摘要：本文作者結合自身多年對橋梁設計的工作經驗，結合工程實例，論述體外預應力混凝土T梁設計中應考慮的問題及其優化設計的過程，可供類似橋梁設計參考。
　　關鍵詞：體外預應力；T梁；橋梁設計
　　
　　體外預應力混凝土結構將預應力筋(索)置于混凝土梁體以外，僅在梁的轉向塊和錨固塊處與梁體接觸。與傳統的體內預應力結構相比，體外預應力結構具有截面尺寸小、自重輕、預應力筋更換與維護管理方便、預應力摩擦損失小、施工工期短以及耐久性好等優點。因此，體外預應力結構應用非常廣泛，既可以用于預應力混凝土橋梁、特種結構和建筑工程結構等新建結構，也可以用于既有混凝土結構的加固及維修，同時還可以用于臨時性預應力混凝土結構或施工臨時性鋼索。隨著斜拉橋和高強混凝土技術的發展，體外預應力技術的應用將是現代預應力混凝土結構施工的主要趨勢之一。
　　混凝土T梁具有預制方便、架設簡單、截面形式經濟等優點，特別適用于中等跨徑的簡支梁橋以及先簡支后連續的預應力混凝土連續梁橋。將體外預應力技術應用于鋼筋混凝土T梁中，能夠結合兩者的優勢，在中等跨度橋梁特別是多跨連續梁橋的建設中，具有廣闊的應用前景。目前體外預應力技術用于既有T梁橋加固的工程實例很多，但用于新建混凝土T梁橋的很少。如何將體外預應力技術與T梁橋很好地結合起來，從而發揮其各自的優勢，尚需進行大量的探索和研究。筆者結合某體外預應力橋梁工地的施工實踐，從便于施工和維護的角度對體外預應力混凝土T梁橋設計特別是方案構思時值得注意的幾個問題進行初步探討。
　　
　　1工程概況
　　體外預應力概念設計的混凝土橋梁。該橋分左右兩幅，每幅雙車道。一聯三跨，采用先簡支后連續的方法施工。左幅跨徑為35+41+40m，右幅跨徑為35+41+24m，每幅采用6片T梁，體內體外混合配束。每片T梁內配(4～25)φ15．24低松弛鋼絞線作為體內預應力束，錨具采用HVM群錨體系；每片T梁腹板兩側通長布置(2～6)φ15．24預應力鋼絞線作為體外預應力束，錨具使用OVM錨具。錨固塊設于該聯兩端，每跨跨間、中間墩頂位置分別設置轉向塊。體外束孔道采用高密度聚乙烯管(HDPE)，張拉后孔道內灌人黃油，沿孔道每隔8～10m設置1道減振裝置。其中24m跨T梁的立面和橫斷面見圖1。
　　                         
　　2幾個在設計階段值得考慮的問題
　　2．1T梁的架設
　　體外預應力高架橋的施工順序如下：
　　(1)在工地預制場分片預制好T梁，T梁混凝土達到設計強度后，張拉體內預應力筋、灌孔、封錨，下部結構同時平行施工。
　　(2)用運梁小車將T梁運至安裝現場。
　　(3)T梁架設。
　　(4)澆筑后澆帶混凝土，連接橫隔板。
　　(5)拆除臨時支座，進行體系轉換。
　　(6)張拉體外預應力柬。
　　(7)橋面系施工。
　　
　　
　　
　　
　　本工程T梁架設采用逐跨架設法。由于體外索是在該聯的T梁全部架設以后才進行張拉的，在此之前，已架設的T梁憑借自身已有的體內預應力鋼筋和普通鋼筋，并不具有足夠的承載力來承受如混凝土攪拌車、運梁小車等重型施工荷載，因此，需要采取必要的措施來保證梁體承載力能夠滿足施工荷載的要求。當時提出了兩套架設方案：一是在橋下順著橋軸線方向沿橋梁兩側鋪設軌道，安裝龍門吊進行T梁架設，這樣可以避免混凝土攪拌車和運梁小車在已架好的T梁上行走，從而保證了T梁的安全；另一套方案是用架橋機架設T梁，在每跨已架好的T梁下增加兩個臨時墩，以減小T梁的跨徑，從而使梁能夠承受混凝土攪拌車和運梁小車等重型荷載。經綜合比較，選用了第二套方案進行T梁架設。雖然采用該方案T梁得以順利架設，但相對同等跨度的體內預應力梁來說，由于施工中每跨增加了兩個臨時墩，架設體外預應力T梁顯然費時費工，經濟上也不合算。此外，該橋橋下為施工便道，凈空高度約17m，臨時墩架設相對比較方便，倘若是高墩或者跨河橋，采取架設臨時墩或者橋下安裝龍門吊的方法架設T梁顯然就不現實了。如前所述，體外預應力橋梁具有相對體內預應力橋梁無可比擬的許多優勢，但如果體外預應力橋梁架設施工比較麻煩，費用比較高昂，則其優勢特別是全生命周期成本較低的優勢將大打折扣，從而直接影響到體外預應力技術的推廣應用。因此，如何在設計和施工過程中采取措施，降低體外預應力橋梁特別是先簡支后連續施工的T梁施工成本，必須引起足夠的重視。解決的思路之一可以考慮在設計時對每片T梁兩端設置臨時錨固塊，T梁架設前張拉臨時體外預應力束，使其在簡支階段即具有足夠的承載力滿足施工荷載的要求，從而不必采取額外的施工措施來保證T梁架設能夠順利進行。臨時體外預應力束可以在永久體外預應力束張拉后拆除或直接轉換為永久體外預應力束。
　　2．2錨固塊和轉向塊的配筋
　　錨固塊和轉向塊是體外預應力結構特有的重要部件。體外預應力束置于混凝土梁體之外，僅在錨固塊和轉向塊處與混凝土梁體接觸。體外索對梁體提供的強大支持力是通過錨固塊和轉向塊傳給梁體的，因此錨固塊和轉向塊都承受強大的作用力。錨固的可靠與否，直接影響到結構的安全和耐久性能；而轉向塊具有固定體外束線形的功能，體外預應力束轉向時，轉向設施為預應力束提供堅固的支承，并以較小的摩擦力使之順利轉向，同時承受很大的局部壓力。因此，錨固塊和轉向塊的設計是體外預應力設計中必須予以重點關注的內容。高架橋的錨固塊和轉向塊為普通鋼筋混凝土澆筑而成，其中錨固塊受力主筋為φ25mm的HRB335鋼筋，體積配筋率達％13．6，鋼筋間距為90mm，形成一個密密麻麻的鋼筋骨架，如此密布的鋼筋給鋼筋籠的綁扎和混凝土澆筑帶來了一定的困難，混凝土的澆筑質量也難以得到保證。如何在保證結構安全的前提下，適當減小普通鋼筋的配筋率是一個值得研究的問題。對于錨固塊和轉向塊的合理構造和配筋，國內外學者進行了大量的研究。舊橋加固工程中多采用在原有結構上植筋安裝鋼制錨固塊和轉向塊的做法。這種鋼制錨固塊和轉向塊能夠承受強大的局部壓力，并與原有結構結合良好，但存在防銹問題，不宜用于新建橋梁。混凝土中保持適當的配筋率和布筋間距對于抑制混凝土裂縫的開展、提高混凝土的局部抗壓強度是有利的，可以考慮將錨固塊和轉向塊的配筋部分地改用勁性型鋼如角鋼等替代，在保證構件強度的前提下減少鋼筋的數量，從而便于施工中鋼筋的綁扎和混凝土的澆筑。錨固塊和轉向塊中勁性型鋼的配置，可以采用有限元方法進行分析求得。
　　2．3體外預應力束穿索
　　高架橋體外預應力束的穿索，一度是施工過程中一個困擾工程建設各方的問題。最先提出從一端錨固塊順序穿索至另一端錨固塊的方案。T梁架設并完成體系轉換后，各片梁端橫隔板已經連成封閉的整體，而端橫隔板與錨固塊之間凈距只有105cm，滿足不了體外束最小轉彎半徑的要求，因而該方案被否決。其后提出將體外索置于橋下地面，用起重機將體外索一端吊至轉向塊位置，T梁下掛吊籃用人工穿索臨時固定，再用卷揚機牽引的方法。由于體外索本身具有一定的彎曲剛度，轉彎半徑太小則體外索端頭不易通過轉向塊和錨固塊的預應力孔道，再加上高空作業，梁下實際操作空間有限，該方法經現場試用后，效果很不理想。經反復研究，最后決定在已澆筑的端橫隔板上對應錨固塊的位置開槽，將體外索展開擺放在相鄰跨橋面上，利用卷揚機和牽引繩將體外索從一端錨固塊拉向另一端錨固塊。由于該方法解決了體外索彎曲半徑過小的問題，且多數作業都在橋面上完成，體外索得以順利穿過。這從施工角度提出一個問題：能否在澆筑T粱端橫隔板時預留穿索的孔道，以便于后面的穿索，或者干脆取消端橫隔板，取而代之以梁端錨固塊?這是在設計中值得考慮的一個問題。
　　2．4體外索的張拉
　　高架橋T梁設計的錨固塊與端橫隔板之間的凈距為105cm，錨固塊預應力孔道與梁頂板的凈距為65cm。在進行體外索的張拉時，張拉千斤頂要從梁頂面吊至錨固塊位置，張拉過程中為便于工人操作，錨固塊后面需要一定的操作和活動空間，因此實際操作時錨固塊與端橫隔板之間的翼板混凝土均被鑿除。此外，由于體外索初步張緊后錨具后留有一定的工作長度，錨固塊與端橫隔板凈空不夠，端橫隔板相應位置的混凝土亦被鑿除。這樣又提出一個問題：鑒于端橫隔板的存在對施工多有不便，體外預應力T梁的端橫隔板是否可以取消?對于一般的混凝土T梁來說，端橫隔板主要有兩個作用：一是保證梁在澆筑、運輸和架設過程中的穩定；二是加強各片梁之間的整體聯系。如果沒有端橫隔板，T梁在施工過程中的穩定可以用臨時支撐保證，而各片梁之間的整體聯系，可以考慮在體外索張拉之后再整體澆筑端橫隔板，或者干脆取消端橫隔板，直接將相鄰各片T梁的錨固塊聯結起來，這樣也可以保證各梁之間的整體聯系。取消了體外預應力T梁的端橫隔板以后，T梁端部翼板下錨固塊后面能夠獲得較大的空間，對于體外預應力束穿索、張拉以及使用期的維護都很有益處。
　　2．5體外索的二次張拉及換索
　　體外預應力混凝土梁相對于體內有粘結預應力混凝土梁的最大優勢就是能夠進行預應力筋的二次張拉和換索。對于一般的預應力構件，結構服役一定年限后，預應力筋可能會發生一定程度的松弛或銹蝕，但體外預應力梁可以方便地檢測預應力索的索力及銹蝕情況，及時進行二次補張拉和換索，因而具有比傳統的體內預應力混凝土梁較低的全生命周期成本。體外索的補張拉和更換，都要求梁下有一定的操作平臺。對于箱梁，該平臺由箱梁底板提供，可以在箱梁室內方便地進行操作，但T梁沒有底板，只能在施工時臨時搭設。若將T梁梁端T形截面改成工字截面，將工字截面下翼緣做得相對較寬，再做好安全防護設施，則下翼緣板能夠提供體外索二次張拉和換索時的操作平臺。另一個解決的辦法是將梁端錨固區相對做得較大，圖2所示是關于體外預應力兀形梁橋錨固區的做法。該方法是在橋臺上錨固塊后面做成空室，從而使得體外索的補張拉和換索即使在交通開放的情況下也能夠順利進行。該做法的缺點是橋臺和錨固區體積龐大、構造復雜，用于一聯數跨的連續梁橋才比較經濟。
　　                                
　　　　
　　
　　3結語
　　以該體外預應力連續T梁橋為工程背景，分別從T梁架設、錨固塊和轉向塊配筋、體外預應力束穿索、體外索張拉、二次補張拉和換索等幾個方面，對體外預應力T梁橋在設計中值得考慮的若干問題進行了探討，為類似橋梁的設計提供借鑒。作為一種很有應用前景的技術，目前體外預應力用于混凝土T梁橋新建工程的不多，如何實現體外預應力技術與混凝土T梁橋良好的結合，還需要廣大橋梁建設工作者做進一步的研究和探索。