体外预应力混凝土桥梁设计

【摘要】随着国内桥梁建筑事业的发展，对桥梁的设计要求也越来越高，关于体外预应力混凝土桥梁设计分析研究也倍受重视，通过分析发现，桥梁的体外预应力混凝土结构大部分集中在桥梁的固定块和转向块的连接处，体外预应力结构具有更大的优势，不仅能够减轻质量、便于施工，而且还有利于桥梁的维护，延长桥梁的使用寿命。

【关键词】体外预应力；混凝土；桥梁设计

在桥梁工程建设中，增强桥梁截面的承载能力是至关重要的工作“面对承载能力不足出现的问题，可以采用重建和修补技术来进行弥补，通常，为了节省成本，一般采用修补工作在修补中，采用体外预应力技术对其进行修正是一种可行的方法，这种技术方法施工便利，成本较低，获得良好的口碑，具有良好的前景。

一、体外预应力混凝土技术的意义

二、体外预应力混凝土桥梁设计分析方法的研究

体外预应力混凝土桥梁的承载能力受方面条件的限制的影响因素是多方面的，一方面的影响因素是桥梁的自身结构和工作过程中所承受的荷载工况，此外，桥梁的初始受力状态和受力路径也具有很大的影响，在对体外预应力混凝土桥梁的建造过程中，由最初的简单构件到最后的承重复杂桥梁结构，受力状态和受力路径都经历了一个复杂的变化过程。

在这一变化历程中，桥梁结构成型状态极易受到其他因素的影响，要特别注意施工的各个步骤，尽可能的保证桥梁的设计结构，提高桥梁的承受能力；同时，桥梁施工完成在正常使用后，由于受到各种载荷的影响，会造成桥梁体外混凝土的变化而对桥梁的结构产生影响，造成桥梁受力状态发生变化，随着条件的不断恶化，可能最终导致桥梁的承载能力处于极限工况，长此以往，会破坏桥梁的结构。因此，如何准确地确定桥梁体外预应力混凝土的受力状况，是目前桥梁建设面临的重要课题，在对桥梁体外混凝土受力分析中，一般要包括桥梁结构成型过程受力状况和成型后的受力状况。在目前的情况下，一般可采用以下几种方法进行体外预应力混凝土桥梁设计受力分析的研究。方法一，参照桥梁试验设计的数据和受力分析的结果，以外预应力混凝土桥梁的梁截面受力平衡和整个梁体变形最小作为基础，借助计算机程序实现桥梁全过程受力状态分析，在该分析方法中，需要联立方程来计算体外预应力，这些方程内容要包括桥梁筋的转向形式，摩擦阻力的滑动状况以及桥梁结构最大变形约束，在这些计算方程中，还要考虑二次效应的非线性因素的影响，过程往往会比较复杂，精确度相对较高，但该分析方法应用范围不大，通常一般只适用于整体式桥梁的简支梁的分析。方法二，以桥梁试验数据结果和混凝土钢筋的非线性几何分析原理为依据，借助有限元分析技术，在梁桥的分析过程中，采用平面梁单元对桥梁进行划分，以几何非线性原理对计算桥梁受力的计算方法，在桥梁受力分析过程中，需要建立包括桥梁混凝土、梁筋、桥梁节段接缝的有限元模型，利用有限元计算分析软件来完成桥梁的全过程受分析，该分析方法具有较高的精确度，结果往往会更接近实际状况，能够较细致地描述桥梁的受力情况。方法三，以桥梁试验数据结果和混凝土钢筋的非线性几何分析原理为基础，采用空间非线性技术，利用有限元方法来更大程度地细化桥梁混凝土和梁筋单元，利用计算机程序模拟体外预应力混凝土桥梁的受力过程，该方法与方法二在一定程度上具有相似性，但对桥梁接缝处和体外预应力强筋移动的分析效率会更高，同时整体桥梁的模型也较简单。

三、相应的工程实例

1、体外预应力采用方式

针对该桥的施工方式以及单侧张拉预应力分析后得出，该桥具备体外预应力式的所有有利条件。在施工中，如果将体外预应力筋改为体预应力筋，并且进行单侧张拉，那么主梁就需要进行分段施工，同时预应力筋也要分阶段进行张拉。因此，在设计中将其全部采用体外预应力，使整个设计具有经济性。同时还将主梁在纵向方面的所有钢材全部设置为体外筋，不仅能够最大程度的发挥出其优点，同时还可以减少混凝土使用数量。除此之外，还改善了体外力筋的防锈方法，将传统采用的聚乙烯保护管结合灌注水泥浆的方法，转换为采用环氧树脂涂层钢绞线，并且没有设置保护管。

2、设计概要

（1）结构分析模型。

在设计计算时，采用的是平面钢架模型，用于对截面内力的计算。同时采用“换算内力荷载力”对体外预应力筋的应变能力进行分析计算。

（2）荷载作用时的分析。

转换结构中的预应力筋在按照曲线布置时会产生一定的附加应力，因此，体外预应力筋的张拉应力的取值应该符合实际的设计需要。同时，该桥的荷载设计主要是由极限荷载作用进行控制的，体外预应力筋的数量也由此决定。

（3）极限荷载作用时的分析。

极限荷载作用时的抗弯计算，主要依据《体外力筋PC桥梁设计手册》进行，对抵抗破坏的弯矩进行计算时，将体外力筋作为抗拉构件考虑。同时，结合结构变形时产生的体外预应力筋应力增量，对该桥的极限荷载值进行确定。

（4）锚固端。

在体外力筋预施应力方式中，高强预应力筋与体内预应力方式不同，其主要锚固在横梁上，而不是在腹板或是顶底板上，将会产生剪应力和弯曲应力。在对锚固横梁的弯矩和剪力计算时，主要依据《体外力筋PC桥梁设计手册》将其作为格构模式或者是四边固定板进行计算，同时还要配备抗拉和抗剪钢筋。

（5）非线性分析。

对体外预应力桥梁进行非线性分析，主要是为了确定其结构的破坏安全度。在对其进行分析计算时，主要采用复合非线性框架分析。对材料非线性评价时，为了将混凝土、钢筋等应力的应变关系能够用合适的模型反映出来，可以将主梁构件按照纤维模型进行处理。当主梁构件任意一个纤维达到极限应变值时，将其作为主梁达到极限状态的判定条件。除了上述分析之外，还要考虑以下几个方面。①在体外预应力混凝土桥梁设计中还要加强对斜截面的抗剪设计的研究。②为了推动体外预应力结构的应用，应该在无粘结预应力规程中增加体外预应力。③加强对桥梁在体外预应力桥梁在往复荷载下产生的疲劳问题的研究。

结 语

随着桥梁建筑的增多，对体外预应力混凝土桥梁的研究也越加重视，只要加强对体外预应力混凝土桥梁设计方法的监督和实施，就能更好的帮助施工单位提高桥梁的施工质量和工作水平，使桥梁技术能够得到更多的应用和发展。本文就体外预应力混凝土桥梁设计的试验内容进行了概述，对体外预应力混凝土桥梁设计分析方法做了分析，对体外预应力混凝土桥梁的实际建设具有一定的指导意义。