大跨度刚构桥横向预应力筋施工工艺对比研究

许 晗 张 龙 杨荣辰 马东良 窦创战

（浙江交工集团股份有限公司，浙江 杭州 310051）

0 引言

预应力混凝土连续刚构桥是指墩梁固结形成刚性整体的一种桥梁结构，主墩通常采用双肢薄壁墩，以适应由于多次超静定结构在温度作用下的次内力。连续刚构桥因其支点连续负弯矩的卸载作用，增大了结构的跨越能力，在跨越100~300m 的范围内，连续刚构桥是主要的竞争桥型。

大跨度刚构桥的跨越能力与其预应力息息相关，最关键的是预应力的张拉数量、张拉工艺。李一玮依托某特大桥工程，研究刚构桥悬臂梁临时张拉体外束，并对比了其它4 种临时体外束方案[1]。寇新阳以腊八斤特大桥为研究对象，针对其竖向预应力5 种不同的布置形式进行对比分析，讨论了主梁开裂的原因[2]。

本文以拉仁2 号高架大桥为依托工程，借助大型有限元分析软件MIDAS FEANX，对比分析横向预应力筋的3种张拉方案及其对主梁的受力影响。

1 工程概况

拉仁2 号高架大桥位于天峨经凤山至巴马段，桥梁全长279m，交角90°，跨径为75+120+75 的预应力混凝土变截面连续刚构箱梁，其箱梁如图1 所示。汽车荷载为公路一级，桥宽（净-15.5+0.5+0.5）m。桥面采用8cm 厚沥青混凝土桥面铺装，10cm 厚C50 混凝土现浇层。桥墩采用空心墩，桥台采用桩柱式桥台。梁高方程为1.8次抛物线，箱梁混凝土标号为C55，横向预应力采用钢绞线，规格为3Φ15.2，抗拉强度标准值为1860MPa，张拉控制应力为1395MPa。

图1 支点及跨中断面

根据该项目概况建立全桥实体有限元模型（见图2所示），由于篇幅有限，故选取其中的0~4 号节段进行横向预应力筋的张拉方案对比分析。主梁采用实体单元模拟，桥墩和0 号节段主梁采用刚性连接，荷载主要考虑自重和横向预应力。

图2 全桥实体有限元模型

2 横向预应力分段立即张拉

为便于分析，划分如表1 所示的施工节段，取4 个施工节段下A、B、C三点为研究对象。

表1 分段立即张拉施工节段的划分

从第一施工节段到第四施工节段，每一节段分别立即张拉相对应梁段的横向预应力筋，对0~4 号节段的A、B、C三点的应力进行统计，结果如图3所示。

图3 第4节段各点应力图

由图3 可以看出：A 点从第一施工节段到第四施工节段梁段起始端压应力分别为：-2.187MPa、-2.186MPa、-2.138MPa、-2.171MPa；B 点从第一施工节段到第四施工节段梁段起始端压应力分别为：-1.781MPa、-1.986MPa、-1.938MPa、-1.971MPa。A 点从第一施工节段到第四施工节段梁尾压应力分别为-4.509MPa、-8.023MP、-8.043MP、-8.011MP；B 点从第一施工节段到第四施工节段梁尾压应力分别为-3.721MPa、-5.823MPa、-5.843MPa、-5.811MPa。A 点压应力绝对值分别增长了：-2.322MPa、-5.837MPa、-5.905MPa、-5.840MPa；B 点压应力绝对值分别增长了：-1.940MPa、-3.837MPa、-3.905MPa、-3.840MPa。由此可以看出，分段立即张拉横向预应力筋后，A 点的应力变化比B点要大。

对比第三、四节段与第二节段应力变化，可以看出应力传递的长度为一个梁段，即第N 个梁段横向预应力的张拉仅对第N-1 个梁段的正应力有较大影响，当第N 个梁段的横向预应力张拉后，第N-1 梁段的横向正应力便趋于稳定，后续梁段横向预应力的张拉对其基本无影响。

3 横向预应力筋整体张拉及应力分布

横向预应力的整体张拉是指在桥梁合拢后，再一次性张拉所有横向预应力筋束的方法。计算时，为更加方便研究0#~3#梁段的横向预应力张拉对相邻梁段的受力影响，仅激活0~4#梁段及其对应的预应力束。A、B、C 点应力统计图如图4 所示。

图4 A、B、C点应力统计

由图4可知，对于各个节段，整体张拉横向预应力时，各点应力变化不大，A~C 点最大应力分别为-7.289MPa，-3.529MPa、1.091MPa，A~C 点最小应力分别为-4.468MPa、-3.119MPa、0.901MPa。可以看出，A~C应力分布均匀，即整体张拉较分段式张拉应力分布均匀，无应力突出现象。

4 横向预应力筋滞后张拉箱梁应力分析

滞后一个梁段张拉是指本节段悬臂浇筑后，再张拉前一梁段的横向预应力筋。根据张拉方案，施工节段的划分如表2 所示。按照表2 施工节段划分进行横向预应力筋的张拉，A、B、C 点在各施工节段的应力统计及3#节段应力云图如图5~图10所示。

表2滞后张拉时施工节段的划分

图5 第一施工节段2#梁段应力图

由图5、图7、图9可知，滞后一个梁段张拉横向预应力筋时，顶板横向正应力在本梁段张拉时分布不均，横向正应力沿着桥梁纵向逐渐减小。由图6、图8、图10可知，下一个梁段的横向预应力筋张拉后，本梁段的横向正应力沿桥梁纵向的分布都比较均匀。与立即张拉时应力绝对值最大值为最小值的应力变化程度相比，N+1#梁段预应力筋张拉后N#梁段应力整体变得均匀。

图6 第二施工节段2#梁段应力图

图7 第二施工节段3#梁段应力图

图8 第三施工节段3#梁段应力图

图9 第三施工节段4#梁段应力图

图10 第四施工节段4#梁段应力图

5 结束语

在跨越高山、河谷等险要地段架设大跨度连续刚构桥，对其预应力的张拉工艺提出了较高的要求。从上述研究可以看出，不同的横向预应力筋张拉工艺，对于梁体的应力分布有较大的影响。

（1）分段立即张拉横向预应力筋后，对顶板应力分布的影响大于对腹板的影响。分段立即张拉应力的传递长度为一个梁段，第N+1#个梁段的预应力筋张拉后，第N#梁段的横向正应力趋于稳定。

（2）全桥合龙后，再同步张拉全部横向预应力筋，整体张拉与分段立即张拉相比，其优势在于，应力分布均匀，无应力突变现象，但顶板最大压应力值大于滞后张拉的最大压应力值。

（3）三种横向预应力筋的张拉工艺中，整体张拉和滞后张拉比分段张拉横向正应力分布较为均匀。顶板最大压应力值方面，滞后张拉压应力最大值小于整体张拉。所以经综合对比分析，对于大跨度预应力刚构桥的横向预应力筋施工，较为合理的张拉工艺为滞后张拉。