大跨径混凝土箱梁桥体内外混合配束设计概述

刘 俊，姜全成

(1.上海理工大学环境与建筑学院，上海200093；2.山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101)

体外预应力结构是后张预应力体系的重要分支之一，因自重轻、摩阻损失小、预应力筋维护方便、施工质量可控制性强等优点而被广泛采用［1］。目前体外预应力技术在桥梁工程中主要应用于大跨度连续刚构桥和桥梁加固［2］。

1 体外预应力技术的优点

体外预应力混凝土结构，是指预应力筋位于梁体截面外，并通过锚具及转向块对结构施加预应力的一种结构体系。与传统的将预应力筋布置于混凝土截面内的后张有粘结预应力混凝土结构相比，体外预应力混凝土结构的主要优点有：

(1)由于在构件中不设预埋孔道，可使腹板厚度减薄从而减轻结构自重。

(2)梁体混凝土灌注无管道阻碍，易保证质量，从而可提高结构的耐久性。

(3)可方便地检测预应力筋的腐蚀程度，必要时可更换预应力筋。

(4)无制孔、压浆等工序，结合逐跨施工法及悬臂施工法，施工速度快，综合效益好。

(5)当体外预应力用于既有桥梁加固时，可以较明显地提高结构的承载能力和改善结构的使用性能，同时对桥下净空几乎无影响，并且施工时可最大限度地减少对车辆交通的干扰［3］。

2 大跨径预应力混凝土连续刚构桥的配束方式

目前大跨径的连续刚构桥通常采用的配束方式有三种，分别为：

(1)Ⅰ期悬臂施工束主要承担施工期及运营期的负弯矩；Ⅱ期底板束用于成桥正弯矩。顶板束有一定程度的下弯，底板束基本为直束。其成桥运营期间的抗剪主要由配置在腹板内的竖向预应力筋来承担，顶板钢束的下弯是在实践基础上对全直束配置方法的改进。

(2)20世纪70～80年代预应力混凝土连续刚构桥常用的配束形式，是设置了大量的板下弯束以及底板上弯束。这种配束形式的出现与当时的预应力工艺有关系。由于采用的预应力筋多为小直径，故预应力筋能在腹板内相互交叉而不致产生干扰。

(3)另一种已经在实践中采用的配束方法，其预应力钢束全部采用直束形式，即基本上锚于箱梁顶部没有下弯。这种方法使施工时腹板混凝土浇筑更简便，采用三向预应力体系。虽然这种方法在理论上可行，但是截面的剪切抗裂对竖向预应力的依赖程度非常高，而由于竖向预应力筋通常较短，有效预应力不易保证，采用这种全直束的已建桥梁中会存在不同程度的混凝土开裂问题。

3 大跨径预应力混凝土连续刚构桥的体内、体外混合配束方式

近年来，体外预应力技术及体系在我国得到迅速发展并日趋成熟，其力学性能、弹性阶段与极限阶段的计算理论和设计方法已有较深入研究。在连续刚构桥中应用体内、体外混合配束的方法，不但能采用高效、耐久性能好的体外预应力钢束，还可以发展出能够为大跨径连续刚构桥提供更为可靠抗剪需要的配束方法［4］。这种配束方式的特点是：(1)Ⅰ期体内钢束竖弯加大，但数量减少；(2)Ⅱ期体内钢束采用上弯到顶板锚固的形式以在正弯矩区段提供竖向分力；(3)成桥钢束采用大直径的体外束，施工简易，且同时提供可靠的竖向分力；(4)不设置竖向预应力钢筋。这样，墩顶及负弯矩区段由下弯Ⅰ期束与体外束共同提供预剪力，正弯矩区段由Ⅱ期体内上弯束提供预剪力。从而，可以由可靠的纵向预应力筋提供全桥预剪力，减小剪应力及主拉应力。这种配束方法还具有体外束的以下优点：(1)可以减少大量穿束和灌浆的繁杂工艺；(2)体外束可检测、可更换，具有更好的耐久性保证［5］。

4 体外预应力技术的发展方向

体外预应力技术的发展主要依赖于预应力材料的进步和 设计理论的完善。混凝土向高强和高性能方向发展；预应力筋向高强、低松弛、耐腐蚀方向发展(近年来发展起来的纤维加劲塑料(FRP)预应力筋，将是一个重要的发展方向)；预应力锚具和张拉设备向大吨位、高精度方向发展［6］。

5 结束语

体外预应力结构体系由于具有许多优点，其发展与应用已成为现代预应力结构技术的重大发展和新技术标志之一。体外预应力的适用性非常广泛，除了可用于建筑结构的维修与加固、桥梁结构的维修与加固外，还可以应用于大跨度屋盖结构和各种桥梁结构设计。采用体外预应力技术建成的超大跨度的建筑与桥梁结构，与同等跨度的钢结构比较，成本大大降低，耐久性显著提高，经济效益十分显著。随着体外预应力技术的不断进步，它必将在未来的桥梁工程中发挥更大的作用。