裝配式板橋體外預應力施加方法

李永輝++王海有

【摘要】本文介紹了通過三指標控制法對裝配式板橋體施加體外預應力施加的裝置和方法，該方法簡單、明了、直觀、方便驗證，工藝、材料和施工機具簡單，技術成熟度高，容易掌握，方便推廣應用，承載力的提高安全可靠，并且能夠有效保護橋梁結構，延長使用壽命。

【關鍵詞】裝配式板橋；體外預應力；施加方法

Prestressed External Prestressing Method of Fabricated Slab Bridge

Li Yong-hui1，Wang Hai-you2

（1. Henan Pingdingshan Zhongya Road and Bridge Construction Engineering Co.， LtdPingdingshanHenan467000；

2. Pingdingshan Highway Administration BureauPingdingshanHenan467000）

【Abstract】This paper introduces the device and method of externally prestressing exerted by the three-index control method to the assembled plate bridge body. The method is simple， clear， intuitionistic， convenient for verification， simple in technology， material and construction equipment， high in technical maturity and easy to master. ， To facilitate the promotion and application of capacity to improve the safety and reliability， and can effectively protect the bridge structure and extend the service life.

【Key words】Prefabricated slab bridge；Externally prestressed；Application method

1. 前言

（1）改革開放以來，我國公路交通事業得到了迅猛的發展，截至2014年底全國公路總里程達446.39萬公里，其中高速公路里程11.19萬公里。橋梁是公路的重要組成部分，隨著公路建設的迅猛發展，橋梁數量也在迅速增加，據不完全統計，目前我國現有各類橋梁約50萬座，每年開工建筑的橋梁約為1萬余座，我國正由世界"橋梁大國"向"橋梁強國"邁進。

（2）裝配式板橋是公路橋梁中量大、面廣的常用橋型。它結構簡單、受力明確，可以采用鋼筋混凝土或預應力混凝土結構，能做成實心或空心，能夠進行工廠化生產，因此，各類各級公路和城市道路橋梁廣泛采用。

（3）裝配式板橋容易出現以下問題：一是橫向連接較弱；二是由于使用過程中預應力損失等因素導致承載能力下降；三是同一孔橋板的承載能力差別較大。再加上嚴重的超載超限和大交通量，導致橋梁承載能力相對不足，結果經常造成橋面鋪裝過早破壞，形成單板受力。不但影響橋梁使用品質和通行能力，存在安全隱患，甚至造成安全事故。另外，有些橋梁原設計標準低，在升級改造時需要提高承載能力。

（4）JTG/T J22-2008《公路橋梁加固設計規范》指出，體外索可根據原結構的構造及斷面形式布置在梁體的外側或內側，并給出了簡支梁橋常用的體外索布索形式。對于裝配式板橋來講，板間設計距離只有1cm，實際距離往往不足1cm，而預應力束以及其它裝置的幾何尺寸遠大于1cm，因此把體外索布置在橋板外側是不可取的；再者，對于實心橋板，體外索不可能布置在內部，對于空心橋板，空心部分的幾何尺寸往往只有幾十公分，人進不去，安裝體外索以及其它裝置十分困難，即使能夠安裝，維修保養也十分麻煩和困難，因此把體外索布置在橋板內側也是不可取的。

2. 一種裝配式板橋體外預應力施加裝置結構

圖1是一種裝配式板橋體外預應力施加方法，通過對裝配式板橋施加體外預應力，提高裝配式板橋的承載能力，延長板橋的使用壽命。

3. 預應力施加方法

預應力施加方法包括以下步驟：

3.1第一步，確定體外索使用根數和各橋板的預拱度目標值；

3.2第二步，把轉向器分別與端部鋼板和中部鋼托梁連接備用；

轉向器安裝在體外索每個轉向處，即每根體外索有三個轉向處，當需要多根體外索時，轉向器平行于橋板橫軸線布置，張拉后端部轉向器與錨具之間的體外索平行于橋板底面；端部鋼板由兩個豎板和一個水平板焊接而成，端部鋼板橫向的長度等于橋板寬度，其縱向的長度應方便施工時千斤頂的安放與移去，端部鋼板的水平板以上豎板部分的高度為橋板厚度的1/3～1/2，端部鋼板的豎板靠橋中心一側與水平板下方之間形成的夾角焊接三角鋼板加固；中部鋼托梁和中部鋼墊板的長度不小于橋板寬度或者在需要施加體外預應力的橋板寬度和基礎上再加上100mm，中部鋼托梁采用剛接或者鉸接，中部鋼墊板采用剛接。

3.3第三步，在端部鋼板的水平板上墊薄層環氧樹脂水泥砂漿備用；

3.4第四步，抬起橋板，安放端部鋼板，并且使端部鋼板的豎板頂緊橋板端部；

3.5第五步，修整中部螺桿螺母連接處橋板側面；

3.6第六步，安裝橋板就位；

3.7第七步，端部鋼板的豎板與橋板端部之間的間隙用環氧樹脂水泥砂漿填滿；

3.8第八步，在橋板中部及其兩端分別固定安裝橋板中部螺栓連接裝置及橋板端部螺栓連接裝置，橋板端部螺栓連接裝置對稱布置，橋板中部螺栓連接裝置及橋板端部螺栓連接裝置與橋板之間墊環氧樹脂水泥砂漿；

橋板中部螺栓連接裝置包括中部螺桿、中部螺母、中部鋼墊板，橋板與中部鋼托梁通過中部螺桿與中部螺母螺紋連接，中部鋼墊板與橋板之間墊環氧樹脂水泥砂漿；橋板端部螺栓連接裝置包括端部螺桿、端部螺母、端部上鋼墊板、端部下鋼墊板，端部螺桿下端穿設橋板、水平板及端部下鋼墊板，其上端穿設端部上鋼墊板與端部螺母螺紋連接，端部上鋼墊板與橋板之間也墊環氧樹脂水泥砂漿。

3.9第九步，安裝體外索；

3.10第十步，體外索張拉；

（1）體外索張拉采用三指標控制法，以橋板預拱度為主、以張拉力和體外索伸長量為輔，其中針對某一塊橋板以張拉力為主要控制指標，體外索伸長量是輔助控制指標，張拉的最終結果是一塊橋板使用的所有體外索拉力相同；就整孔橋來講以橋板預拱度為主要控制指標，張拉力是輔助控制指標，張拉的終極結果是整孔橋所有橋板預拱度都達到目標值，當體外索應力最大部位的張拉應力達到其標準強度的80%時，橋板的實測拱度值還沒有達到預拱度目標值，則應考慮增加體外索的使用數量；

（2）體外索張拉分為預張拉和張拉兩個階段，整孔橋或者一塊橋板的所有體外索同時張拉，或者分級一根一根地張拉，對于某一塊橋板應盡量對稱張拉，當體外索數量為奇數時，體外索張拉順序為"……⑤③①②④……"，當體外索數量為偶數時，體外索張拉順序為"……③①②④……"。

3.11第十一步，緊固中部螺母，切掉多余的體外索，但錨具外保留體外索的長度應滿足再次張拉的需要，對體外索進行防腐處理。

4. 實施例

4.1一座9m寬預應力混凝土空心板橋，橋面凈寬8m，縱向水平，橫坡度1.5%，上部結構套用標準圖進行設計，設計橋板8尺寸為：長×寬×厚=1996cm×99cm×85cm、荷載為公路-II級、混凝土標號為C50、200mm的橡膠支座9高度為35mm、墊塊10高度為11cm、預拱度為40mm、支座9中心線與橋板8端最短水平距離為21cm、支座9中心線與蓋梁11邊沿最短水平距離為80cm，橋下凈空沒有要求，環氧樹脂水泥砂漿10h抗壓強度達到40MPa；

4.2參見圖1，面向道路前進方向自左向右給橋板8編號，那么九塊橋板8分別被稱為1#板、2#板、3#板、4#板、5#板、6#板、7#板、8#板、9#板，它們的實測拱度分別為37mm、25mm、23mm、25mm、26mm、25mm、24mm、26mm、38mm；

4.3原橋面鋪裝在橋板8縫處切開，鉸接縫混凝土已鑿除，橋板8之間的連接已斷開，中部鋼墊板5和端部上鋼墊板16處的橋面鋪裝也已鑿除；

4.4要求使用原橋板8，采用體外預應力進行加固，恢復原設計承載能力。

4.5該預應力施加方法包括以下步驟：

4.5.1第一步，確定體外索1使用根數和各橋板8的預拱度目標值

根據試驗結合經驗決定，兩側橋板8不必施加體外預應力，每塊中間橋板8各使用四根體外索1；1#板和9#板的預拱度目標值為實測值即37mm和38mm，2#板～8#板的預拱度目標值均為40mm；

4.5.2第二步，把轉向器2分別與端部鋼板4和中部鋼托梁6連接備用。

（1）端部鋼板4用30mm厚的鋼板焊接而成，水平板規格寬990mm×長2300mm矩形，最端部豎板高度100mm+30mm+425mm；

錨具3的豎板高度150mm，兩豎板之間的水平凈距1800mm；錨具3的豎板上關于橋板8縱中軸線對稱均勻布置九個20mm穿索孔，穿索孔中心到錨具3的豎板下端面的距離為30mm，相鄰穿索孔間距100mm，自左向右給穿索孔編號，那么9個穿索孔分別被稱為1#孔～9#孔，對應穿索孔的水平板上布置9×4個螺栓孔，用于安裝固定轉向器2；

（2）對稱均勻布置的兩豎板靠橋板8中心一側與水平板下方之間形成的夾角用10塊100mm×100mm或者10塊150mm×150mm的等腰直角三角形鋼板焊接加固；

（3）1#板和9#板不施加體外預應力，它們不需要端部鋼板4，橡膠支座9與橋板8之間墊30mm×200mm×200mm的鋼板，調整橋板8的高程，此鋼板共需2×4塊。

（4）轉向器2由支座、轉向軸和轉向套組成，轉向套上帶有15.24mm的半圓形凹槽，轉向器2共需7×4×3個；

（5）中部鋼托梁6用20mm厚的鋼板焊接而成，橫截面為寬300mm×長500mm矩形，中間1010mm段水平，向兩端各3050mm段有1.5%的橫坡度，對應橋板8縫處留8個螺栓孔，對應端部轉向器2布置9×4個螺栓孔；

（6）中部鋼墊板5用30mm厚的鋼板焊接而成，長7980mm×寬300mm矩形，對應橋板8縫處留8個螺栓孔；

（7）端部上鋼墊板16、端部下鋼墊板17分別用30mm厚的鋼板制成，長500mm×寬300mm矩形和長50mm×寬50mm矩形，它們的中心處分別留1個螺栓孔；

（8）根據體外索1的布置情況，相應的把轉向器2分別與端部鋼板4和中部鋼托梁6連接備用，端部轉向器共2×7×4個，中部轉向器共7×4個；

4.5.3第三步，在端部鋼板4的水平板和30mm×200mm×200mm鋼板的上墊薄層環氧樹脂水泥砂漿7備用，環氧樹脂水泥砂漿7的強度10h達到40MPa；

4.5.4第四步，抬起橋板8，安放端部鋼板4和30mm×200mm×200mm鋼板，并且使端部鋼板4的豎板頂緊橋板8端部；

4.5.5第五步，修整中部螺桿12與中部螺母13螺旋連接橋板8側面；

4.5.6第六步，安裝橋板8就位；

4.5.7第七步，端部鋼板4的最端部豎板與橋板8端部之間的間隙用環氧樹脂水泥砂漿7填滿；

4.5.8第八步，安裝固定中部鋼墊板5和中部鋼托梁6以及端部上鋼墊板16、端部下鋼墊板17和中部螺桿12、中部螺母13、端部螺桿14、端部螺母15，中部鋼墊板5、端部上鋼墊板16和中部鋼托梁6與橋板8之間、端部下鋼墊板17和端部鋼板4之間墊環氧樹脂水泥砂漿7，中部鋼墊板5和中部鋼托梁6通過中部螺桿12、中部螺母13在橋板8間隙處連接，端部上鋼墊板16、端部下鋼墊板17通過端部螺桿14、端部螺母15在橋板8間隙處連接；

4.5.9第九步，安裝體外索1。

體外索1采用標準強度為 1860MPa的15.24mm 的鋼鉸線， 2#板～8#板所用的體外索1都穿于2#孔、4#孔、6#孔和8#孔內；

4.5.10第十步，體外索1張拉。

（1）將第七步中環氧樹脂水泥砂漿7填滿10h以后張拉體外索1，張拉體外索1的方法是：張拉體外索1分為預張拉和張拉兩個階段，預張拉為了使體外索1張緊并且使所有體外索1拉應力達到相同，預張拉應力為200MPa，然后進入張拉階段，每一塊橋板8所用的四根體外索1分別用四個穿心千斤頂同時張拉；在張拉階段，每塊橋板8每次張拉應力增加200MPa，并測量該橋板8的拱度，然后換另一塊橋板8張拉，……；每次張拉都要測量四根體外索1的伸長量，伸長量差別不大則可繼續張拉，差別大則應查明原因并在問題解決后繼續張拉；當拱度接近40mm時，每次張拉應力增加量應區別對待，在張拉過程中隨時測量橋板8的拱度，當拱度等于40mm時張拉暫停，之后進行最后一次張拉，使張拉應力增加50MPa，持荷不少于兩分鐘，作為超張拉應力；

（2）每一根體外索1安裝后便可進行預張拉，使其應力達到200MPa，所有體外索1預張拉完畢后即可進行張拉，本例從實測拱度最小的3#板開始張拉，張拉順序為：3#板→7#板→6#板→4#板→2#板→8#板→5#板，之后進行下一個循環，第一個循環張拉的結果是：張拉應力都達到400MPa，鋼絞線伸長量基本相同，按順序各板實測拱度分別為26mm、26mm、27mm、27mm、28mm、28mm、28mm；第二個循環張拉的結果是：張拉應力都達到600MPa，鋼絞線伸長量基本相同，按順序各板實測拱度分別為29mm、29mm、30mm、30mm、31mm、31mm、31mm；第三個循環張拉的結果是：張拉應力都達到800MPa，鋼絞線伸長量基本相同，按順序各板實測拱度分別為32mm、32mm、33mm、33mm、34mm、34mm、34mm；第四個循環張拉的結果是：張拉應力達到1000MPa，鋼絞線伸長量基本相同，按順序各板實測拱度分別為36mm、35mm、37mm、36mm、37mm、37mm、38mm；第五個循環張拉的結果是：各板實測拱度都達到40mm，按順序各板張拉應力分別為1260MPa、1350MPa、1200MPa、1250MPa、1200MPa、1200MPa、1100MPa；最后一個循環張拉的結果是：在第五個循環張拉的基礎上，使每根鋼絞線的張拉應力均增加50MPa并持荷3分鐘，即按順序各板張拉應力分別為1310MPa、1400MPa、1250MPa、1300MPa、1250MPa、1250MPa、1150MPa；

4.5.11第十一步，上緊中部螺母13；檢查中部鋼墊板5和中部鋼托梁6與橋板8之間是否填滿環氧樹脂水泥砂漿7，否則應補充填滿；切掉多余的鋼絞線，但是兩錨具3以外端部鋼絞線保留的長度各為100mm～120mm；按相關規范要求，對所用所有鋼材進行防腐處理。

5. 結語

該預應力施加方法的有益效果為：（1）提高了橋梁的承載能力；（2）與更換承載力不足的橋板相比，節約了投資，縮短了工期，減少了交通影響；（3）增加了橋梁安全系數；（4）加強了橫向連接，荷載橫向分布能力增強；（5）維修加固方便，預應力損失時可以隨時張拉補充，需要更換體外索時只需限制交通，而不必中斷交通；（6）體外預應力應用靈活，可以應用于部分橋板甚至是一塊橋板，也可以應用于整孔橋梁；可以作為橋梁通過超重車輛的臨時加固手段，又可作為永久提高橋梁荷載等級的措施；既可用于預應力混凝土板橋，也可用于鋼筋混凝土板橋；（7）進行預防性的養護加固，當部分橋板出現承載能力不足或者預應力損失時，針對性地施加預應力，防止了橋梁壞后再修；（8）用預拱度作為施加預應力的終極控制指標，簡單、明了、直觀、方便驗證；（9）工藝、材料和施工機具簡單，技術成熟度高，容易掌握，方便推廣應用；（10）用途廣泛，可用于新建橋梁、已建橋梁的升級改造、舊橋的加固等，也可用于其它橋型。

參考文獻

[1]JTG/T J22-2008 公路橋梁加固設計規范.

[2]JTG/T F50-2011 公路橋涵施工技術規范.

[作者簡介] 李永輝（1975-），男，學歷：本科，籍貫：河南寶豐人，職稱：高級工程師，長期從事公路工程技術與管理工作。