近年來(lái)，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性引起了國(guó)內(nèi)外土木工程界的廣泛關(guān)注�；炷�土橋梁結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重?fù)p壞和鋼筋的不斷腐蝕嚴(yán)重危及橋梁的使用安全。采用具有防腐保護(hù)措施的體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)是解決混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要途徑之一。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)于20世紀(jì)30年代開(kāi)始應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)。目前，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用廣泛。以法國(guó)和美國(guó)為代表修建了大量體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，在提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和設(shè)計(jì)方案的競(jìng)爭(zhēng)力方面取得了顯著成效。

       中國(guó)在20世紀(jì)60年代建造了第一座體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋。當(dāng)時(shí)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)主要用于中小橋梁的加固工程。體外預(yù)應(yīng)力筋用于大型橋梁的部分部件(如丹陽(yáng)大橋系桿拱的加固梁)。2000年建成的吉林牛欄子大橋是哈爾濱工業(yè)大學(xué)與吉林交通研究所合作設(shè)計(jì)的中國(guó)第一座體外預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)橋。

       隨著人們對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性認(rèn)識(shí)的提高和體外預(yù)應(yīng)力應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁將在中國(guó)發(fā)展迅速。由于應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的橋梁具有施工簡(jiǎn)單、工程質(zhì)量高、工程造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，在世界各地得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)還將體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用于簡(jiǎn)單的箱梁和連續(xù)的箱梁，取得了良好的效果。正如世界著名橋梁專(zhuān)家列翁哈特預(yù)測(cè)的那樣，毫無(wú)疑問(wèn)，外部預(yù)應(yīng)力技術(shù)將隨著高強(qiáng)度混凝土的發(fā)展而成為技術(shù)必需品。此外，在21世紀(jì)，復(fù)合材料將與外部預(yù)應(yīng)力相結(jié)合，從而從鋼筋腐蝕中拯救土木工程。

       1.工程簡(jiǎn)介

       鶴大公路雞西至牡丹江段是黑龍江省公路OK主骨架的一部分，是東部重要交通干線國(guó)道的一部分，是黑龍江省東部重要交通路線。全長(zhǎng)164km，按一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，不封閉，為便于與沿線主要城鎮(zhèn)聯(lián)系，共設(shè)10條二、三級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)支線。牡丹江支線是鶴大公路的進(jìn)城通道，起點(diǎn)于牡丹江市東出口鐵嶺河大橋東橋頭中心線，終點(diǎn)于主線K340+758.63，全長(zhǎng)2.3386km。

       2.鐵嶺河橋

       根據(jù)黑龍江省交通廳2001年重點(diǎn)科技項(xiàng)目規(guī)劃要求，牡丹江支線應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)修建橋梁。鐵嶺河大橋?qū)⒊蔀橹袊?guó)最大的跨度體外預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁橋。牡丹江支線鐵嶺河大橋由哈爾濱建筑大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)。主梁采用結(jié)構(gòu)空間分析程序SAPQO計(jì)算，設(shè)計(jì)中考慮了多種荷載組合，包括恒載、預(yù)加力、活載、基礎(chǔ)沉降、溫度變化等。標(biāo)準(zhǔn)跨度為25m+40m+25m，上部為單箱單室箱梁。主梁呈拋物線形，跨中高度120cm，中墩處220cm，施工采用滿(mǎn)堂紅支架現(xiàn)澆。鐵嶺河大橋地質(zhì)條件較好，河床7m以下基本為全風(fēng)化砂巖或強(qiáng)風(fēng)化砂巖�；�礎(chǔ)設(shè)計(jì)為鉆孔灌注樁，下部為肋板平臺(tái)和柱墩。該橋于2001年5月開(kāi)工建設(shè)，目前已完成所有主體工程。

       2.1體外預(yù)應(yīng)力索

       體外預(yù)應(yīng)力索有三種:所有體外預(yù)應(yīng)力，每根跨預(yù)應(yīng)力鋼索連續(xù)；所有體外預(yù)應(yīng)力，每根跨預(yù)應(yīng)力鋼索不連續(xù)；體外預(yù)應(yīng)力與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混合。牡丹江支線鐵嶺河大橋的體外預(yù)應(yīng)力是第一種類(lèi)型。箱梁外索設(shè)計(jì)為17標(biāo)準(zhǔn)型-15.24-1860-11-GB/TJ24-1995鋼絞線。7根為1股，每層涂有0.15-0.20毫米的環(huán)氧樹(shù)脂涂層，14股包裹在高密度聚乙烯管(HDPE)中，縫隙用黃油填充，防止腐蝕和氧化。橋上共有10根索，分為2組，每組5根，分布在兩側(cè)腹板附近。每根索長(zhǎng)92毫米，重1.6毫米，給穿束帶來(lái)很大困難。穿索過(guò)程中一定要注意保護(hù)索盡量不要損壞，影響PE層的防腐效果。在錨固端混凝土中，將HDDE管剝離1458-1567毫米，沖洗黃油后，用3毫米厚的橡膠密封套筒與φ90(內(nèi)徑)t=2毫米鋼管連接，鋼管插入錨具喇叭管40毫米，并與周?chē)�焊接牢固�?/p>

       2.2

       錨具采用OVM-15-14型張拉系統(tǒng)，張拉千斤為YCW350，油泵為ZB41500型。錨端預(yù)埋稅0螺旋筋，直徑350mm，螺距60mm，靠梁端220mm螺旋筋內(nèi)預(yù)埋喇叭管用于張拉。與普通體內(nèi)預(yù)應(yīng)力索相比，體外預(yù)應(yīng)力索的錨固難度更大。體內(nèi)預(yù)應(yīng)力索錨固處的預(yù)應(yīng)力進(jìn)入混凝土，而體外索的預(yù)應(yīng)力與腹板平行，偏心，產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力和正應(yīng)力。體外索的拉力全部通過(guò)錨具傳遞給箱梁混凝土。

       2.3張拉

       預(yù)應(yīng)力索為17標(biāo)準(zhǔn)型-15.24-1860-ⅱ-GB/TJ224-1995低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度=1860mpa，預(yù)應(yīng)力鋼索的張力為N=2730kn。由于使用的千斤頂有效行程為20厘米，在張力應(yīng)力下達(dá)不到33.1厘米。為了實(shí)現(xiàn)雙控，采取中間預(yù)錨措施，即倒頂。在張力伸長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，再次張力到設(shè)計(jì)噸位。根據(jù)計(jì)算，索的張力程序是:

       2.4轉(zhuǎn)向肋的結(jié)構(gòu)和應(yīng)力分析

       鐵嶺河橋體外索貫穿整個(gè)橋長(zhǎng)，整個(gè)橋的預(yù)應(yīng)力是連續(xù)的。箱梁不同截面的應(yīng)力值不同，跨度最大，支撐部位如墩頂?shù)膹澙瓚?yīng)力為負(fù)。為了充分發(fā)揮體外索的最大效率。使用轉(zhuǎn)向肋和轉(zhuǎn)向鋼管，使體外索始終處于結(jié)構(gòu)的拉伸區(qū)域。轉(zhuǎn)向肋是與梁體腹板同時(shí)澆筑的高標(biāo)準(zhǔn)混凝土塊距離中墩中心線兩側(cè)10毫米開(kāi)始，每隔5毫米在左右腹板對(duì)稱(chēng)連續(xù)設(shè)置3個(gè)轉(zhuǎn)向肋，與梁體同時(shí)現(xiàn)澆。注意加強(qiáng)鋼筋和預(yù)埋轉(zhuǎn)向鋼管的布置。轉(zhuǎn)向肋的布置不僅實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力值在不同截面的轉(zhuǎn)換，而且提高了腹板的強(qiáng)度，增強(qiáng)了梁體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

       3.體外預(yù)應(yīng)力的優(yōu)缺點(diǎn)

       3.1優(yōu)點(diǎn)

       (1)預(yù)應(yīng)力索設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，避免了結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的復(fù)雜性。預(yù)應(yīng)力筋在混凝土中不設(shè)置或少設(shè)置，使普通鋼筋易于布置，從而簡(jiǎn)化了施工工藝，提高了工作效率和工程質(zhì)量。

       (2)箱梁腹板內(nèi)沒(méi)有預(yù)應(yīng)力索管，體外索預(yù)應(yīng)力可以抵抗腹板的剪力，因此腹板厚度可以減少，工程數(shù)量可以減少，工程成本可以降低。鋼索管道灌漿事故減少或無(wú)問(wèn)題，即使有問(wèn)題也很容易解決。

       (3)在橋梁使用過(guò)程中，可以經(jīng)常使用x射線或其他技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)鋼索的應(yīng)力狀態(tài)和混凝土截面的應(yīng)力。

       (4)使用換索方案橋梁可以延長(zhǎng)2O-3O年，提高橋梁的承載能力，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。

       3.2缺點(diǎn)

       對(duì)于梁體任意部位的變形、腐蝕等使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低的變化，其應(yīng)力會(huì)集中在強(qiáng)度薄弱的表面或點(diǎn)上，因此結(jié)構(gòu)容易受到災(zāi)害破壞和火災(zāi)傷害。

       (2)無(wú)粘結(jié)、無(wú)束縛的體外預(yù)應(yīng)力索削弱了抵抗破壞荷載和保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的能力。

       4.動(dòng)靜荷載試驗(yàn)

       橋梁施工完成后，為了驗(yàn)證體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的實(shí)際理論是否與實(shí)際應(yīng)力和變形一致，哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院的專(zhuān)家對(duì)鐵嶺河體外預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋進(jìn)行了移動(dòng)和靜載試驗(yàn)，檢驗(yàn)了橋后主橋結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，以及所有活載下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)是否符合設(shè)計(jì)要求。測(cè)試內(nèi)容包括:

       (1)混凝土應(yīng)變:在活載作用下，混凝土的縱向應(yīng)力由主梁控制。

       (2)主梁變形:在活載作用下，主橋控制斷面的垂直撓度。

       (3)索應(yīng)力增量:在活載作用下，各體外索的應(yīng)力增量和分布。

       通過(guò)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)橋的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)與設(shè)計(jì)理論數(shù)據(jù)基本一致。實(shí)測(cè)中跨度最大撓度為13.79毫米，小于規(guī)范規(guī)定的允許值L/600=4萬(wàn)/600=66.67毫米。各種車(chē)輛在不同速度下的激振頻率約為3.4-4.2毫米，平均值為3.94毫米，大于結(jié)構(gòu)自振頻率2.657毫米，結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生臨界共振。