美國標準預制箱梁安裝濕接縫鋼筋連接方法

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前言：英美規(guī)范中鋼筋接頭焊接必須檢測焊接接頭耐久性與焊接接頭探傷試驗，檢測儀器價格昂貴，焊接工藝復雜，在非洲鋼筋接頭嚴禁焊接。推行先簡支后連續(xù)預制預應力箱梁的濕接縫空間小，鋼筋接頭不允許焊接，鋼筋接頭普通搭接綁扎不能滿足搭接長度的要求。本文通過分析美國公路合作研究組織以及波特蘭水泥協(xié)會的研究結果，解決了先簡支后連續(xù)預制預應力箱梁濕接縫處空間不足時鋼筋連接的難題。

隨著規(guī)范在埃塞俄比亞AA高速公路項目上的成功應用，先簡支后連續(xù)箱梁橋的形式已經被埃塞公路所接受，AA連接線項目的設計繼續(xù)使用這種形式。但在之后的當地現匯項目中，沒有使用規(guī)范，而是使用埃塞當地規(guī)范。因埃塞規(guī)范基本沿襲的是美國AASHTO規(guī)范，在埃塞結構設計中多出的鋼筋數量可以單獨計量，嚴禁鋼筋焊接，橋梁等結構物工程的鋼筋接頭一般都禁止焊接，只能用綁扎搭接接頭的形式，這樣簡支梁變?yōu)檫B續(xù)梁時梁端接頭就遇到了難以解決的困難。濕接縫的空間有限，原來用焊接工藝能正常解決的問題，變?yōu)榻壴B接后，無法滿足規(guī)范所需的搭接長度。

為解決這個難題，本文對先簡支后連續(xù)的連續(xù)箱梁的結構特點和受力形式進行了分析研究，結合美國公路合作研究組織以及波特蘭水泥協(xié)會的研究結果，綜合分析后給出了具體的解決方法。

1 先簡支后連續(xù)結構的特點

（1）先簡支后連續(xù)結構由預制梁板和位于墩頂的現澆段共同組成，先預制安裝梁板，后現澆墩頂縱向濕接縫。

（2）先簡支后連續(xù)結構在施工中，先完成墩頂現澆段的澆筑和張拉，再進行雙排臨時支座（簡支）變?yōu)閱闻庞谰弥ёㄟB續(xù)）的體系轉換過程。

（3）先簡支后連續(xù)結構在體系轉換之后，在恒載和活載作用下，結構的受力模式均為連續(xù)梁的特征。

這種結構施工簡便，成本低，在世界范圍得到了廣泛應用。

2 先簡支后連續(xù)梁結構的簡化

受力分析

假設簡支連續(xù)梁彎矩及剪力均由集度為q 的均布荷載產生，在體系轉換之前，最大彎矩出現在梁的跨中，最大剪力集中在梁端臨時支座處。在完成現澆連續(xù)段的鋼筋混凝土施工且體系轉換后，梁的最大彎矩轉移到連接兩梁的現澆段即墩頂濕接縫處，且正彎矩變?yōu)樨搹澗?，同時現澆段的剪力比簡支梁梁端所受的剪力還要大。

由此可見，現澆連續(xù)段承受著最大彎矩和最大剪力，為先簡支后連續(xù)結構的危險截面，因此現澆段濕接縫的施工是先簡支后連續(xù)橋梁結構施工中最為關鍵的一道工序。

預制梁板底預埋1排粗鋼筋，伸出來的作為搭接分?？v向兩梁的預埋搭接鋼筋連接在一起，主要起抗剪作用，為底受剪鋼筋，位于現澆連續(xù)段的受壓區(qū)。同時，在梁頂橋面鋪裝層中也布置有1排粗鋼筋，同樣起抗剪作用，位于現澆連續(xù)段的受拉區(qū)，其抗拉效果被頂預應力鋼束所取代。

梁板頂板中設置抗負彎矩的預應力筋，錨頭設在梁板頂面的橋面鋪裝層內。在梁板預制中為保證預應力束兩端上覆厚度，防止預應力束徑向分力上爆影響，一般在梁板頂板設置預留開口比梁板頂高出混凝土鋪裝層厚度的齒板塊，即錨塊。縱向兩梁的預應力束穿過現澆段連接成一個整體，共同承受負彎矩。

3現澆連續(xù)段鋼筋的連接方式

3.1 搭接長度的確定

按《AASHTO LRFD Bridge DesignSpecifications》（2007版）的規(guī)定，受拉鋼筋搭接的基本增強長度

按連接位一般設計的混凝土強度45MPa、鋼筋直徑32mm以及最小級別鋼筋的屈服強度420MPa計算，上式的結果為1007mm，則受拉增強長度為

ld = 1.2 × ldb = 1208.4mm

按規(guī)范5.11.5.3.1條的規(guī)定，B級搭接的受拉鋼筋的改正系數為1.3，其搭接長度為1.3，即1571mm。

按國內《公路橋涵施工技術規(guī)范》，對于C25M P a以上等級的混凝土、HRB400鋼筋，受拉鋼筋的搭接長度為45d ，直徑32mm鋼筋的搭接長度為1440mm。

因現澆連續(xù)結構縱向長度（兩梁端間的間隙）有限，一般只有50?80cm，按國內的橋涵施工規(guī)范，鋼筋直徑大于12mm時采用焊接工藝，小于12mm時采用綁扎接頭。無論是哪種方式，國內規(guī)范對于裝配式構件連接處受力鋼筋的接頭不受接頭數量的限制，即焊接接頭無需將接頭錯開，這樣對焊接接頭來說空間足夠，自然沒有問題。但按AASHTO規(guī)范，對于非可焊鋼筋，只能使用綁扎接頭的方式，按上面的計算結果，50?80cm的空間遠遠達不到綁扎接頭的長度要求。對于可焊鋼筋，按規(guī)范5.11.5.3.2條的規(guī)定，機械連接或焊接連接的接頭間須錯開至少600mm，連接位的空間依然不夠，所以按埃塞規(guī)范或AASHTO規(guī)范，梁端連續(xù)就成為難以解決的設計與施工問題。

3.2 美國簡支預制混凝土連續(xù)梁連接的研究

3.2.1 美國波特蘭水泥協(xié)會的研究

20世紀60年代以來，隨著簡支預制預應力混凝土梁通過現澆橋面板和橫隔板連續(xù)起來構成連續(xù)橋梁的形式在美國廣泛應用，美國波特蘭水泥協(xié)會針對梁端連接的連續(xù)結構進行了系列試驗和專門的研究。

波特蘭水泥協(xié)會研究了各種梁端鋼筋或鋼絞線的連接方法，其中典型的鋼筋連接方式如圖1所示。

研究顯示，當彎鉤綁扎連接不滿足最大強度、撓度和裂縫控制時，焊接連接的方式在與時間有關的效應引起的正彎矩下效果很好。但是如果彎鉤的內徑不小于鋼筋直徑，且從預制梁的終端面到彎鉤的內表面至少等于12倍鋼筋直徑時，彎曲的鋼筋能發(fā)展其屈服強度。

對于這種鋼筋連接方式，波特蘭水泥協(xié)會認為能提高結構的完整性和提供超靜定性。波特蘭水泥協(xié)會研究了4種梁端連接的方法：

（1）一般鋼筋搭接連接的做法，如圖1所示；

（2）全長范圍內后張拉，需要預留孔道；

（3）使用螺紋桿連接；

（4）預應力束聯(lián)接。

4種連接的方法相比較，螺桿連接是最經濟的，其次就是圖1所示的鋼筋搭接的連接方式，也是美國各州實際流行的做法。

3.2.2 美國公路合作研究組織519報告

美國公路合作研究組織于21世紀初對墩頂上梁之間用現澆連接來使簡支預制梁橋實現連續(xù)的結果進行了大量研究。針對梁端的連接情況，研究了6種正彎矩連接的詳細情況：

（1）延長鋼絞線；

（2）延長鋼筋；

（3）延長預埋在梁端的鋼絞線到橫隔梁中15.24cm，然后彎曲向上；

（4）延長預埋在梁端的鋼筋到橫隔梁中15.24cm，然后彎曲向上；

（5）延長預埋在梁端的鋼筋到橫隔梁中15.24cm后彎曲向上，并在橫隔梁中增加箍筋；

（6）以及延長預埋在梁端的鋼筋到橫隔梁中15.24cm后彎曲向上，且通過梁的腹板放置水平筋。

從圖2可以看出，不論何種連接，都是因為梁端連接分的空間有限，鋼筋和鋼絞線的搭接均采用了向上彎曲的形式，以保證搭接長度。

對于梁的翼板間濕接縫的連接，因受空間不足的限制，搭接也是采用分延長后向上彎曲的形式，如圖3所示。

4 綜合分析

對于在梁板內提供負彎矩鋼筋和在橫隔梁底提供正彎矩鋼筋的形式，美國27個州中有25個州都在使用。在更是早已經成為普遍的形式，只不過國內梁端連接的方式基本都是焊接。

從這種梁端連續(xù)結構的受力特點來看，在完成體系轉換后，連續(xù)梁的最大彎矩在墩頂梁端連續(xù)結構位，為負彎矩，由頂的預應力體系提供。在上梁板施加預應力后，連續(xù)結構體受力截面的中性軸上移，底受壓，上受拉。梁端連接的鋼筋主要承受剪力，其受拉或受壓的力學要求變?yōu)榇我蛩亍?/p>

研究認為，一旦梁被連接之后，連續(xù)結構可能會因為活載作用、混凝土的徐變、收縮和溫度的影響向上拱起，引起連續(xù)體結構產生正彎矩，但這種正彎矩的影響較小，雖然會在連續(xù)體與梁端連接處產生裂縫，但在規(guī)范允許的范圍之內。梁端的連接鋼筋依然主要承受剪力作用。

5 結束語

從以上分析可以看出，當梁端連接鋼筋采用綁扎搭接的方式時，在梁端之間空間不足的情況下，因為如果彎鉤的內徑不小于鋼筋直徑，且從預制梁的終端面到彎鉤的內表面至少等于12倍鋼筋直徑時，彎曲的鋼筋能發(fā)展其屈服強度，所以將梁端連接鋼筋搭接延長12.5倍鋼筋直徑后向上彎起，在滿足規(guī)范要求的搭接長度的前提下綁扎安裝固定，就可以解決梁端之間空間不足的難題，同時可以滿足連續(xù)體的力學性能和規(guī)范的要求。

作者：中交第一公路工程集團有限公司海外事業(yè) 費建文，張曉振

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