现代桥梁结构2-双预应力混凝土结构Word

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　　双预应力混凝土结构

　　第一节 概述 双预应力混凝土结构体系(或称混合预应力) 是国外对预应力混凝土结构使用多年后，新 发展起来的一种新型预应力混凝土结构，它 的原理简单，然而对于实用，确需要对一系 列的问题加以研究和试验。

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　　对于特殊地区有特殊要求的桥梁及其他结构，如要 求跨越能力大，承载能力高，而断面又受到建筑高 度限制的结构，使用这种结构就显出其无比的优越 性。 对于建成的结构要求进行一些特殊的加固，也可以 采用双预应力体系。 国 外 对 这 种 体 系 从 50 年 代 开 始 进 行 研 究 ， 直 到 1977 年才应用于实际工程中， 80 年代后，又有少 量的工程应用，至今虽然建成的工程不多，但从未 停止过这方面的研究和实践探讨。本章对其基本原 理、有关试验、工程应用、设计特点及经济性作一 些介绍。

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　　一、基本构思 众所周知，由于混凝土的抗拉性能很差，则传统 的预应力混凝土结构是在构件的受拉区采用预先 张拉预应力钢筋(以下简称“预拉力筋”)。依 靠预拉力筋端部的锚具或力筋与混凝土之间的粘 结力来阻止被张拉力筋的回缩，而给结构构件的 受拉区以预压应力，以期提高构件的抗裂性，改 善构件的使用性能，这就是通常的预应力混凝土 结构。

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　　在这种原理的启发下，人们探讨对于受压构件或 受弯构件受压区能否施加预拉应力，以改善受压 构件及受弯构件受压区过高压应力的应力状态， 以期改善整个构件的受力状态，从而达到进一步 减小构件截面尺寸，而增大跨越能力的目的。 在混凝土构件的受拉区施加预压应力，同时在受 压 区 施 加 预 拉 应 力 的 双 重 预 应 力 体 系 (Bi - Prestressing System) ,将其称之为“双预应力 体系”(或称混合预应力体系)。

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　　在构件中施加预压应力的方法早已解决， 而在受压构件或受弯构件的受压区施加预 拉应力的方法是研究的一个新课题。同施 加预压应力相类似，在受压区采用预先压 缩粗纲筋(以下简称“预压力筋”)的方 法来造成预拉应力，这在 50 年代初期已成 为欧洲技术专家和学者所议论的重要课题 之一。

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　　1950年英国的贝林格(K.Bllig)提出了名 为 “ 预 拉 的 混 凝 土 ” (Prestensined Concrete) 的专利申请。他为了加强混凝 土柱，在被连接的钢管中插入钢束，张拉 钢束以压缩钢管，将被压缩的钢管与钢筋 同样配置，灌筑混凝土，待混凝土结硬后， 放松已张拉的钢束，于是被压缩的钢管伸 长给构件混凝

　　土以预拉应力，如图 11-1 所示。

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　　1952年德国的曼德尔(F.W.Mader) 提出称 之为“有预应力钢材的钢筋混凝土体” (Stahlbenka permiteiner Vogespanten Stahleilage) ,除在梁的受拉区及主拉应力 方向放置预拉力筋施加预压应力外，还在 梁的受压区及主压应力方向设置预压力筋 以获得预拉应力，如图11一2所示。

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　　1956 年 奥 地 利 的 雷 芬 斯 特 教 授 ( H. Reiffenstuhl )提出了使用压缩粗钢筋将粗 钢筋插入梁中预先埋好的套管里，然后灌 筑混凝土，混凝土结硬后，用压力顶压粗 钢筋，并发明了端部锚固方法。受压钢筋 锚固后，在套管中压入灰浆，如图11-3所 示。

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　　二、工程应用 经过 20 余年，直到 1977 年，根据雷芬斯特教授的 设计，在奥地利建成了世界上第一座使用双预应力 体系的预应力混凝土箱形截面阿尔姆(Alm)公路 简支梁桥。该桥跨度达76m, 而梁高仅2.5m,其高 跨比为1/30.4,而一般同跨度的预应力混凝土箱梁 其高跨比在1/17左右，故该桥在结构造型上表现出 轻巧美观。这使以往预应力混凝土梁桥所不能达到 的低高度得以实现。图11- 4为阿尔姆桥的断面及 配筋情况。

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　　80年代日本曾在东海道本线掘川田丁线上 建成的道路桥为单孔双预应力简支梁桥， 全长31.0m,全桥采用16根工字型截面双 预应力混凝土简支梁，梁长为30.90m , 跨度为30.00m , 梁截面如图11-5所示。 从 1984 年到 1989 年日本先后共建成约 20 座双预应力混凝上简支梁桥。

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　　1995年我国在上海市沪杭高速公路上成功进 行了标准跨40m的双预应力试验梁的研究， 并首次在沪杭高速公路上修建了两座双预应 力混凝土简支梁桥，试验梁高为 1.30m ,计 算跨度为38.86m,其高跨比为1/30。预拉力 筋采用6束15.24mm270K级高强低松弛钢绞 线，每束9根钢绞线，预压力筋采用 30CrMnsi 规格为 φ328mm 的合金结构钢 管，图11-6为梁的截面及力筋布置。

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　　预压力筋是在梁体混凝土浇注之前，事先 使预压力筋受压(钢管),预压力筋采用 钢 号 30CrMnsi 规 格 为 φ328mm 的 合 金 结构钢管，两端锚具采用由夹片与锚环组 成的筒式锚具，中间穿过单根直径为 15.24mm270K 级高强低弛钢绞线，用穿 心式千斤顶两端同时张拉，然后将事先建 立起来的预压钢管系统埋入梁体混凝土受 压区。

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　　待梁体混凝土结硬后，放松并回收钢绞线 和锚具，于

　　是钢管伸长此拉力经与锚板焊 接在一起的 6 根 φ16mm 螺纹钢筋将拉力传 给混凝土，如图11-7所示。

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　　对于已建成的结构，当荷载加大，又无法增大原有 结构截面尺寸时，也可以在构件外部采用增加预压 力筋的办法对已建成的结构进行加固，以满足使用 要求。如使用预压力筋对某体育馆屋顶梁的加固方 案。该体育馆的屋顶梁为 V 型截面，由于荷载的增 大，需要加固，但为美观起见，要求不改变 V 形的 外貌，于是在 V 形内部采用压缩抛物线形布置的 φ36力筋，力筋被压缩锚固之后，其外面灌注混凝 土加以覆盖，如图11-8所示。该加固方案无需支架， 施工条件也不受限制。

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　　第二节 双预应力的基本原理现以简支梁为例，来说明双预应力的基本原理。 1 .若构件采用后张法，先张拉梁下缘的预拉力 筋，若其拉力为Npt,由于预拉力偏心的作用于梁 的下缘，其偏心距为ept则在构件截面上(跨中) 产生轴向压力和偏心的负弯矩，于是梁的下缘受 较大的预压应力，可用来抵消荷载引起的拉应力， 其截面应力状态如图11-9(a)所示。

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　　2.配置梁上缘的预压力筋，其压力为 Npc (与Npt比较通常较小),由于偏心预压力 作用于梁的上缘，其偏心距为 epc,则在构 件截面上(跨中)产生轴向拉力和偏心的 负弯矩Mpc。于是梁上缘受到较大的预拉应 力，可用以抵消部分由荷载产生的压应力， 其截面应力状态如图11-9(b)所示。

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　　3.双预应力，张拉配置于构件拉区的预拉 力筋，对构件受拉区产生预压应力σptc;压 缩配置于构件受压力区的预压力筋，对构 件受压区产生预拉应力σptt,使两种预加应 力结合起来(即 1 与 2 迭加)并可调整张拉 力和压缩力，可使构件达到轴向预应力最 小，弯曲预应力达到较大的预应力状态， 这种预应力不仅可以抵消由荷载产生的拉 应力，且还可以减小构件受压区的压应力， 如图11-9(c)所示。

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