横张预应力混凝土箱形梁的构造与工艺

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摘要：本文详细介绍了横张预应力混凝土箱型梁的构造及施工方法，分析了关键部位合理构造的原因，可供同类设计和施工参考应用。

关键词：横张预应力混凝土;箱形梁;构造;工艺

Abstract: This paper describes the structure and the construction method of vertically tensioned prestressed concrete box girder, analyzed the reason of the rational structure of key parts, the design and construction of reference and application.

Key words: transverse tensioning prestressed concrete; box girder; construction; technology;

中图分类号:TU528.1文献标识码：A 文章编号：

引言

在现代桥梁的多种截面形式中，箱形梁因其独特的优势，在桥梁工程中占据了重要的位置，箱形梁顶板和底板都具有较大的面积，能够有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋要求；在一定的截面面积下能获得较大的搞弯惯矩和搞扭刚度，在偏心的活载作用下各梁肋的受力比较均匀。因此箱形截面适用于较大跨径的悬臂梁桥、连续梁桥和全截面参与受力的预应力混凝土筒支梁桥。而横张预液压力混凝土是重庆交通学院周志祥教授在综合已有预应力混凝土技术优缺点的基础上提出的一种打捞型预应国混凝土，该技术集良好的使用性、用材的经济性和施工的简易性于一体、具有很好的技术经济效益。本课题组以荣经大桥为依托工程，将横张预应力混凝土技术应用于箱形梁中。本文探讨了横张预应力混凝土箱形梁的构造与工艺。

横张预应力混凝土箱形梁的设计

箱形梁的构造

如图1，横张预应力混凝土箱形梁顶板宽3.55m（加上2 m宽的人行道挑梁，全宽5 m），底板宽2 m，顶底板厚度均为10cm。为满足横张工艺的需要，两腹板的设计宽度为36 cm，并在跨中段长13.16m范围内预留明槽，槽口宽为16 cm。

因拓宽加固方案是在原桥两侧增设两根箱形梁，并通过在跨间增设的四根横隔梁使新旧结构联结成为整体。为了减少对旧桥主梁的损伤以及便于施工，特将箱形梁梁高设为1.1m，而原T梁高为1m, 在保持桥面平齐的情况下，箱形梁下缘比原T梁低10 cm，使新增横隔梁的纵筋可从T梁梁下穿过，而无需在原T梁上钻眼，最大限度地避免了对T梁的损伤。

预应力筋束布置

预应力筋采用28根的低松弛钢绞线，分成四束，每束七根，每个槽口内各两束。预应力钢绞线两端置于先浇梁端混凝土内，中段于槽口中。为保证预应力筋与混凝土可靠粘结，预应力筋束穿过定位钢板后在梁端散开布置并绑扎在梁腹的箍筋上，同时加强振捣，以保证混凝土的密实度。横长定位后，浇筑槽口混凝土使该区段预应力筋与梁体粘结成为整体。

横张前，应采取可靠措施保证预应力钢绞线在槽口内的直线长度。槽口的设计长度为1316 cm，而预应力筋束的设计长度为1317 cm，即是说，预应力筋只预留了1 cm，的安装松弛长度。

箱形梁除布置有预应力筋外，还中底板内布置了21的钢筋作为非预应力钢筋。

预埋件的构造

在横长预应力混凝土箱形梁中最关键的预埋件有两种，一是定位钢板，二是定位插销。定位钢板位于粘结锚固区段与槽口的交界处，预应力筋穿过该钢板后伸入到梁端混凝土内。定位钢板的]作用主要有三：第一，在施工时可以对预应力筋束进行定位，确保力筋位置满足设计要求；第二、横张时，随着预应力筋束拉力的增大，使梁端粘结锚固区段的预应力筋束周围的混凝土拉力增大，并趋于复杂化，尤其是近自由端的局部混凝土较薄弱，定位钢板由于四周有梁中段混凝土的反向约束，对粘结锚固区段局部混凝土跟随力筋的变形起到了很好的抑制作用和加强作用，进一步保证了锚固区段的粘结性能；第二、横张时，预应力筋束将在钢板处产生竖向分力，预应力筋束转折点的混凝土将受到较大的局部应力，定位钢板将起着颁荷载的作用，避免钢板下的局部混凝土被压溃。

插销孔是在槽口两侧腹板是预留的孔道，以此穿入钢插来锁定预应力筋。我们在一个张拉位置的两侧各设置了一个插销孔，两孔净距30 cm，高差2 cm，这样做将带来两个好处，一是在拆除张拉设备后预应力钢绞线在张拉位置的形状由单折点转换成双折点，增大了钢绞线的弯曲半径，使钢绞线的弯折较平缓；二是同一点的张拉力由两根钢插销来承受，降低了对钢插销的要求，同时也降低了钢绞线自身受到的竖向压力，从而降低了钢绞线因折向变形带来的不得影响。插销孔尺寸取为43 mm *70 mm（对应的钢插销为40 mm*50 mm），对横张后钢绞线的竖向位置预留了20 mm的可调节幅度，使横张时主要由张拉力和梁的上拱度来控制，而不受预留插销孔位置的制约。

综上所述，与T梁相比箱形梁具有三个好处：（1）是被张拉钢筋位于预留明槽内，与操作人员完全隔离，增大了操作人员的安全感；（2）是用钢插销对预应力筋来定位的可靠性得到更好的保证；（3）从梁顶灌注预留明槽内混凝土的质量易于保证且便于操作。

横张预应力混凝土箱形梁的施工

将布置有预应力筋的预留明槽设于箱形梁腹板中，对预应力筋束的横向张拉、定位和后浇混凝土均带来很大的益处，但在先浇混凝土梁体内如何形成这两道设有预应力筋束的预留明槽却是一大难题，也是横张预应力混凝土箱形梁施工的关键所在。对此我们研究了很多种可能的方案，最终提出如图2所示的实施方案，采取分次浇筑混凝土的方法来实现。

混凝土的分次浇筑

为达到上述目的，箱形梁混凝土分三次浇筑（如图2）。首先，一次性浇筑全梁底板及预留明槽区段的梁腹和顶板混凝土，并在梁腹内形成预留明槽；其次，安装好预应力钢绞线后，浇筑梁端混凝土形成粘结锚固区段；最后，张拉预应力筋，并在尽可能短的时间内浇灌预留明槽混凝土。

在浇筑一期混凝土时，为形成预留明槽，我们就槽口模板的制作、安装及脱模工艺与施工单位进行了多次认真的研究。最初施工单位在制作槽口模板时，底模采用4 cm厚的木板，浇筑混凝土后由于混凝土的凝结硬化使底模无法拆除，只好花工夫将底模打烂，清理出槽口。后来将底板改成5 mm厚的野板，并在槽口内每隔一定距离用钢管支撑以免浇筑混凝土时由于压力的作用使层板破坏而影响槽口的形成，这样在拆除槽口模板时就容易得多。

粘结锚固区段除设置了分散布置的预应力钢筋外，还有局部加强钢筋网和箍筋，钢筋较密。该区段是横张预应力传力的关键，对梁端混凝土的密实度要求较高。因此，在浇筑梁端混凝土时，要求加强振捣以保证混凝土密实。横向张拉后，用钢插销锁定预应力筋（由于最初的几根梁张拉到设计吨位后钢插销无法从插销孔穿入，只好用张拉杆和张拉约束件来临时锁定预应力筋，待混凝土浇筑并达到一定强度后再拆除张拉杆及相应设备），此时钢插销（或张拉杆）受到很大的竖向力作用，在长期的高应力的作用下，容易出现危险。因此，要求在尽可能短的时间内浇筑槽口混凝土。

预应力筋的施工

横张预应力是通过横向张拉使力筋伸长的，横张手力筋为折线形，考虑到力筋本身折向的受力性能，我们建议在横张预应力混凝土梁中采用柔性较好的钢绞线作为力筋。经计算分析，本箱形梁共需设置28根的低松弛钢绞线，其实施过程如下。

下料：因横张预应力是通过梁端粘结锚固区段预应力筋与混凝土的粘结来传递预应力的，不需像常规后张预应力那样在梁端预留操作空间和操作长度，所以预应力筋的下料长度比梁长略短，分别表示粘结锚固区段、倾斜段和跨中水平段钢绞线的水平长度，

作标记：下料后，将钢绞线分成三段，并在分段点作出标记，其中段长1317cm（两定位钢板之间的直线长度为，考虑到钢绞线在安装时较难达到理论上的直线位置。故预留了的安装松弛长度），两端长（据试验研究资料表明，预应力钢绞线的粘结锚固长度不小于120d,d 为预应1力钢绞线的公称直径）；

制索：让每根钢绞线穿过定位钢板的对应孔，并使钢板与钢绞线上已作好的标记一一对齐，然后将中须的钢绞线分成两束（每束七根），并每隔一米用细铁丝将钢绞线捆扎成形；

安装：将准备好的钢绞线安装到箱形梁预留槽口内，沿槽口用预备的Z形钢筋将钢绞线钩住，使钢绞线保持直线形以达到设计要求；

将定位钢板置于设计位置并固定，使位于粘结锚固区段的钢绞线散开布置，并用定位钢筋固定。

预应力筋的实施过程关键是保证两定位钢板的位置及预应力筋 在槽口内的自由长度的直线性达到设计要求。

预应力筋安装就位后，即可浇筑梁端混凝土。

横张工艺

待箱形梁混凝土强度达到设计强度后即可进行横向张拉，在每个张拉点依次安装各张拉设备（约束件、精轧螺纹钢筋及配套的锚具作张拉杆、钢垫板以及千斤顶，如图3），认真检查各部件工作的可靠性，均满足设计要求后即可进行张拉。

因钢绞线的下行高度比千斤顶行程大，需要多次倒顶，即在拉满一个行程后用螺栓临时锚固，卸载后再进行张拉，直到张拉吨们达到设计要求为止。

张拉时，由于钢绞线倾斜段和水平段的伸长量不一致，可能使横张后倾斜段和水平段力筋中的应力相差较大，因此，将张拉约束件与预应力钢绞线的接触面设计成弧面，理想状况下约束件在张拉过程中可以在纵向做微小的滑动。实际上，在张拉，特别是在张拉吨位较大时，这种相对滑动仍很困难，因此，在张拉之前，让约束件及张拉杆偏向跨中方向，以使横张后倾斜段与水平段钢绞线中的应力比较接近。

横张并定位后，即可灌注预留明槽混凝土，使预应力筋与梁体结合成为整体。至此，横张箱形梁的施工即可告完成。

结论

在箱形梁腹板内设置明槽，使被张拉钢筋与操作人员完全隔离，增大了操作人员的安全感。

用钢插销对预应力筋来定位的可靠性得到更好的保证。

从梁顶灌注预留明槽内混凝土的质量易于保证便于操作。

分批浇筑混凝土有利于箱形梁明槽的形成。

张拉杆向跨中方向倾斜有利于改善预应力筋束中的应力差。

在箱形梁腹板中预留明槽，使腹板太厚，有待进一步探讨合理的构造形式。