體外預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計施工技術(shù)研究

1、體外預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計施工技術(shù)研究報告簡本0引言橋梁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量和預(yù)應(yīng)力水平的可靠性、結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力體系的耐久性，使用基準(zhǔn)期綜合經(jīng)濟(jì)性，是現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力橋梁發(fā)展的必然趨勢。20多年來，現(xiàn)代體外預(yù)應(yīng)力橋梁有了很大發(fā)展，給預(yù)應(yīng)力橋梁帶來了更大的優(yōu)越性和發(fā)展空問，并廣泛應(yīng)用于世界各國。在我國有部分前期基礎(chǔ)，但缺乏系統(tǒng)和全面的研究。從橋梁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量和預(yù)應(yīng)力水平的可靠性上看，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束形狀復(fù)雜、管道布置密集、容易與普通鋼筋構(gòu)造發(fā)生矛盾、現(xiàn)場穿束困難；同時，密集的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力管道也增加了混凝土的澆注困難，這些因素都對混凝土施工質(zhì)量的可靠性造成不利的影響。采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)，在混凝土結(jié)構(gòu)體外布置預(yù)應(yīng)力鋼束，使混凝

2、土施工免受密集管道的影響，從而改善結(jié)構(gòu)構(gòu)造，使結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量更可靠。更為重要的是，管道內(nèi)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束施工時容易留下隱患，直接影響預(yù)應(yīng)力的可靠性。而體外預(yù)應(yīng)力體系是一種“看得見，摸得著”的預(yù)應(yīng)力體系，可以在使用期內(nèi)方便地進(jìn)行檢測、調(diào)整甚至更換，從而確保了結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力的可靠性。預(yù)制節(jié)段拼裝施工方法，具有施工速度快、混凝土質(zhì)量易控制等特點，結(jié)合體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)能夠最大限度地發(fā)揮這種施工方法的優(yōu)點，使預(yù)制節(jié)段的結(jié)構(gòu)構(gòu)造更標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)制及現(xiàn)場架設(shè)施工速度更快。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)促進(jìn)了新結(jié)構(gòu)的發(fā)展，促進(jìn)了預(yù)應(yīng)力技術(shù)與鋼結(jié)構(gòu)、鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的融合。采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的（波紋）鋼腹板、鋼或混凝土桁架腹板等組合結(jié)構(gòu)橋梁

3、，使橋梁上部結(jié)構(gòu)的重量大為減輕。從橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性來看，體外預(yù)應(yīng)力體系具有自身防護(hù)功能，如采用具有多層防腐的單根環(huán)氧涂層無粘結(jié)鋼絞線，避免了管道壓漿不滿及空洞造成的灌漿質(zhì)量問題，也避免了因混凝土碳化及水泥灌漿開裂對傳統(tǒng)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束造成的侵害；由于預(yù)應(yīng)力鋼材在高應(yīng)力作用下的腐蝕將導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕而斷裂，所以預(yù)應(yīng)力鋼材的耐久性是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)耐久性的重要保證。體外預(yù)應(yīng)力體系具有的可調(diào)整、可檢測、可更換的特點，使其比傳統(tǒng)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力體系具有更可靠的耐久性保證。從橋梁結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性來看，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)可以減小結(jié)構(gòu)的非受力需要尺寸，降低結(jié)構(gòu)重量和上下部結(jié)構(gòu)的材料用量。相比體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，一旦在使用期內(nèi)出現(xiàn)

4、問題，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)費用要小得多。故體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)比體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有壽命期整體經(jīng)濟(jì)性。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)由于在現(xiàn)代橋梁建設(shè)中具有較為突出的優(yōu)點，故在國外橋梁建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。我國正處于預(yù)應(yīng)力技術(shù)迅速發(fā)展、成熟時期，在過去二、三十年的時間內(nèi)，我國在體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁技術(shù)，尤其在后張預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁技術(shù)的研究與應(yīng)用方面，取得了很大進(jìn)步。隨著預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁建設(shè)經(jīng)驗的積累，以及對結(jié)構(gòu)設(shè)計理念認(rèn)識的不斷深入，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則已經(jīng)從單純的安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展為安全、經(jīng)濟(jì)、耐久并重，發(fā)展體外預(yù)應(yīng)力橋梁具有現(xiàn)實意義和迫切性。盡管體外預(yù)應(yīng)力橋梁的發(fā)展優(yōu)勢在國外橋梁建設(shè)中已充分體現(xiàn)出來，但在我國因技術(shù)

5、儲備不足而進(jìn)展較慢。同時，作為一種較新的結(jié)構(gòu)體系，在設(shè)計理論與方法的研究方面仍存在許多急待解決的問題。對體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的設(shè)計理論和方法、關(guān)鍵部位構(gòu)造及其設(shè)計方法、體外預(yù)應(yīng)力橋梁施工技術(shù)的全面研究；發(fā)展可調(diào)整、可檢測、可更換的體外預(yù)應(yīng)力體系，是體外預(yù)應(yīng)力橋梁應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。本項目聯(lián)合承擔(dān)單位體集科研、設(shè)計、施工于一體，對西部人才的培養(yǎng)是多方面的，參研人員通過本項目的研究，已成為西部地區(qū)在這個領(lǐng)域的技術(shù)骨干或帶頭人，另有十余名碩士、博士通過課題的相關(guān)研究通過了論文答辯；公開發(fā)表科研學(xué)術(shù)論文五十余篇；獲得兩項發(fā)明專利。依托工程立足西部，其科研、建設(shè)的過程涉及建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理和施工等單位

6、，對眾多的西部地區(qū)的管理人員、技術(shù)人員具有良好的帶動作用。人才的培養(yǎng)，對西部交通的建設(shè)與發(fā)展拓開了廣闊的空間，使該項研究成果能較快速、全面地運用于西部交通建設(shè)項目，為西部地方交通企事業(yè)單位的科研水平的提高提供了一個平臺和強(qiáng)有力的技術(shù)支持。1項目研究內(nèi)容與實施路線1.1 總體目標(biāo)(1)項目研究總報告，實現(xiàn)對10個子課題中分項研究總結(jié)。(2)完成了體外預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計指南施工指南的編寫；(3)依托工程橋梁的應(yīng)用效果報告；(4)全套體外預(yù)應(yīng)力體系和產(chǎn)品的研制報告。1.2 主要研究內(nèi)容本項目共設(shè)十個子題，分別從調(diào)研、理論與計算方法、設(shè)計與施工、產(chǎn)品到指南編寫。1.2.1 體外預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計理論、方法和應(yīng)

7、用實例調(diào)研調(diào)研國內(nèi)外體外預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計理論、方法的發(fā)展?fàn)顩r，收集體外預(yù)應(yīng)力橋梁實際工程應(yīng)用情況；深入了解國外較成熟設(shè)計規(guī)范及其相關(guān)條文的適用條件和研究背景，結(jié)合我國實際情況提出在我國西部發(fā)展體外預(yù)應(yīng)力橋梁的研究方向。1.2.2 體外預(yù)應(yīng)力橋梁正常使用階段設(shè)計理論和方法研究(1)體外預(yù)應(yīng)力橋梁預(yù)應(yīng)力損失計算方法研究根據(jù)體外預(yù)應(yīng)力鋼索(束)與結(jié)構(gòu)的粘結(jié)關(guān)系，研究體外預(yù)應(yīng)力鋼索(束)摩阻損失、彈性壓縮、徐變收縮引起的預(yù)應(yīng)力損失計算方法。工作錨板千斤頂斜墊塊試驗臺座預(yù)應(yīng)力鋼束轉(zhuǎn)向器試驗臺座斜墊塊千斤頂工作錨板圖1摩擦系數(shù)試驗裝置（2）體外預(yù)應(yīng)力鋼索（束）特殊非線性計算模型和計算方法研究體外預(yù)應(yīng)力鋼索（

8、束）與結(jié)構(gòu)的粘結(jié)關(guān)系由人為指定。出于耐久性設(shè)計的考慮，體外預(yù)應(yīng)力鋼索（束）在轉(zhuǎn)向構(gòu)造處一般采用與結(jié)構(gòu)沒有聯(lián)系的無粘結(jié)體系。在活載作用下，體外預(yù)應(yīng)力鋼索（束）在轉(zhuǎn)向構(gòu)造處不可避免地會產(chǎn)生滑移，并對結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生非線性的影響。對這種特殊非線性效應(yīng)的研究需要建立合適的分析模型，以判斷體外預(yù)應(yīng)力鋼索（束）在各轉(zhuǎn)向構(gòu)造處的滑移條件研究體外預(yù)應(yīng)力鋼索（束）的非線性滑移和二次非線性效應(yīng)能夠更準(zhǔn)確地計算彈性階段直至極限階段體外預(yù)應(yīng)力效應(yīng)及對結(jié)構(gòu)的影響。0.3%0.3%*0.2%t0.2%二0.1%0.1%0.0%h/L16182025h/L16182025,5Q,5Q,5Q221100應(yīng)效次二a）L=30m,b

9、/L=0.2b）L=50m,b/L=0.6圖2體外鋼束與轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)之間滑移狀態(tài)對二次效應(yīng)影響1.2.3體外預(yù)應(yīng)力橋梁抗彎極限承載力設(shè)計理論和方法研究（1）體外預(yù)應(yīng)力橋梁抗彎極限承載能力非線性設(shè)計理論研究根據(jù)體外預(yù)應(yīng)力橋梁進(jìn)入抗彎極限狀態(tài)時的非線性特點，重點研究極限狀態(tài)下體外預(yù)應(yīng)力鋼索（束）在轉(zhuǎn)向構(gòu)造處滑移產(chǎn)生的特殊非線性，極限狀態(tài)下體外預(yù)應(yīng)力鋼索（束）與截面不協(xié)調(diào)變形產(chǎn)生的幾何非線性，極限狀態(tài)下體外預(yù)應(yīng)力鋼索（束）、普通鋼筋、混凝土物理非線性等的影響。圖3預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的通用有限元模型（2）體外預(yù)應(yīng)力橋梁抗彎極限承載力全過程分析方法研究體外預(yù)應(yīng)力橋梁抗彎極限承載能力與許多因素有關(guān)：橋梁結(jié)構(gòu)型式

10、、橋梁高跨比；體外預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向構(gòu)造的形式、位置和數(shù)量；體外預(yù)應(yīng)力體系及其與結(jié)構(gòu)的粘結(jié)關(guān)系；體內(nèi)、體外預(yù)應(yīng)力配筋比例等。在常用計算方法中，結(jié)構(gòu)彈性階段至極限階段的分析往往是不連續(xù)的，兩者分析一般是分開獨立進(jìn)行的，極限承載能力分析往往以橋梁一次落架為起點，與橋梁真實施工過程不建立聯(lián)系。由于大跨徑體外預(yù)應(yīng)力橋梁往往采用節(jié)段施工方法，其受力狀態(tài)與施工方法密切相關(guān)，故極限狀態(tài)的受力應(yīng)以真實施工過程所累計的受力狀態(tài)為起點，即在進(jìn)行極限階段分析時應(yīng)以考慮施工過程的彈性階段分析結(jié)果為起點。因此，提出考慮受力全過程的體外預(yù)應(yīng)力橋梁極限階段分析方法，能夠更準(zhǔn)確地計算體外預(yù)應(yīng)力橋梁的極限承載力。對于預(yù)制節(jié)段施工體外預(yù)

11、應(yīng)力橋梁，節(jié)段間接縫是決定其極限階段力學(xué)性能的關(guān)鍵影響因素。子課題8（預(yù)制節(jié)段施工體外預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計方法、施工技術(shù)研究）側(cè)重于研究預(yù)制節(jié)段施工的體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，建立接縫的力學(xué)模型是子課題8重要的組成部分。將子課題8建立的接縫數(shù)值模型與上述分析方法相結(jié)合，即可以準(zhǔn)確計算預(yù)制節(jié)段施工體外預(yù)應(yīng)力橋梁的抗彎極限承載力。（3）體外預(yù)應(yīng)力橋梁抗彎承載力簡化計算方法研究根據(jù)提出的考慮受力全過程的體外預(yù)應(yīng)力橋梁極限階段分析方法，規(guī)劃代表不同參數(shù)的體外預(yù)應(yīng)力橋梁（如簡支/連續(xù)、跨高比、轉(zhuǎn)向間距改變等），分析計算體外預(yù)應(yīng)力鋼索（束）在達(dá)到極限承載力時的應(yīng)力（簡稱體外預(yù)應(yīng)力鋼索（束）的極限應(yīng)力）。同時規(guī)劃具有相當(dāng)數(shù)

12、量的體外預(yù)應(yīng)力橋梁縮尺模型試驗，驗證到破壞時體外索極限應(yīng)力的計算值，得到修正系數(shù)，從而推薦體外預(yù)應(yīng)力鋼索（束）極限應(yīng)力的取值，以滿足生產(chǎn)實際中對體外預(yù)應(yīng)力橋梁極限承載力簡化計算的要求。本項目通過對體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁抗彎極限承載力的簡化分析和試驗研究，試驗實測結(jié)果均與推薦的體外預(yù)應(yīng)力鋼束極限應(yīng)力、極限有效高度，以及截面抗彎承載能力的簡化計算方法吻合良好且滿足設(shè)計可靠度要求。圖4抗彎試驗加載1.2.4 體外預(yù)應(yīng)力橋梁抗剪極限承載力設(shè)計理論和方法研究(1)體外預(yù)應(yīng)力箱形梁抗剪橋極限承載力和配筋方法研究本項目針對配置縱向腹筋的腹部適配筋情況，在混凝土產(chǎn)生斜裂縫的情況下，由縱向腹筋和豎直箍筋形成網(wǎng)格，

13、分別承擔(dān)主拉應(yīng)力的水平和豎向分量，混凝土起網(wǎng)格定位作用。在此基礎(chǔ)上，研究極限狀態(tài)下橋梁的抗剪性能及抗剪配筋的理論和方法。本項研究從固體力學(xué)理論出發(fā)，研究箱梁截面空間剪應(yīng)力分布規(guī)律，研究混凝土和鋼筋分離的抗剪強(qiáng)度設(shè)計計算方法，研究(體外)預(yù)應(yīng)力因素對結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度的影響，采用理論研究和試驗研究相結(jié)合的方法，提出抗剪承載力“拉應(yīng)力域”配筋設(shè)計理論。根據(jù)同濟(jì)大學(xué)的幾十根體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁的試驗研究結(jié)果，考慮了諸多影響體外預(yù)應(yīng)力抗剪承載能力極限狀態(tài)的因素，統(tǒng)計回歸出了體外預(yù)應(yīng)力梁的抗剪極限承載力簡化計算方法。(2)預(yù)制節(jié)段施工體外預(yù)應(yīng)力箱梁橋抗剪極限承載力和配筋方法研究預(yù)制節(jié)段施工體外預(yù)應(yīng)力箱梁的普通鋼

14、筋在接縫處是完全斷開的，國內(nèi)外對其機(jī)理的研究尚不充分，故抗剪極限承載力及其配筋方法在各國規(guī)范中均不成熟，甚至未提及。但是，預(yù)制節(jié)段施工方法是體外預(yù)應(yīng)力橋梁最具特色的施工方法，并具有許多優(yōu)點，故對其抗剪承載力計算方法的研究非常重要。研究在整體施工橋梁抗剪配筋方法研究成果的基礎(chǔ)上，提出針對預(yù)制節(jié)段施工體外預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)抗剪配筋的設(shè)計建議。圖5抗剪試驗裝置圖6模型梁破壞照片1.2.5 體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁關(guān)鍵部位構(gòu)造和配筋方法研究歸納總結(jié)體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的錨固位置和轉(zhuǎn)向位置的關(guān)鍵構(gòu)造，通過大型有限元程序?qū)﹀^固結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)計算分析，結(jié)合復(fù)雜區(qū)域配筋的拉壓桿模型(strut-and-tiemod

15、el)理論，分析錨固位置和轉(zhuǎn)向位置應(yīng)力分布規(guī)律和力線傳遞路線，以及影響這些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)受力特點的影響因素。提出基于混凝土拉應(yīng)力域配筋理論的錨固橫梁配筋方法。通過對轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)和錨固結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)比較和分析，找出其普遍規(guī)律，總結(jié)出幾種典型的模式，采用拉壓桿模型理論和基于混凝土拉應(yīng)力域配筋理論構(gòu)造其受力路徑并進(jìn)行配筋設(shè)計。圖7轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)壓應(yīng)力加載面示意圖圖8箱梁截面轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)邊界條件示意圖a橫向應(yīng)力b豎向應(yīng)力c第一主應(yīng)力圖9箱梁錨固結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布1.2.6 體外預(yù)應(yīng)力鋼束疲勞評價研究本部分對體外預(yù)應(yīng)力鋼束疲勞性能的研究分為三個方面：一是通過對體外預(yù)應(yīng)力鋼束在活載作用下的應(yīng)力變化幅度的分析，來研究體外預(yù)應(yīng)力鋼束組

16、件（包括錨夾具、連接器）的整體疲勞性能；二是分析在轉(zhuǎn)向處體外預(yù)應(yīng)力鋼束的局部應(yīng)力變化，來研究體外預(yù)應(yīng)力鋼束本身的局部疲勞特性；其次，對于由單根無粘結(jié)鋼束組成的體外預(yù)應(yīng)力體系（如OVMTJ.E）,尚有另外一種特殊的局部問題，即鋼束在轉(zhuǎn)向處由于來回滑動，造成鋼絞線會對外包PE在高壓應(yīng)力情況下不斷摩擦，可能導(dǎo)致外包PE層磨損甚至損壞，從而失去對鋼絞線的保護(hù)。這個現(xiàn)象雖然與真正的疲勞無關(guān)，但卻與活載作用下體外預(yù)應(yīng)力鋼束在轉(zhuǎn)向處的局部滑移密切相關(guān)，也屬于使用性能范疇，需要專門的研究。因而，有關(guān)體外預(yù)應(yīng)力鋼束的疲勞評價研究內(nèi)容包括：(1)體外預(yù)應(yīng)力鋼束整體疲勞評價研究(2)體外預(yù)應(yīng)力鋼束局部疲勞評價研究圖

17、10試件和試驗裝置試驗照片1.2.7 大跨徑體外預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計方法、施工技術(shù)研究(1)大跨徑體外預(yù)應(yīng)力橋梁體外預(yù)應(yīng)力鋼索(束)合理布置方式研究對于懸臂施工的大跨徑體外預(yù)應(yīng)力橋梁，往往采用體內(nèi)、體外預(yù)應(yīng)力混合配置方式。體內(nèi)、體外預(yù)應(yīng)力鋼索(束)比例與結(jié)構(gòu)施工過程及成橋后的應(yīng)力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)的抗彎極限承載力、抗剪極限承載力、關(guān)鍵區(qū)域局部受力及構(gòu)造、橋梁的施工技術(shù)密切相關(guān)，因此必須研究體內(nèi)、體外預(yù)應(yīng)力的適當(dāng)比例及其布置方式。1.1.1 徑體外預(yù)應(yīng)力橋梁施工技術(shù)研究研究大跨徑懸臂施工體外預(yù)應(yīng)力橋梁的相關(guān)施工技術(shù)，特別是大跨徑懸臂施工橋梁中體外預(yù)應(yīng)力體系的施工技術(shù)。圖11轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)處轉(zhuǎn)向器的定位圖12安裝完畢

18、的4#轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)1.1.8 預(yù)制節(jié)段施工體外預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計方法、施工技術(shù)研究針對預(yù)制節(jié)段施工體外預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計方法、施工技術(shù)開展如下5個方面的專題研究：(1)預(yù)制節(jié)段體外預(yù)應(yīng)力橋梁技術(shù)特點(2)預(yù)制節(jié)段體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的設(shè)計應(yīng)力與抗裂要求(3)預(yù)制節(jié)段體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造(4)預(yù)制節(jié)段接縫形式和施工性能(5)預(yù)制節(jié)段拼裝體外預(yù)應(yīng)力橋梁施工工藝1.1.9 體外預(yù)應(yīng)力體系構(gòu)造及防腐措施研究本子課題調(diào)研國外較成熟的體外預(yù)應(yīng)力體系，繼承優(yōu)點、克服缺點，形成一套較為完善且能單根換索的新型體外預(yù)應(yīng)力體系。比較各種防腐材料的性能，確定錨固構(gòu)造的防腐體系。結(jié)合實橋進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力鋼束安裝、張拉、調(diào)整、

19、更換、防護(hù)、減振等關(guān)鍵施工技術(shù)研究。參照國外規(guī)范及理論及試驗研究成果，提出體外預(yù)應(yīng)力鋼束減振裝置設(shè)置方法以及限制體外預(yù)應(yīng)力鋼束二次效應(yīng)的限位構(gòu)造設(shè)置方法。OVM-TJ.E體外預(yù)應(yīng)力體系是同濟(jì)OVM預(yù)應(yīng)力研究中心新近研發(fā)完成的一種新型體外預(yù)應(yīng)力體系。該體系的研發(fā)立足于單根操作，即可以進(jìn)行單根張拉和單根換索，并可以方便使用過程中對體外鋼束的單根檢測。OVM-TJ.E體外預(yù)應(yīng)力體系在直線段不灌漿，采用可伸縮的外套管可以隨時暴露單根鋼束，以方便在使用期的外觀檢測和束力跟蹤檢測；OVM-TJ.E體外預(yù)應(yīng)力體系采用在轉(zhuǎn)向處進(jìn)行梳束的的專用轉(zhuǎn)向裝置，并于2006年5月17日獲得國家發(fā)明專利（專利號：ZL02

20、119602.8）,這種轉(zhuǎn)向裝置同時解決了體外預(yù)應(yīng)力鋼束任意方向轉(zhuǎn)向的廣泛適用性要求和滿足在轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)之間適應(yīng)一定誤差的要求。圖13OVM-TJ.E體外預(yù)應(yīng)力體系展示圖14OVM-TJ.E體外預(yù)應(yīng)力體系的換過索施工圖15OVM-TJ.E體外預(yù)應(yīng)力體系總成圖1.1.10 體外預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計施工指南編制與體外預(yù)應(yīng)力體系成果依據(jù)上述相關(guān)研究成果，結(jié)合國內(nèi)外規(guī)范的調(diào)研，引進(jìn)成熟條文，提出體外預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計和施工指南。這也是本項目最終提交成果的重要組成部分。1.3 技術(shù)路線本項目研究的總體技術(shù)路線為：以國內(nèi)外體外預(yù)應(yīng)力橋梁科研、設(shè)計及施工調(diào)研、資料收集為起點，了解國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、找出項目具體研究方向；以科

21、研調(diào)研為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計理論與方法、體外預(yù)應(yīng)力體系、施工工藝技術(shù)以及依托工程實踐等各方面內(nèi)容開展綜合系統(tǒng)研究；以項目研究成果和依托工程實踐結(jié)果為依托，結(jié)合國內(nèi)外調(diào)研資料分析總結(jié)，編制體外預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計與施工指南。本項目的重點是體現(xiàn)體外預(yù)應(yīng)力橋梁特點的計算理論與設(shè)計構(gòu)造方法，以及解決工程實踐的施工技術(shù)和預(yù)應(yīng)力工藝。十個子課題較全面體現(xiàn)了上述兩個方面的內(nèi)容，十個子課題相互獨立又互相聯(lián)系。項目承擔(dān)聯(lián)合體充分理解課題相關(guān)聯(lián)系，明確分工，互相支持，確保順利實現(xiàn)本項目任務(wù)。1.4 依托工程及成果應(yīng)用情況本項目依托工程包括重慶新灘泰江大橋和遼寧省鐵嶺至朝陽高速公路K240+550天橋：兩依托工程與項目均有良好

22、的時間對應(yīng)關(guān)系，2008年10月合攏后完成體外索張拉。遼寧省鐵嶺至朝陽高速公路K240+550天橋于2007年5月通車試驗結(jié)束。研究成果均在依托工程中得到了較好的應(yīng)用，確保了依托工程的安全順利進(jìn)行，建成后各項指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求，說明實際工程與科研相結(jié)合取得了較好的效果。圖16重慶新灘某江大橋正在懸臂施工中圖17合攏后重慶新灘某江大橋圖18K240+550天橋通車試驗2主要研究成果與創(chuàng)新點(1)依托工程一一重慶新灘泰江大橋采用新穎的體內(nèi)、體外混合配束方式，其創(chuàng)新之處在于該橋并不是對體外預(yù)應(yīng)力鋼束的簡單應(yīng)用，而是具有以下兩個方面的重要特點：一是盡量多地采用可更換、可檢測的體外預(yù)應(yīng)力鋼束，以確保預(yù)應(yīng)力

23、的可靠性、結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性，并使施工更方便，質(zhì)量更便于控制；二是將體外預(yù)應(yīng)力鋼束和體內(nèi)下彎預(yù)應(yīng)力鋼束提供的預(yù)剪力，與邊跨及跨中合攏段上彎體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束提供的預(yù)剪力相結(jié)合，從而減小全橋的包載剪力，也減小了箱梁全斷面的恒載剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力。依托工程的配束方式充分結(jié)合了體外束的優(yōu)點和箱梁結(jié)構(gòu)空間受力的特點，落實了大綱評審時專家提出的重視混凝土結(jié)構(gòu)開裂性問題的建議。同時，依托工程的建設(shè)管理、設(shè)計、施工、監(jiān)控等各方面為科研成果的實現(xiàn)提供了堅強(qiáng)的支撐。這種兼顧體外束耐久性和箱梁結(jié)構(gòu)抗裂性的體內(nèi)、體外配束方式為國內(nèi)外首次采用，具有原創(chuàng)性。(2)提出混凝土結(jié)構(gòu)有規(guī)律應(yīng)力分布“拉應(yīng)力域”的配筋新理論，通過網(wǎng)

24、格配筋方式以承擔(dān)混凝土拉應(yīng)力的正交分量。該設(shè)計理論的特點是，在使用階段控制參數(shù)為限制混凝土裂縫寬度的鋼筋拉應(yīng)力；在極限階段控制參數(shù)為縱橫向鋼筋的面積。在抗剪設(shè)計方面，“拉應(yīng)力域”為雙向二維應(yīng)力中的主拉應(yīng)力，這種設(shè)計理論強(qiáng)調(diào)網(wǎng)格鋼筋的抗剪作用，即將原來抗剪鋼筋僅為腹板箍筋,擴(kuò)大到更為廣泛的領(lǐng)域，即所有組成箱梁斷面的板式結(jié)構(gòu)的面內(nèi)縱橫向配筋都是需要進(jìn)行設(shè)計計算的抗剪鋼筋。在體外預(yù)應(yīng)力橋梁的轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)和錨固結(jié)構(gòu)配筋方面，“拉應(yīng)力域”為雙向一維應(yīng)力(豎向、橫向拉應(yīng)力)。該研究成果為本課題中箱梁抗剪配筋設(shè)計和轉(zhuǎn)向錨固結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。混凝土結(jié)構(gòu)“拉應(yīng)力域”配筋理論不同于以往所有配筋理論，

25、可以覆蓋現(xiàn)有配筋理論的許多“死角”，具有寬廣的應(yīng)用前景。(3)全面深入研究了體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法和施工技術(shù)，取得了豐富的研究成果，并通過依托工程實踐建立了完整的設(shè)計、施工指南，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：深入研究了使用階段體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的特殊非線性問題，建立了鋼束的滑移和二次效應(yīng)的分析方法，進(jìn)行了定量分析。建立了能考慮施工過程影響的體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗彎全過程分析方法，以及節(jié)段接縫的分析模型，并由試驗分析方法進(jìn)行了驗證。在理論研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了較大規(guī)模的試驗研究，建立了考慮節(jié)段問接縫和二次效應(yīng)影響的體外預(yù)應(yīng)力橋梁抗彎承載力簡化計算公式，以及考慮節(jié)段間接縫的體外預(yù)應(yīng)力梁抗剪承載能力

26、的簡化公式。通過體外預(yù)應(yīng)力鋼束的整體應(yīng)力變幅、局部彎曲應(yīng)力和鋼束磨損分析，全面研究了體外預(yù)應(yīng)力鋼束的疲勞問題。在此基礎(chǔ)上建立了包括體外預(yù)應(yīng)力鋼束使用階段的應(yīng)力限值等與之相關(guān)的設(shè)計參數(shù)。系統(tǒng)、完整研究了預(yù)制節(jié)段施工體外預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)及其特殊構(gòu)造的設(shè)計方法，詳細(xì)闡述了節(jié)段預(yù)制與拼裝架設(shè)工藝。(4)研制了一套完整的體外預(yù)應(yīng)力體系OVM-TJ.E。其特點體現(xiàn)在以下幾個方面：一是通過單根鋼絞線梳索式轉(zhuǎn)向器滿足了單根鋼絞線張拉和更換操作的要求，并能同時滿足豎彎和平彎；二是自由段鋼束不灌漿隨時可滿足檢測的要求。OVM-TJ.E體系采用環(huán)氧涂層鋼較線，具在耐久性、可操作性、施工簡易性及方便檢測等方面的綜合指標(biāo)達(dá)到了新的高度，相比國外同類產(chǎn)品具有較明顯的特點及優(yōu)勢。該體系于2006年5月17日獲國家發(fā)明專利(專利號：ZL02119602.8)。3項目的經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益及推廣應(yīng)用前景“體外預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計施工技術(shù)研究”以目前國內(nèi)外的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀入手，通過相關(guān)的計算理論、方法和應(yīng)用實例調(diào)研，完成了包括相關(guān)的正常使用階段設(shè)計理論和方法、抗彎和抗剪極限承載力設(shè)計理論和方法、關(guān)鍵部位的構(gòu)造與配筋方法、體外預(yù)應(yīng)力材料與體系的構(gòu)造、防腐