横张预应力溷凝土连续梁桥的探索与实践.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流横张预应力溷凝土连续梁桥的探索与实践.精品文档.分类号 TU4 单位代码 10618UDC 密 级 学 号 99007硕 士 学 位 论 文论文题目： 横张预应力混凝土连续梁桥的探索与实践Exploration and Application of the Vertically Tensioned Prestressed Concrete Continuous Beam Bridges作者姓名： 胡导师姓名、职称、学位及单位名称：教授 博士 重庆交通学院申请学位级别：硕 士专业名称： 结 构 工 程论文提交日期：2002年3月1日 论文答辩日

2、期：2002年3月17日学位授予单位和日期：重 庆 交 通 学 院 答辩委员会主席： 评阅人： 2002年 2月 28日摘 要迄今为止，横张预应力混凝土技术在T型梁、箱型梁、空心板桥三种常规简支梁桥中得以成功应用。为了将该技术由简支梁桥推广应用到更大跨度的连续梁桥中，课题组进行了富有创新性的探索和实践。本文以渝黔高速公路童家院子人行天桥为研究对象，讨论了设计理论和工程实践方面的有关问题。本文所做的主要工作有：1、从预应力的施工工艺方面着手，讨论了常规预应力混凝土连续梁桥的优缺点，在横张预应力混凝土技术固有优势的基础上，提出了横张预应力混凝土连续梁的设计构思，并对局部构造措施进行了细致描述。2、

3、对横张预应力混凝土连续梁的力学性能进行了分析计算，探讨了预应力损失、次内力、收缩、徐变等方面的问题。3、提出用广义等效荷载法分析结构内力，与常规连续梁进行了对比分析；然后运用公桥规（征求意见稿）中截面验算公式作了强度、应力及变形等方面的验算。4、利用有限元软件ANSYS对粘结锚固区、定位插销孔附近等局部区域的应力进行了仿真分析，并用图像方式显示了加强件对局部应力的改善情况。5、讨论了横张预应力混凝土连续梁的可能张拉形式和相应张拉设备，所选择的方案得到了实践的验证。【关键词】 横张预应力、连续梁、设计构思、力学行为、等效荷载、次内力、ANSYS、应力分析Exploration and Appli

4、cation of the Vertically Tensioned Prestressed Concrete Continuous Beam BridgesABSTRACTBy now, the technology of vertically tensioned prestressed concrete(VTPC) has been successfully applied to T-beams, box beams and hollow slabs. In order to popularize this technique from simple supported beam brid

5、ges to larger-span continuous beam bridges, the project team has made creative exploration and practice. In this paper, we took Tongjiayuanzi overpass bridge on Yuqian expressway as the research object, and discussed some related problems about design theory and engineering practice.The main work fi

6、nished is listed below：1.From the point of prestressing construction technology, discussing the advantages and disadvantages of conventionally prestressed concrete continuous beam bridges, putting forward the design idea of the VTPC continuous beam bridge on the basis of its intrinsic merits, then e

7、xplicating the local reinforcement.2.Analysing and calculating the mechanical performance of the VTPC continuous beam, discussing such problems as prestress loss, secondary forces, shrinkage and creep.3.Generalizing the equivalent loads method to analyzing the structural interior forces, making a co

8、ntrastive analysis with conventional continuous beam, then making a verifying computation about strength, stress and deformation according to up-to-date “Design Code fore Highway Bridge and Culverts”.4.Simulating the stresses of anchoring bond region and the vicinity region of the checking bolt by m

9、eans of finite element analysis software ANSYS, then using image to show the improving effect of the enhancing measure on the local stress.5.Discussing the possible tension forms and corresponding tension equipment, the chosen scheme has received the validation of practice.KEY WORDS Vertically tensi

10、oned prestress, continuous beam, design ideas,mechanical behavior, equivalent load, secondary interior force, ANSYS, stress analysis.目 录摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 预应力混凝土技术的发展 1 1.2 中小跨连续梁桥中的预应力工艺 1 1.3 横张预应力混凝土连续梁的提出 81.4 本文所作的主要工作10第二章 横张预应力混凝土连续梁2.1 工程概况112.2 设计构思112.3 构造措施172.4 施工工艺及有关技术问题的处理18第三章 力学性能分

11、析与计算3.1 预应力和张拉力的计算273.2 控制应力的选取和预应力损失的计算313.3 内力计算393.4 次内力计算423.5 内力组合483.6 截面强度验算503.7 应力验算523.8 变形分析与验算53第四章 关键部位的应力分析4.1 预应力筋锚固长度的选取564.2 粘结锚固区的应力分析614.3 定位插销孔附近混凝土的应力分析684.4 先、后浇注混凝土变形差异分析 714.5 预应力筋张拉下行的几何非线形分析75结束语 80参考文献致谢第一章 绪 论1.1 预应力混凝土技术的发展2 3“预应力”并非什么新鲜的概念，这一术语的出现虽然为时不久，但人们对预应力原理的应用却由来已

12、久。在日常生活中，木桶、木锯、自行车车轮的辐条、带拉索的无线电高耸桅杆即是一些熟悉的例子。以用竹箍的木桶为例，当套紧竹箍时，竹箍因伸长而产生拉力，用木板拼成的桶壁相应地产生环向压力。若木板之间的预压应力大于水压产生的环向拉应力时，木桶就不致开裂而漏水。斜拉桥索力储备也是一个例子。斜拉索对主梁施加斜向拉力，使主梁处于多点弹性支承的连续梁状态，大大削减了正负弯矩峰值。主梁的连续梁状态是以斜拉索中持有拉力为前提条件的；而且预加拉力不能太小，以防止在某些情况下，某些拉索应力为零，退出工作。预应力混凝土能发展到今天这样的水平，是过去一个世纪以来无数工程师在领悟日常生活中预应力原理的应用实例基础上不断探索

13、和实践的结果。1886年，美国的P.H.Jackson首次将预应力原理应用于砼中，获得了在砼拱内张紧拉杆作楼板的专利，开启了预应力原理应用于砼实践的先河。德国的W.Dohring于1888年取得了用加有拉力的钢丝浇入混凝土中来制作板和梁的专利。法国著名工程师E.Freyssinet考虑到混凝土的收缩徐变对钢筋预应力产生的影响，于1928年提出预应力砼必须采用高强钢材和高强混凝土，使预应力砼在理论上得以突破。由此，预应力混凝土技术进入实用阶段。1938年德国的研究成功了依靠高强细钢丝和混凝土之间的粘结力而不是锚头传力的先张法。1939年E.Freyssinet研究成功锚固钢丝束的F式锥型锚具及配

14、套的双作用千斤顶使传统的后张法进入实用阶段。同时，比利时首创了Magnel体系。无粘结预应力筋是美国的R.H.Dill于1925年提出的。西德的R.Farber于1927年取得了在混凝土中能滑动的无粘结预应力筋的专利。部分预应力混凝土的构想在三十年代就提出来了，如奥地利的V.Emperger在1939年提出用引进少量预应力筋的方法来改善普通钢筋混凝土构件使用性能的概念，但部分预应力混凝土真正被重视还是近十多年的事。用预应力抵消荷载引起的应力的概念，是奥地利的J.Mandl于1896年首次提出的。在理论上，人们经历了钢筋混凝土全预应力混凝土部分预应力混凝土这样一个认识过程，能有针对性地根据需要选

15、用预应力度。三个概念奠定了预应力混凝土的理论基础：.弹性概念预加应力是为了把混凝土变成弹性材料；.强度概念预加应力是为了使高强钢材和混凝土能共同工作；. 预加应力是为了荷载平衡。荷载平衡法是美籍华人林同炎教授于1963年首先提出的。它概念清晰，计算简单，主要是帮助设计人员选择合理的预应力筋线型和预加力的大小，对连续梁、平板、框架等较复杂结构的设计非常有用。本文即采用了此法对横张预应力连续梁进行分析。1.2 中小跨连续梁中的预应力工艺1.2.1 中小跨梁桥呈连续梁化的趋势连续梁是一种传统而合理的结构形式，预应力混凝土连续梁桥是预应力混凝土桥中的主要结构型式，它具有接缝少、刚度好、行车平顺舒适等优

16、点，在30-200m跨度内常是桥型方案比选的优胜者。在国外，这种桥型在混凝土桥梁总数中，已从1948年的10%左右上升到目前的4050%左右。我国从70年代开始修建至今，预应力混凝土梁桥中连续梁占有很大比例。无庸置疑，在预应力混凝土梁桥中，25-60m的中小跨径的桥梁占绝大多数，比如平原低凹地带处的多跨连续梁桥、路线与路线相交叉处的跨线桥。这些地理环境适宜于建造中小跨径的连续梁。在我国，一般有两种做法：一种是做成结构化的连续梁，如现浇、顶推等方法；另一种是先简支后连续体系。前者做到结构真正的连续，梁体受力性能和耐久性良好，行车柔顺，但施工方法较为复杂，所需辅助设备较多；后者施工较为简单，其中应

17、用最普遍的一种做法是简支梁桥面连续的方式。桥面的连续铺装一般采用多跨一联的形式，大大减少了伸缩缝的数量，提高了行车的平稳性，增加了车流通过能力。这种做法对16m以下的多跨简支梁的桥面开裂问题解决较好，但对16m以上的多跨简支梁桥的桥面开裂问题解决不太理想，桥面开裂、胀缝失效等现象仍难避免。从力学性能上来讲，它属于部分连续性的连续梁，并非结构化的连续梁。随着我国高速公路的发展，高速行车的舒适性越来越重要，对中小跨桥梁的连续化的要求越来越迫切。如何既保持连续梁整体受力的优点，施工工艺又简单易行，是工程技术人员不断探索和完善的课题。本文所尝试探讨的横张预应力技术在连续梁中的应用即是其中的一朵浪花，并

18、依托一座人行天桥来进行说明。1.2.2中小跨连续梁中的预应力工艺预应力混凝土连续梁桥的力学性能和预应力筋布置形式同施工方法或预应力工艺有着直接的联系。为了与横张预应力混凝土连续梁对比，下面按照中小跨径梁桥中常采用施工方法和预应力工艺分类，讨论预应力束的布置和建立、施工工艺、连续性的形成等问题。 满堂支架就地浇注施工该法的基本特点是连续梁的一联各跨均设置支架，现场浇注施工，落架后一次性形成连续梁，整体性好，无结构体系转化问题，不产生恒载徐变次弯矩。相对于其它方法而言，它具有所需辅助设备多、工期长等缺点，但在曲线梁桥或有适当的现浇条件而采用其它方法不经济的情况（如矮墩跨线桥）下仍是经常选用的方案。

19、现浇混凝土施工的连续梁常采用以下几种预应力布束方案：1) 等截面直梁布置曲线预应力束。这种结构常用于短跨的连续梁或单向、双向平板或带肋板，主要缺点是预应力束反向过大，后张预应力时摩擦损失太大。2) 跨度较大时，主梁的自重已相当可观了，一般将梁加腋或底面作成曲线或折线形，预应力束稍微弯曲布置，这样做到梁的各截面都可以获得最佳的梁高和力筋偏心距。这种结构采用悬臂法施工显得不经济，在墩台较矮的情况下可以现浇混凝土。3) 将预应力束在中间支座处相互搭接锚固。这样，在梁顶面就可以减少每根预应力束的长度和避免使用反向曲线，有利于减少摩擦损失，但需要在梁顶面预留放置张拉锚具的凹槽，要增加一些锚具。现浇混凝土

20、施工的连续梁一般采用后张法施工，结构天然是连续的，预应力在张拉过程中相应的建立起来。 逐孔现浇施工与满堂支架整体现浇施工相比，逐孔现浇施工仅在一跨梁上设置支架，当该跨预应力张拉完毕后，移动支架到下一跨。该法50年代以来得以推广和应用。我国首先由中国路桥公司在伊拉克的摩索尔4、5号桥上尝试使用成功。该方法需要一定数量的支架模板，就可使施工标准化，循环运行，标准跨数量越多经济效益越好。它适用于等截面中小跨径连续梁施工，常用跨径为20-40m。从受力角度分析，在逐孔施工的过程中，结构由两端悬臂的静定梁，经过体系转换后变成超静定梁，随施工的进行，超静定次数越来越高，直至形成最终体系连续梁。计算结构内力

21、时除了考虑最终为连续梁体系外，还与施工阶段的体系转换密切相关。每施工一跨梁，该跨梁为悬臂梁结构，已施工的其它跨的截面弯矩随施工推进正负变化。施工中的接头一般设置在弯矩较小或为零的部位，距离墩台截面L/5处。内力分布规律决定了预应力束的布置。预应力束总体上应呈曲线形，波浪状，但在支座负弯矩区段预应力筋应适当延长，以满足施工中抵抗支座负弯矩的需要。预应力筋在接头截面联接，该处弯矩较小。除永久预应力束外，在支座区段顶面应布置施工用临时束，一般为直线。所有预应力张拉工艺采用后张法，千斤顶吨位很大，设备多。 预制简支连续施工预制简支梁，按照简支梁的受力状态进行预应力张拉锚固，利用起重设备架设就位后，浇注

22、墩顶接头处的混凝土，更换支座，从而转换结构体系形成多孔连续。这种先简支后连续的方案是符合我国国情的较好方法，是今后发展的方向。它适用于跨径25-50m的多孔等跨连续梁的施工，截面形式以矮箱梁和T、I型梁为宜，具有下部结构和预制梁可安排平行作业、不需要大型施工设备、施工工艺简单成熟、工期短等优点。从受力性能来讲，先简支后连续结构可分为两个阶段：预制简支构件的安装架设(简支阶段)；内支座区域现浇湿接缝混凝土、预应力钢筋后期张拉形成完整的连续结构(连续阶段)。在简支阶段，构件承受自重和前期预加力以及施工荷载等前期荷载；形成连续梁之后，构件还要承受后期恒载、车辆荷载、后期预加力，以及使用阶段的其它可变

23、荷载等后期荷载。因此，先简支后连续结构的受力与简支梁或者完全的连续梁有较大的差别。构件在简支阶段产生的变形连续梁阶段被约束住，其内力分别建立在不同的水准上。从预应力束的布置和预应力的建立来讲，预制简支梁按常规方式布束张拉，先张法和后张法都可以，张拉完毕后预制梁中的预应力就已经建立起来了，但只承受自重荷载。在简支变连续结构体系转换中，预应力束布置在接缝混凝土顶缘，张拉后接缝混凝土产生部分或全预应力。常规的预制简支连续的构造方案有以下几种1。1) 桥面连续。就地浇筑桥面混凝土，使之连续，在预制梁顶面伸出足够的抗剪钢筋。此方法的目的主要是消除桥面板的接缝，而梁则没有抵抗负弯矩的能力。该方法是施工最简

24、单的和造价最低的，仅适用于跨径小于16m的梁桥。2) 桥面板连续。该作法设计和施工简单方便，但适用范围较小，只对具有行车道板的跨径20-30 m多跨简支T(I)型梁桥适用。3) 在相邻两跨间后浇湿接缝混凝土，并在其上翼缘设置足够数量的粘结非预应力钢筋，以承受部分荷载产生的负弯矩。由于在桥面板的负弯矩区没有施加预加力，所以在后期荷载作用下，该区域的桥面板混凝土容易开裂，桥面板处于带裂缝工作状态，影响结构的使用寿命。4) 在预制梁端部设置现浇横隔梁。一种做法是安装好横隔梁的横向钢筋后，横隔梁与桥面系的混凝土一次浇筑而成，这样，横隔梁便嵌入在预制梁端部；另一种做法是在安装预制梁时设临时墩或临时支架，

25、待现浇横隔梁与桥面系的混凝土后再拆除支架，将梁安放在永久支座上。5) 预制梁在临时支架上就位后，接缝混凝土自墩柱一直连到桥面，然后穿入并张拉后张预应力束，形成连续刚构式支墩。这种墩梁固结的形式适用于中等跨径的高架桥，若更大跨径则需要采用悬臂法施工。随着预制简支连续体系在高速公路建设中的广泛运用，该法推陈出新了几种结构形式，更好地实现受力上的连续性。1) 预制梁的顶面钢束在中间接逢处留有足够的长度以便各钢束交错连接，用具有松紧装置的联接器将钢束连接4；在接缝位置，用千斤顶将构件顶开，相应地在预应力束中产生一定的拉力；待浇注完接缝混凝土并达到所要求的强度后，卸去千斤顶，从而接缝混凝土获得一定预压应

26、力。该法产生的预压应力有限，属部分预应力，因此接缝处除主要设置预应力筋外，还需设置少量的非预应力筋。非预应力筋的设置以抵抗2030%的中间支座处的负弯矩为宜。这一新技术不必采用常规的后张法就可使预制构件成为连续构件，但需要较大吨位的千斤顶设备，对于连续性要求不是很高的中小跨结构较为适合。2) 同方法1一样预留有预应力束；安装合适的托架，在梁的顶部和底部设置支撑，以便预应力束在张拉时构件端部位置保持不变；用联接器将预应力束连接并张拉，待浇完接缝混凝土并达到所要求的强度后，移去定位支撑、托架和其他临时设施，接缝混凝土相应地获得预压应力。该技术仅需较小吨位的千斤顶和扳手等设备，对张拉工艺没有严格要求

27、，但是，需要较多的托架设备，且要等到预应力束完全粘结后才能放松张拉，施工过程稍长一些。方法1和2已获得美国内布拉斯加州公路局的认可。方法1已经通过试验验证，方法2在该州林肯市一座人行天桥设计中得以应用4。3) 福州大学提出了整体性更强的先简支后连续的结构形式5。其做法是浇注接缝处混凝土并达到设计强度后，张拉布置在支座区域上缘的预应力束，使其形成连续体系。这种做法由于施加的预应力范围较长，是一种较完整的预应力混凝土结构，在荷载作用下桥梁上部结构的整体协调性能好，因此，在后期外荷载作用下，其结构连续性更佳。4) 恒载简支、活载连续、支点不转换的连续梁桥6。其做法为按简支梁施工，安放有两个支座，待浇

28、注完接缝混凝土并达到所要求的强度后，结构体系就直接转化为连续梁。这种结构体系与先安放两个临时支座，然后转化为个永久支座相比，不但施工方便，而且支座处负弯矩呈平台状，没有常见的峰值，对接缝混凝土的耐久性有利，值得推荐。 顶推法1顶推法施工是在桥台后方沿桥轴方向开辟预制场地，分节段预制梁体，通过纵向预应力筋连成整体，然后借助千斤顶设备、不锈钢板与聚四氟乙烯特制的滑板，将梁体逐段向对岸顶进，就位后落架，更换支座完成施工过程。自从1962年西德F.Leonhardt博士创造并用顶推法建成了Caroni河桥后，顶推法为预应力混凝土桥开创了一种新的无支架施工技术。采用顶推法施工宜选用等截面直线连续梁桥，跨

29、径在30至60m范围内（最大可达160m）。在城市桥梁中，场地狭小，不能中断交通，噪音要小，顶推法是较好的一种施工方法。一旦顶推就位后，其结构体系就是连续梁，但在施工过程中，随着梁体的逐跨推进，结构体系不断发生变化，截面所承受的弯矩正负交替出现，内力一直在改变。从施工弯矩包络图可以看出，最大正弯矩在顶推前进方向的最后一跨，而最大负弯矩在该跨的左支点附近，后面区段基本平缓。每个截面都要经历这样的力学过程。顶推法施工的连续梁，预应力束配置由施工过程和使用阶段的内力包络图共同决定。前者要求预应力束接近截面形心高度，后者要求结构曲线配束。为简单起见，主梁一般配置三种预应力束：先期临时束（直短束）、先期

30、永久束（直短束）和后期束（曲线束）。在施工过程中，预应力束要分批分期张拉、锚固、灌浆，临时束张拉到位后要拆除，永久束需要用联接器接长。该法的缺点是需要庞大的顶推施工设备和技术成熟的专业队伍；顶推方法和施工组织协调需要专门研究；预应力束的布置在很大程度上由施工需要决定，需要根据施工过程精心布置预应力束；预应力束分批分期张拉的位置和吨位大小以及组织协调等问题要形成周密的方案。在我国，顶推法施工的连续梁取得了一定的经验，但仍属于初级阶段。 无粘结预应力混凝土连续梁桥目前25m以下的空心板通常采用先张法施工，需要庞大的张拉台座，现实中施工点较分散，现场制作困难，将无粘结预应力技术应用于中小跨度的梁板桥

31、是具有竞争力的。预应力筋可以按曲线形状布置，采用后张法现场施工，比较灵活。我国在蒲江驭仙桥、蒲江雷河桥、遂宁嘉禾桥及北京紫竹立交桥等连续梁中采用该技术7 9。同时，该技术存在一些不尽人意之处，影响着无粘结预应力技术的推广与应用，其一是由于预应力筋和混凝土之间存在滑动，预应力筋的应变是沿力筋全长分配，因此极限承载力状态时平截面假定不能成立；其二是在结构破坏阶段力筋不能发挥抗拉强度，对混凝土的裂缝不能起抑制分散作用，与有粘结梁相比，无粘结梁的极限抗弯强度要低10%以上；其三是力筋的防腐、锚具的可靠性问题很重要。值得一提的是，西德杜塞尔多夫市1986年建成的Ulenbergstrasse桥和柏林市M

32、arienfelde区1988年建成的一座双T梁两跨人行天桥8采用E型玻璃纤维和一种聚酯树脂复合而成的材料作无粘结预应力筋，外面涂以聚酰胺，防止机械损坏或化学腐蚀，是一个很好的创新。另外，它借助于光导纤维传感器和钢丝传感器，监测每根预应力束的应力状况，这样，混凝土结构就像有机体那样，任何部位的应力状态能即时检测出来，混凝土结构具有智能特征，这或许可以看作混凝土结构未来的一个发展方向。 体外预应力混凝土连续梁桥1将体外预应力混凝土技术应用于连续梁桥就产生了这种桥型。它最早由德国工程师Dischinger在1934年取得专利。美国的Long Key桥和科威特的Bubiyan桥是体外布筋的典型代表。

33、与传统的体内布筋PC桥梁相对，体外力筋PC桥具有以下优点：a.不需要预留孔道，腹板及翼板厚度减小；b. 预应力筋替换、主梁加固改造方便；c. 在活载作用下，预应力筋中的应变值由梁体的挠曲变形决定，结构上没有特别危险截面，耐疲劳性能较好。但也有一些问题尚待进一步研究解决：a.体外预应力筋在活载作用下的振动问题；b.体外力筋锚固处及转向块处的应力集中；c. 体外力筋受力后的应变值不等于截面上混凝土的应变，而是体外力筋相邻锚固点之间梁体整体变形的函数，因此，结构极限承载能力难以评价。一般地，体外预应力PC梁比有粘结体内预应力PC梁的承载能力要低2030，一般采用部分预应力理论进行设计。连续梁桥的预应

34、力束布置一般为折线型，有单纯型和混合型两种，后者指体外力筋和体内力筋混用。此外，预应力束的布置与连续梁桥的预制架设工艺联系在起。施工方法一般有分段预制、一跨内桁架组拼，分段顿制、整孔吊装分段预制，悬臂拼装和顶推法几种。因此，除永久束外，还需要大量的临时束。在施工过程中，每拼装一段，永久束和临时束都需要接长。力学性能的不尽完美和施工工艺的复杂使得该桥型没有广泛被应用，在我国还处于试验阶段，但在加固方面运用得较为成功。 预弯复合连续梁10预弯复合梁也叫钢混预弯预应力组合梁,是对一根屈服强度较高且具有一定预拱度的I字形钢梁施加竖向荷载（钢梁下翼缘处于受拉状态），浇筑下翼缘混凝土，即期混凝土，待混凝土

35、达到预定强度后，卸除荷载，钢梁将回弹，第一期混凝土借助钢梁的弹性恢复获得预压应力，最后浇筑上翼缘和腹板的混凝土（即期混凝土）形成预弯复合梁。预弯复合梁同样可以用于连续梁中，其制作流程为：a.将连续梁在零弯矩截面处分段，跨中段为预弯复合梁，支座区段为普通钢筋混凝土梁，按简支梁方法制作完成；b.将预弯复合梁和普通钢筋混凝土梁吊装到位，用高强螺栓连接起来（干接头）；c.在接头处的钢梁的下缘补浇高强混凝土（期混凝土）；d.待期混凝土达到设计强度以后，在钢梁上翼缘和腹板两侧浇注期混凝土。在桥梁结构中，上翼缘混凝土一般作成叠合层面板。从制作流程可以看出，该工艺既需要预制梁，又需要现浇混凝土；既需要一定吨位

36、的吊装设备，又需要现场拌合浇注混凝土的设备；既用到高强钢材，又用到普通钢筋；既有普通混凝土，又有高强混凝土。它虽然是一种实现连续梁的工艺，但因用钢量大，制作工艺复杂，需要庞大的预加载设备，占用周期较长等缺点，在钢产量有限的大多数国家和地区尚难以得到推广应用。 PFRC梁在连续桥的应用11 12PFRC梁(即预弯预应力柔性钢筋砼梁, 中国专利号ZL 94 2 27201.3)系周志祥教授据预弯复合梁原理提出的一种新的预应力砼梁。PFRC梁是通过在钢筋砼梁受载条件下二次浇注受拉边翼缘砼来代替常规预应力砼中的张拉预应力工艺, 使后浇翼缘砼借助卸载时梁内主筋的弹性恢复获得所需要的预应力。简支梁的受力特

37、点是梁体下缘受拉，在该处设置预留槽口和浇注砼，施工较为困难，难以达到预期的效果。但是，若将PFRC梁原理用在负弯矩区段却是一个巧妙的创意，因为负弯矩区段的受拉翼缘在顶面，各种施工工艺都好进行。这种方法可以说是简支梁的作法的逆向思维，施工却更简单。位于四川省永川市境内的通兴桥即是一例11。本桥为二跨连续斜梁桥, 223.40m，横断面由四片现浇砼T型梁构成。设计中利用梁端沉降和调整主梁刚度, 着意减小了正弯矩梁段的长度及弯矩峰值, 增大了负弯矩梁段的长度及弯矩峰值, 故在正弯矩梁段按普通钢筋砼梁设计, 避免了在下翼缘进行二次浇注砼, 在负弯矩梁段按PFRC梁设计。预加载下情况下，主梁顶面的二次浇

38、注砼与桥面铺装砼同期进行施工, 施工方法和普通钢筋砼梁相近。该梁通过简单的施工技术在混凝土中建立了预应力，方法很有创意，同时节省了大量钢材并增强了桥梁的使用性能。此外，PFRC梁在四川省德阳市旌湖大桥（外倾式斜腿刚架桥主梁）、名山县民生桥（三跨连续梁桥）上成功应用，表明在工程实践中切实可行, 并取得了明显的技术经济效益。综上所述，连续梁桥的预应力束布置和力学性能与施工工艺密切相关。可以说，连续梁各种施工工艺呈现出异彩分呈的态势，施工工艺应因地制宜地取舍，很难得到一个统一的模式，但就类别而言，每种施工工艺都有其独特的优势，欲求得全面兼顾良好的使用性能、用料的经济性和施工的简易性的预应力混凝土连续

39、梁结构尚需人们做出不懈的努力。横张预应力技术在连续梁中的运用即是一次有益的尝试。1.3 横张预应力砼连续梁的提出横张预应力技术是重庆交通学院周志祥教授率先提出并研制成功的一项预应力新工艺。它在预弯预应力钢筋砼梁的基础上对张拉锚固方式、后浇混凝土的施工等方面作了较大的改进，其基本原理为：在梁体的中段，预应力筋与混凝土完全分离，力筋两端伸入混凝土中利用粘结力锚固，借助横向张拉力筋对梁体施加竖直向上的力，从而使张拉侧的混凝土获得所需的预压应力。迄今为止，横张预应力混凝土技术在T型梁、箱型梁、空心板桥三座常规跨径简支梁桥中得以成功应用（见表1.1），先后完成了简支梁桥的设计理论、受载性能试验研究、桥梁

40、长期性能的远程智能动态监测的研究，并取得了显著的技术经济效益。为拓宽横张预应力技术的应用范围，将其由简支梁桥推广应用到更大跨度的连续梁桥中，就显得尤为必要了。从上节的讨论可知，现有的各种预应力工艺在连续梁桥中都作过这样或那样的尝试和探索，其中不乏成功的实例和有益的经验。横张预应力技术作为一项预应力新工艺，有其显著的技术特点，将其运用到连续梁桥中是完全可能的。积极的探索终究可以获得有益的经验。本文以渝黔高速公路K0+216.50处一座人行天桥为依托工程，进行了该方面工作的探讨。表1.1 横张预应力在简支梁（板）桥中的应用项目T型梁箱型梁空心板工程名称红槽房大桥荥经大桥（拓宽加固）徐家沟大桥截面工

41、程概况该桥位于319国道渝长高速公路段，为一座七孔30米标准跨径的简支梁桥，全桥宽30.5米，原设计主梁为常规预应力砼T型梁，变更设计为30米跨径横张预应力砼梁设计荷载：汽超20，挂120。该桥位于四川省荥经县城内，原桥为60年代修建的六孔16.8米标准跨径的简支钢筋砼T型梁桥，全桥宽9.0米，设计荷载为汽-13，拖-60。在原桥两侧增设预应力砼箱型梁，桥面拓宽至18.5米，荷载标准为汽-20，挂-100，人群350kg/m2。该箱梁采用横张预应力技术制作。该桥位于319国道渝长高速公路段， 4孔20米标准跨径预应力简支空心板桥，全桥宽为30.5米。原设计为后张法张拉，预制吊装施工，变更设计为

42、横张预应力砼空心板，现场浇注成型。技术效益张拉定位、灌注明槽内混凝土一次完成；张拉力仅需常规后张法的1/5-1/7，20t千斤顶即可；预应力损失减少近20%。预应力筋位于箱内，与操作人员完全隔离，安全；张拉点处设置有强大的横隔板，作用力由腹板传递至整个截面；一个张拉点的作用力由腹板的两壁分担；从梁顶灌注预留明槽内混凝土，质量易于保证且便于操作。全跨一次性立模、现浇混凝土、张拉预应力、灌注明槽内混凝土。经济效益节省直接工程费125万元，约占全桥主梁造价的25%。横张预应力是在梁下张拉，避免了常规预应力梁在梁端所需的张拉操作空间，减少了落梁或下一跨梁浇注所需的龄期等待时间，该桥正常施工时可达平均每

43、1.5天生产一根梁，使该桥的工期较预计缩短了近四个月。箱型梁节省84万元，全桥拓宽加固的总造价由原预计的300万元降低到175万元。施工期间从未中断交通。节省直接工程费48万元，约占全桥上部结构造价的25%。平均每7天生产一跨空心板，使上部结构的工期较预计缩短了约46天。1.4 本文所作的主要工作1、横张预应力作为一项预应力新工艺，其技术和经济效益已经在简支梁中得到印证，将其推广应用到连续梁中，是一个有益的尝试。2、从预应力的施工工艺方面着手，讨论了常规跨径的预应力混凝土连续梁桥的优缺点，在横张预应力混凝土技术固有优势的基础上，提出了横张预应力混凝土连续梁的设计构思，并对局部构造措施进行了细化

44、。3、以横张预应力混凝土简支梁的现有成果为基础，对连续梁的各项力学分析计算问题进行了讨论，具体包含预应力和张拉力的计算、张拉杆的倾斜、预应力损失等内容。4、利用等效荷载法和现有软件工具，对结构的各种工况下内力变形与常规连续梁进行了对比分析。5、运用公桥规（征求意见稿）的验算公式进行了强度、应力及变形等方面的验算。6、取用平面杆系软件计算的内力结果作为边界条件，建立了粘结锚固区、定位插销孔附近等局部区域的三维实体有限元模型，用有限元软件ANSYS进行分析，对比分析了有无加强构件的应力分布情况。7、讨论了横张预应力混凝土连续梁的可能张拉形式和相应张拉设备，所选择的方案得到了实践的验证。第二章 横张

45、预应力混凝土连续梁2.1 工程概况为拓宽横张预应力技术的应用范围，将其由简支梁桥推广应用到更大跨度的连续梁桥中，重庆交通学院和重庆市高等级公路发展有限公司等单位联合成立课题组，尝试和探讨横张预应力技术在连续梁桥中的应用。童家院子人行天桥即是该课题的首座依托工程。该桥位于渝（重庆）黔（贵州）高速公路K0+216.50处，跨越渝黔主线和渝（重庆）长（长寿）线入渝黔线的匝道。主梁为三跨预应力砼连续梁，跨径组合为21.25+35+21.25=77.50m，单箱单室截面，采用横张预应力技术制作。设计中采用了ASTM A416-90A标准270级fj 15.24钢绞线，通长布置有12束，截断布置有8束。用

46、于临时锁定的YM15-3型锚具4套。该桥在2001年7月至10月间施工，已完成了施工阶段测试和竣工荷载试验，现在的运营情况表明性能良好，使用正常。2.2 设计构思2.2.1 横张预应力混凝土梁的基本概念13 16重庆交通学院周志祥教授于1994年提出“横张预应力混凝土梁”的构想：将预弯预应力钢筋混凝土梁通过预加载条件下二次浇注混凝土来建立预应力转变为以梁底为反力承压面，沿垂直于力筋的竖向张拉预应力钢束来建立预应力。将先张法的粘结力自锚省去专用锚具，后张法的以梁体自身为张拉预应力钢束的反力承压体无需专用预制场、张拉台座和吊运设备，体外预应力的在混凝土梁体外张拉预应力钢束避免了管道摩阻引起的预应力损失，旧梁加固中曾采用的竖向紧固力筋法用较小的竖向拉力在力筋纵向获得较大的拉力等已有常用预应力混凝土技术的优点有机地融于一体。下面以箱型梁为例，阐述其制作工艺及预应力原理。1）制作混凝土梁体，在箱型梁腹板内设预留明