雙預應力混凝土構件原理及技術應用

1．雙預應力構件的工作原理及適用范圍

　　雙預應力混凝土構件是一種新穎的預應力混凝土結構型式，是預拉預應力混凝土構件與預壓預應力混凝土構件的組合，又稱拉壓預應力混凝土結構。所謂預拉預應力混凝土構件，是指在混凝土的受壓區(qū)采用預壓力筋（件）或其它施力措施，使混凝土產(chǎn)生預拉預應力的預應力混凝土結構。這種結構還須與通常的預壓預應力方式相結合，就形成了混凝土受拉區(qū)預壓、受壓區(qū)預拉的雙預應力體系。

　　雙預應力混凝土構件的主要特點是：在保證構件抗彎能力的同時，可以大幅度降低梁高，構件的截面尺寸和自重都將減小。就簡支梁而言，梁高大約能降至原梁高的三分之二。與傳統(tǒng)的預應力混凝土結構相比，雙預應力混凝土結構在施工時并不需非常特殊的技術和設備，只要具有以往的預應力設計、施工經(jīng)驗就可應用。

　　雙預應力混凝土構件適用于建筑高度受限制的大跨徑預制吊裝施工的橋梁，特別是在公路與公路立交、公路與鐵路立交以及公路與特殊管線的交叉等方面有較廣闊的應用前景。

2.雙預應力技術在國外公路工程中的應用

　　雙預應力混凝土的概念是英國人K.billig在1950年提出的，當時稱為“Prtenstoned Concrete”.隨后德國F.W.MADER提出了在混凝土梁的受壓和受拉區(qū)分別設置預壓和予拉型鋼的“予應力型鋼混凝土結構”。1955年奧地利的Hans Reiffen?鄄stuhl采用特制千斤頂壓縮置于頸縮套管內(nèi)的粗鋼筋，并在套管內(nèi)注入水泥砂漿，待砂漿結硬后放松鋼筋上的螺帽，從而使混凝土受到拉應力。國外在公路工程中利用雙預應力技術建造的橋梁如：

　　2.1 奧地利的阿爾姆橋

　　阿爾姆橋橫跨于奧地利阿爾姆河上，是世界上第一座采用雙預應力技術修建的預應力混凝土簡支梁橋。該橋1976年9月6日開工建設，于1977年9月27日建成通車。

　　阿爾姆橋與阿爾姆河斜交角520，立面位于R=2600m豎曲線上，計算跨徑76m，凈跨徑74.5m，橋面總寬10.6m，其中車行道寬7.2m，人行道寬1.25m和2.15m。設計荷載為兩輛平面面積15m2的250KN載重車，人群荷載集度為4KN/m2。 　　上部結構采用變截面簡支箱梁，支點梁高2.3m，跨中梁高2.5m，梁底按R=9000m圓弧設計。箱梁為單箱單室，底寬6m，懸臂長1.93m，頂?shù)装寰?.3m，跨中截面腹板厚0.6m，在支點腹板加寬至2.6m，漸變段長12m。

　　箱梁的預拉應力筋采用80束VT120L鋼絞線，每束由12根組成，面積99mm2，張拉力564.86KN，全橋共用58.60t，主要布置于底板。預壓應力筋采用96根φ36mm圓鋼，預應力平均600KN，全橋共用61.00t，主要布置于頂板及懸臂上。預應力筋縱向按二次拋物線形式布置，拉、壓預應力筋交叉錨于梁端腹板。預拉應力筋采用φ67mm套管，預壓應力筋采用φ43mm局部壓扁套管。

　　阿爾姆橋上部結構共用B45號混凝土650m3，高強鋼119.60t，普通鋼筋61.04t。其材料用量指標為混凝土0.807m3/m2，高強鋼0.1485t/m2，普通鋼筋0.076t/m2。阿爾姆橋上部結構的高跨比為h/L=1/30.4。

　　2.2 日本的川端橋

　　川端橋建于1984年12月至1985年3月，橋長58.6m，橋?qū)?.3m，凈寬2.5m，是一座正交人行天橋。其設計荷載為人群集度3.43KN/m2，上部結構為雙預應力混凝土簡支箱梁，高跨比為1/37.1，下部結構為重力式橋臺，雙排PC樁基。

　　箱梁梁長58.48m，計算跨徑57.58m。箱梁底寬2.6m，頂板懸臂較短，僅為0.25m。箱梁梁高：梁端為1.0m，跨中為1.55m，按2.4%拋物線變化。跨中頂板及底板厚度均為0.18m，而距梁端10.24m至4.24m范圍內(nèi)，底板由0.18m漸變?yōu)?.55m；頂板厚度在梁端12.24m至4.24m范圍內(nèi)改為0.4m。梁端4.24m區(qū)段則設計成實心斷面。這樣設計是由于考慮了受拉鋼索的布設、受壓鋼筋的錨固以及內(nèi)模修建等因素。

　　受拉鋼索采用13根12φj15.24mm鋼絞線，錨下控制張拉力21289.5KN。受壓鋼筋為20根SBPR95/110粗鋼筋，直徑φ32mm，錨下控制預壓力為5721.2KN。在設計荷載作用下，受拉鋼索張拉力取用17478.3KN，受壓鋼筋預壓力取用5178.3KN，跨中截面混凝土上緣應力為13.5MPa（壓應力容許值為13.72MPa），混凝土下緣應力為-1.1MPa（拉應力容許值為-1.47MPa）。

3. 雙預應力技術在我國公路工程中的應用

　　3.1 河北承德大屯橋

　　大屯橋位于河北灤平縣大屯村畔，距美麗的避暑勝地承德市約40公里。該橋處于國道112線，橫跨于牦牛河上，跨徑3-40m，全長125m。橋面凈寬：凈-11.4+2x0.5m護欄。設計荷載：汽車—超20級，掛車—120。上部結構為雙預應力混凝土簡支梁；下部為柱式橋墩、肋板式橋臺，鉆孔嵌巖樁基。該橋于2000年10月建成通車。　　

　　大屯橋主梁采用小箱梁型式，橫橋向共設5片，梁長39.9m，計算跨徑39m，梁高1.35m，高跨比1/28.9。箱梁頂寬2.1m，底寬1m，頂、底板厚0.15m，翼板懸臂長0.35m。跨中截面腹板厚0.16m，梁端1.475m范圍腹板厚0.32m，梁端1.475m—2.975m腹板厚度由0.32m漸變?yōu)?.16m，隔板間距6.5m。主梁采用50號混凝土預制。

　　大屯橋箱梁的拉壓預應力筋均布置于腹板內(nèi)。預拉鋼束設于底部，按曲線形式布索，錨于梁端。預壓鋼筋設于頂部，按直線形式布置，分別錨于距梁端4.025m和8.025m處槽口內(nèi)。預拉鋼束采用68根φj15.24mm 270級高強度低松弛鋼絞線，波紋管成孔。預壓筋采用6根φ32mm高強K40Si2MnV精軋螺紋粗鋼筋，穿入雙向扁管預埋梁內(nèi)。使用階段箱梁跨中截面混凝土上緣應力為13.6MPa，混凝土下緣應力為0.9MPa。

　　3.2 上海護渠橋

　　上海護渠橋位于上海市閔行區(qū)顓橋鎮(zhèn)李家圈附近，處于上海4號線北段連接莘莊立交與奉浦大橋的快速干道上。上海市原引水管渠從該橋下穿過，斜交角470，引水管寬17.56m，兩側保護距離要求不小于5m。護渠橋分為上下行兩座獨立大橋，橋?qū)?3m，橋面凈寬12m，兩橋相距11m，按斜交角120o設計。設計荷載：汽車—超20級，掛車—120。

　　上部結構為先壓法拉壓預應力混凝土簡支工字梁，橫橋向共布置10片梁，梁長45m，計算跨徑43.08m，梁高1.45m，高寬比為1/29.7。工字梁上翼板寬1.15m，下翼板寬0.95m?？缰薪孛嬉戆暹吘壓?.18m，腹板厚0.25m。而梁端1.75m范圍腹板厚0.95m，并且在梁端10.25m—1.75m范圍內(nèi)，下翼緣邊緣厚度由0.18m漸變到0.63m。工字梁每隔5m垂直于梁體設一道隔板。每片工字梁上緣共布設了8束φ32x8mm高強30CrMnSi調(diào)質(zhì)鋼管，并在距梁端10m前后兩次向下彎出，錨于四塊齒板上。

　　每片工字梁下緣布置了6束10φ15.24mm270級低松弛鋼絞線，錨于梁端加寬的腹板上。主梁采用50號混凝土澆筑，在使用階段跨中截面混凝土上緣應力為14.5MPa，混凝土下緣應力為1.2MPa。