近年來，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性引起了國內(nèi)外土木工程界的廣泛關(guān)注。混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的嚴重損壞和鋼筋的不斷腐蝕嚴重危及橋梁的使用安全。采用具有防腐保護措施的體外預應力技術(shù)是解決混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要途徑之一。體外預應力技術(shù)于20世紀30年代開始應用于橋梁結(jié)構(gòu)。目前，體外預應力技術(shù)在國外應用廣泛。以法國和美國為代表修建了大量體外預應力混凝土橋梁，在提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和設(shè)計方案的競爭力方面取得了顯著成效。

       中國在20世紀60年代建造了第一座體外預應力混凝土橋。當時體外預應力技術(shù)主要用于中小橋梁的加固工程。體外預應力筋用于大型橋梁的部分部件(如丹陽大橋系桿拱的加固梁)。2000年建成的吉林牛欄子大橋是哈爾濱工業(yè)大學與吉林交通研究所合作設(shè)計的中國第一座體外預應力混凝土簡支梁試驗橋。

       隨著人們對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性認識的提高和體外預應力應用技術(shù)的不斷進步，體外預應力混凝土橋梁將在中國發(fā)展迅速。由于應用體外預應力技術(shù)的橋梁具有施工簡單、工程質(zhì)量高、工程造價低的優(yōu)點，在世界各地得到廣泛應用。我國還將體外預應力技術(shù)應用于簡單的箱梁和連續(xù)的箱梁，取得了良好的效果。正如世界著名橋梁專家列翁哈特預測的那樣，毫無疑問，外部預應力技術(shù)將隨著高強度混凝土的發(fā)展而成為技術(shù)必需品。此外，在21世紀，復合材料將與外部預應力相結(jié)合，從而從鋼筋腐蝕中拯救土木工程。

       1.工程簡介

       鶴大公路雞西至牡丹江段是黑龍江省公路OK主骨架的一部分，是東部重要交通干線國道的一部分，是黑龍江省東部重要交通路線。全長164km，按一級公路標準設(shè)計，不封閉，為便于與沿線主要城鎮(zhèn)聯(lián)系，共設(shè)10條二、三級公路標準支線。牡丹江支線是鶴大公路的進城通道，起點于牡丹江市東出口鐵嶺河大橋東橋頭中心線，終點于主線K340+758.63，全長2.3386km。

       2.鐵嶺河橋

       根據(jù)黑龍江省交通廳2001年重點科技項目規(guī)劃要求，牡丹江支線應用體外預應力技術(shù)修建橋梁。鐵嶺河大橋?qū)⒊蔀橹袊�最大的跨度體外預應力變截面連續(xù)箱梁橋。牡丹江支線鐵嶺河大橋由哈爾濱建筑大學建筑設(shè)計研究院設(shè)計。主梁采用結(jié)構(gòu)空間分析程序SAPQO計算，設(shè)計中考慮了多種荷載組合，包括恒載、預加力、活載、基礎(chǔ)沉降、溫度變化等。標準跨度為25m+40m+25m，上部為單箱單室箱梁。主梁呈拋物線形，跨中高度120cm，中墩處220cm，施工采用滿堂紅支架現(xiàn)澆。鐵嶺河大橋地質(zhì)條件較好，河床7m以下基本為全風化砂巖或強風化砂巖�；�礎(chǔ)設(shè)計為鉆孔灌注樁，下部為肋板平臺和柱墩。該橋于2001年5月開工建設(shè)，目前已完成所有主體工程。

       2.1體外預應力索

       體外預應力索有三種:所有體外預應力，每根跨預應力鋼索連續(xù)；所有體外預應力，每根跨預應力鋼索不連續(xù)；體外預應力與體內(nèi)預應力混合。牡丹江支線鐵嶺河大橋的體外預應力是第一種類型。箱梁外索設(shè)計為17標準型-15.24-1860-11-GB/TJ24-1995鋼絞線。7根為1股，每層涂有0.15-0.20毫米的環(huán)氧樹脂涂層，14股包裹在高密度聚乙烯管(HDPE)中，縫隙用黃油填充，防止腐蝕和氧化。橋上共有10根索，分為2組，每組5根，分布在兩側(cè)腹板附近。每根索長92毫米，重1.6毫米，給穿束帶來很大困難。穿索過程中一定要注意保護索盡量不要損壞，影響PE層的防腐效果。在錨固端混凝土中，將HDDE管剝離1458-1567毫米，沖洗黃油后，用3毫米厚的橡膠密封套筒與φ90(內(nèi)徑)t=2毫米鋼管連接，鋼管插入錨具喇叭管40毫米，并與周圍焊接牢固。

       2.2

       錨具采用OVM-15-14型張拉系統(tǒng)，張拉千斤為YCW350，油泵為ZB41500型。錨端預埋稅0螺旋筋，直徑350mm，螺距60mm，靠梁端220mm螺旋筋內(nèi)預埋喇叭管用于張拉。與普通體內(nèi)預應力索相比，體外預應力索的錨固難度更大。體內(nèi)預應力索錨固處的預應力進入混凝土，而體外索的預應力與腹板平行，偏心，產(chǎn)生較大的剪應力和正應力。體外索的拉力全部通過錨具傳遞給箱梁混凝土。

       2.3張拉

       預應力索為17標準型-15.24-1860-ⅱ-GB/TJ224-1995低松弛鋼絞線，標準強度=1860mpa，預應力鋼索的張力為N=2730kn。由于使用的千斤頂有效行程為20厘米，在張力應力下達不到33.1厘米。為了實現(xiàn)雙控，采取中間預錨措施，即倒頂。在張力伸長的基礎(chǔ)上，再次張力到設(shè)計噸位。根據(jù)計算，索的張力程序是:

       2.4轉(zhuǎn)向肋的結(jié)構(gòu)和應力分析

       鐵嶺河橋體外索貫穿整個橋長，整個橋的預應力是連續(xù)的。箱梁不同截面的應力值不同，跨度最大，支撐部位如墩頂?shù)膹澙瓚�力為負。為了充分發(fā)揮體外索的最大效率。使用轉(zhuǎn)向肋和轉(zhuǎn)向鋼管，使體外索始終處于結(jié)構(gòu)的拉伸區(qū)域。轉(zhuǎn)向肋是與梁體腹板同時澆筑的高標準混凝土塊距離中墩中心線兩側(cè)10毫米開始，每隔5毫米在左右腹板對稱連續(xù)設(shè)置3個轉(zhuǎn)向肋，與梁體同時現(xiàn)澆。注意加強鋼筋和預埋轉(zhuǎn)向鋼管的布置。轉(zhuǎn)向肋的布置不僅實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)預應力值在不同截面的轉(zhuǎn)換，而且提高了腹板的強度，增強了梁體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

       3.體外預應力的優(yōu)缺點

       3.1優(yōu)點

       (1)預應力索設(shè)計簡單，避免了結(jié)構(gòu)細節(jié)的復雜性。預應力筋在混凝土中不設(shè)置或少設(shè)置，使普通鋼筋易于布置，從而簡化了施工工藝，提高了工作效率和工程質(zhì)量。

       (2)箱梁腹板內(nèi)沒有預應力索管，體外索預應力可以抵抗腹板的剪力，因此腹板厚度可以減少，工程數(shù)量可以減少，工程成本可以降低。鋼索管道灌漿事故減少或無問題，即使有問題也很容易解決。

       (3)在橋梁使用過程中，可以經(jīng)常使用x射線或其他技術(shù)來監(jiān)測鋼索的應力狀態(tài)和混凝土截面的應力。

       (4)使用換索方案橋梁可以延長2O-3O年，提高橋梁的承載能力，延長橋梁的使用壽命。

       3.2缺點

       對于梁體任意部位的變形、腐蝕等使結(jié)構(gòu)強度降低的變化，其應力會集中在強度薄弱的表面或點上，因此結(jié)構(gòu)容易受到災害破壞和火災傷害。

       (2)無粘結(jié)、無束縛的體外預應力索削弱了抵抗破壞荷載和保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的能力。

       4.動靜荷載試驗

       橋梁施工完成后，為了驗證體外預應力結(jié)構(gòu)的實際理論是否與實際應力和變形一致，哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院的專家對鐵嶺河體外預應力混凝土連續(xù)梁橋進行了移動和靜載試驗，檢驗了橋后主橋結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，以及所有活載下結(jié)構(gòu)的反應是否符合設(shè)計要求。測試內(nèi)容包括:

       (1)混凝土應變:在活載作用下，混凝土的縱向應力由主梁控制。

       (2)主梁變形:在活載作用下，主橋控制斷面的垂直撓度。

       (3)索應力增量:在活載作用下，各體外索的應力增量和分布。

       通過實驗，實驗橋的各項實驗指標與設(shè)計理論數(shù)據(jù)基本一致。實測中跨度最大撓度為13.79毫米，小于規(guī)范規(guī)定的允許值L/600=4萬/600=66.67毫米。各種車輛在不同速度下的激振頻率約為3.4-4.2毫米，平均值為3.94毫米，大于結(jié)構(gòu)自振頻率2.657毫米，結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生臨界共振。