力值和应力幅值均远小于C50 混凝土的允许应力50 MPa，桥梁结构安全可靠。

3.2.3 转向架应力

钢架构转向架应力监测数据如表3 所示。

表3 钢架构转向架应力监测数值

钢架构转向架应力的最大值为5.24 MPa，最小值为-8.61 MPa，最大幅值为13.77 MPa，远远小于H 型钢的抗拉强度400 MPa，整个钢架构受力安全，结构合理。

4 结论

以兰州市七里河区T092#道路工程为例，研究体外预应力加固的连续刚构架桥技术的工程应用，得出以下结论：

（1）深入分析体外预应力连续刚构架桥的技术方案，涉及转向架和减振器的布置，进而阐述了转向器安装、体外束安装、体外束张拉等关键要点。

（2）施工过程中，对主梁挠度、混凝土应力和钢架构转向架应力进行监测，数据表明单向最大挠度小于10 mm，挠度幅值小于20 mm，混凝土应力的最大值为3.46 MPa，远小于C50 混凝土的允许应力50 MPa，钢架构转向架应力的最大幅值为13.77 MPa，远远小于H 型钢的抗拉强度400 MPa，桥梁结构安全可靠，钢架构受力合理，桥梁施工符合设计和质量控制要求。