先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋濕接頭預(yù)應(yīng)力連接技術(shù)

1、先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋濕接頭預(yù)應(yīng)力連接技術(shù)探討彭有宏摘要：本文是在借鑒美國(guó)目前的后連續(xù)工藝的基礎(chǔ)上，討論和改進(jìn)并提出適合我國(guó)國(guó)情的后連續(xù)新工藝，探討該工藝在國(guó)內(nèi)推廣使用的前景。關(guān)鍵詞：先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)；連續(xù)梁橋；濕接頭連接；工藝改進(jìn)濕接頭的澆筑以及二次預(yù)應(yīng)力筋的連接方式，即采用何種方式將簡(jiǎn)支梁連續(xù)起來(lái)使之成為連續(xù)梁，一直是先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系中一個(gè)重要的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)的主要做法，大多都在濕接頭的兩邊簡(jiǎn)支梁上對(duì)稱(chēng)的位置處做兩個(gè)齒塊，二次預(yù)應(yīng)力筋通過(guò)齒塊對(duì)濕接頭施加預(yù)壓力，從而使得端部的后澆混凝土儲(chǔ)存有一定的彈性壓縮，避免了二期恒載和活載引起的支座負(fù)彎矩處的混凝土開(kāi)裂現(xiàn)象?？梢韵胂?，這種后連續(xù)方式對(duì)抵抗

2、支座處的負(fù)彎矩是有著重要的作用的，但對(duì)支座處的正彎矩卻沒(méi)有提供足夠的效果，這種無(wú)法抵抗支座處正彎矩的現(xiàn)象對(duì)于靜載的影響尚可以忽略，但是考慮到橋梁承受的是反復(fù)動(dòng)荷載，在周期性的荷載的作用下，支座下方勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)裂縫。這一點(diǎn)應(yīng)該引起國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、施工以及研究人員的注意。1 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)體系為便于討論，在本方法介紹使用前，下列3種基本的多跨、裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)體系已被廣泛應(yīng)用。（a）不做連續(xù)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)支梁構(gòu)件；（b）按常規(guī)現(xiàn)澆鋼筋混凝土橋面板和接縫而形成的連續(xù)構(gòu)件；（c）在全長(zhǎng)范圍內(nèi)后張預(yù)應(yīng)力筋所形成的連續(xù)構(gòu)件。（見(jiàn)圖 1）圖 1 現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力混凝土梁連續(xù)的幾種方式從結(jié)構(gòu)性能、基本費(fèi)用和養(yǎng)護(hù)考慮，第一種體系（

3、圖 1a）效果最差，它沒(méi)有利用連續(xù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。為減小跨中撓度，提高極限抗彎強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)中配置了預(yù)應(yīng)力，而這種作法將導(dǎo)致初始的和最終的上拱度，使構(gòu)件頂面在預(yù)期的最終階段產(chǎn)生較大的向上偏移，造成像“滑行軌道”式的行車(chē)表面，這在橋梁結(jié)構(gòu)中是一個(gè)缺點(diǎn)。而另外一個(gè)缺點(diǎn)是支承處的伸縮縫在水和防凍化學(xué)品的滲透下將會(huì)迅速老化。第二種體系（圖1b）屬于連續(xù)體系，但它僅僅是對(duì)于橋面和梁形成整體后的荷載而言，例如附加恒載、活載和沖擊荷載。因此，這種體系在某些方面具有與第一種體系同樣的缺點(diǎn)，只不過(guò)程度輕些。相對(duì)來(lái)說(shuō)它需要較高的預(yù)應(yīng)力，這將導(dǎo)致過(guò)多的上拱度。另外，中間接縫處缺乏預(yù)應(yīng)力也是該體系的一個(gè)問(wèn)題，由于沒(méi)有預(yù)應(yīng)力，

4、該處橋面板混凝土將會(huì)開(kāi)裂，而隨著裂縫的延伸和變寬，防凍劑、水和其他有害物質(zhì)將會(huì)在裂縫中聚集，其結(jié)果是引起一些接頭鋼筋的腐蝕和混凝土剝落，造成混凝土接縫材料老化。第三種體系（圖1c）是3 種體系中效果最好的。預(yù)應(yīng)力和初始上供度相對(duì)較小，中間支承處的接縫除自重外，對(duì)所有荷載而言都是連續(xù)的，而且接縫混凝土具有預(yù)壓應(yīng)力。但該體系造價(jià)昂貴，它需要專(zhuān)業(yè)化的施工隊(duì)伍進(jìn)行后張法的操作，需要較寬的腹板布置張拉管道，腹板所有錨固位置都需局部加寬（例如梁端處）并需用特殊鋼板來(lái)承受集中應(yīng)力。此外，施工程序也要求比較嚴(yán)格。2 國(guó)外的濕接頭連接工藝新方法的工藝構(gòu)思：新方法以更為簡(jiǎn)單、直接的方式完成裝配式混凝土先張（或后張

5、）體系所做的一切。它利用在先張預(yù)制構(gòu)件中合理布置鋼束來(lái)“平衡”外部荷載，在橋面完成前利用相鄰構(gòu)件端部鋼束的連接使構(gòu)件形成連續(xù)，并使現(xiàn)澆混凝土接縫獲得預(yù)加的壓應(yīng)力。這一點(diǎn)可用兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)。第一種技術(shù)包括以下一些步驟（見(jiàn)圖2 a）：（1）先張構(gòu)件的預(yù)制。其頂面鋼束在中間接逢處需伸至構(gòu)件端部外，并留有足夠的長(zhǎng)度以便各鋼束交錯(cuò)連接而按要求切斷。（2）用附有松緊裝置的機(jī)械連接器將伸出的鋼束連接。根據(jù)所用機(jī)械連接器的種類(lèi)，它可以預(yù)先在預(yù)制場(chǎng)分別安裝好，然后通過(guò)松緊裝置將所有被連接的鋼束均勻地拉緊。（3）用合適的千斤頂設(shè)備，在連接構(gòu)件端部將構(gòu)件向外頂，使接縫處所有被連接的鋼束產(chǎn)生一定的拉力。（4）接逢處安裝

6、模板、澆筑混凝土并養(yǎng)護(hù)。所用混凝土應(yīng)具有較高的早期強(qiáng)度和較小的收縮。在此過(guò)程中千斤頂設(shè)備必須使拉力保持一定的值。（5）當(dāng)接縫混凝土達(dá)到所要求的強(qiáng)度時(shí)，即卸去千斤頂力，使接縫獲得預(yù)加壓應(yīng)力。移去所有的頂部支撐設(shè)備，包括托架和其他各種裝置。第二種技術(shù)包括下面一些步驟（見(jiàn)圖2b）：（1）先張構(gòu)件的預(yù)制。其頂面鋼束需延伸至端部外，并留有足夠的長(zhǎng)度，以便鋼束交錯(cuò)連接而按要求切斷。（2）安裝合適的托架，在梁的頂部和底部設(shè)置支撐，以便鋼束在張拉時(shí)構(gòu)件端部位置保持不變。圖2 連接預(yù)應(yīng)力混凝土梁的兩種技術(shù)（3）用合適的機(jī)械連接器以較可靠的方式連接各鋼束并施加預(yù)應(yīng)力，確保被連接的鋼束產(chǎn)生一定的預(yù)拉力。（4）在接縫

7、的剩余部分安模、澆筑混凝土和養(yǎng)護(hù)。所用混凝土應(yīng)具有較高的早期強(qiáng)度和較小的收縮。（5）當(dāng)接縫混凝土達(dá)到所要求的強(qiáng)度時(shí)，即移去定位支撐、托架和其他臨時(shí)設(shè)施使接縫獲得預(yù)加壓應(yīng)力。這兩種技術(shù)都使接縫混凝土成為連續(xù)并獲得預(yù)加壓應(yīng)力，選擇哪種方法將根據(jù)承包商的喜愛(ài)。第一種技術(shù)需要使用相當(dāng)大的千斤頂設(shè)備，但它能保持總預(yù)應(yīng)力值。第二種技術(shù)僅需較小的千斤頂和扳手。對(duì)不熟悉標(biāo)準(zhǔn)張拉程序的承包商來(lái)說(shuō)。這無(wú)疑是一個(gè)比較安全的操作方法。但是，該方法施工過(guò)程較長(zhǎng)，連接鋼束要求完全粘結(jié)，以減少錨固設(shè)備引起的預(yù)應(yīng)力損失。新方法的推廣應(yīng)用以上介紹的連接和張拉技術(shù)除在橋梁上應(yīng)用于梁的負(fù)彎矩區(qū)以形成連續(xù)梁外，還可用于另外凡種情況：

8、（1）在橋梁反彎點(diǎn)附近進(jìn)行梁的連接。在大跨徑橋梁中，使用本方法可增大構(gòu)件的運(yùn)輸長(zhǎng)度（2）在建筑物先張梁的負(fù)彎短位置（支承位置）進(jìn)行連接，以形成多跨連續(xù)梁（3）在先張樓板和屋面梁的最大負(fù)彎短處（梁支承位置）連接，以增加其結(jié)構(gòu)效應(yīng)。是否按前述方法給接縫施加預(yù)應(yīng)力將取決于經(jīng)濟(jì)效益。但不管接縫是否施加預(yù)應(yīng)力，在預(yù)制混凝土構(gòu)件之間通過(guò)鋼束本身形成連續(xù)，都可提高其結(jié)構(gòu)使用效應(yīng)。新連接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與簡(jiǎn)支先張構(gòu)件或按常規(guī)方法現(xiàn)澆鋼筋混凝土接縫而形成連續(xù)的先張構(gòu)件相比，新體系具有以下優(yōu)點(diǎn):（1）全部中間支承處除自重外，對(duì)所有荷載而言都是連續(xù)的，因此跨中附近彎曲較小，梁的撓度較小，預(yù)應(yīng)力值和上拱度較小；（2）鋼束布

9、置合理，用量少，從而節(jié)約了費(fèi)用；（3）由于預(yù)應(yīng)力和上拱度較小，因而徐變較小。橋面比較平順，較少出現(xiàn)“滑行軌道”式的橋面；（4）接縫處的預(yù)壓應(yīng)力減少甚至消除了接縫區(qū)域的彎曲裂縫。所以混凝土表面防凍劑的滲透較少，從而減少了接縫區(qū)域的鋼筋腐蝕。與先張或后張?bào)w系比較，新體系具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）無(wú)須后張法張拉端昂貴的錨具；（2）為了布置后張預(yù)應(yīng)力管道，“I”型梁腹板常需加寬，使混凝土、鋼筋和鋼束的用量增加，梁的自重加大。新體系無(wú)須管道，所以節(jié)約了由于腹板加寬而引起的一系列費(fèi)用；（3）取消了后張法中由于張拉端應(yīng)力集中而設(shè)置的錨固塊.從而節(jié)省了錨固端加固用的混凝土和鋼筋；（4）不需要管道灌漿；（5）由于鋼束

10、連續(xù)穿越接縫。所以在連接區(qū)不需擔(dān)心鋼束的傳遞長(zhǎng)度。3 先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋的濕接頭連接工藝的改進(jìn)形成先張混凝土連續(xù)構(gòu)件的新技術(shù)己經(jīng)推出并已經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，同時(shí)也己經(jīng)應(yīng)用于內(nèi)布拉斯加州林肯市人行天橋設(shè)計(jì)中。這一新技術(shù)不必采用常規(guī)的后張法就可使先張混凝土構(gòu)件成為連續(xù)構(gòu)件，具有很大的潛能。但是我們應(yīng)該看到，他們建議的新方法，由于需要有合適的安放千斤頂定位支撐的空間和方法，因此目前大多應(yīng)用于 I 型組合梁。而對(duì)橫向有多塊梁或板的情形，則該種方法的應(yīng)用受到很大的限制。另一方面，由于該方法要求在全長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力筋的連續(xù)且一次實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力筋的張拉，預(yù)留管道的摩阻力隨著預(yù)應(yīng)力鋼鉸線長(zhǎng)度的增加而迅速增大，因此該方法適用的最優(yōu)跨數(shù)為 23 跨（而跨徑可達(dá)到60 100 米）。借鑒我們目前的施工工藝中設(shè)置齒塊的做法，我們認(rèn)為可以在連續(xù)端部的永久支座位置的兩邊對(duì)稱(chēng)設(shè)置兩個(gè)定位齒塊作為千斤頂?shù)耐屑?，而為了消除新連接工藝適用跨數(shù)的限制，可先錨固好預(yù)制板或梁的先期預(yù)應(yīng)力筋（事先預(yù)留一段用于后連續(xù)的連接），這種方法適用于設(shè)置千斤頂托架比較困難的空心板梁，