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(jié)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(jīng)被埃塞公路所接受，AA連接線項目的設(shè)計繼續(xù)使用這種形式。但在之后的當?shù)噩F(xiàn)匯項目中，沒有使用規(guī)范，而是使用埃塞當?shù)匾?guī)范。因埃塞規(guī)范基本沿襲的是美國AASHTO規(guī)范，在埃塞結(jié)構(gòu)設(shè)計中多出的鋼筋數(shù)量可以單獨計量，嚴禁鋼筋焊接，橋梁等結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)特點和受力形式進行了分析研究，結(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)的特點

（1）先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)由預制梁板和位于墩頂?shù)默F(xiàn)澆段共同組成，先預制安裝梁板，后現(xiàn)澆墩頂縱向濕接縫。

（2）先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)在施工中，先完成墩頂現(xiàn)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(zhuǎn)換過程。

（3）先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)在體系轉(zhuǎn)換之后，在恒載和活載作用下，結(jié)構(gòu)的受力模式均為連續(xù)梁的特征。

這種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的簡化

受力分析

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

由此可見，現(xiàn)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(jié)構(gòu)的危險截面，因此現(xiàn)澆段濕接縫的施工是先簡支后連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)施工中最為關(guān)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(xiàn)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(xiàn)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(shè)置抗負彎矩的預應力筋，錨頭設(shè)在梁板頂面的橋面鋪裝層內(nèi)。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(shè)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?？v向兩梁的預應力束穿過現(xiàn)澆段連接成一個整體，共同承受負彎矩。

3現(xiàn)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(shè)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(jié)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(shù)為1.3，其搭接長度為1.3，即1571mm。

按國內(nèi)《公路橋涵施工技術(shù)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(xiàn)澆連續(xù)結(jié)構(gòu)縱向長度（兩梁端間的間隙）有限，一般只有50?80cm，按國內(nèi)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(nèi)規(guī)范對于裝配式構(gòu)件連接處受力鋼筋的接頭不受接頭數(shù)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(jié)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(shè)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(xiàn)澆橋面板和橫隔板連續(xù)起來構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)的效應引起的正彎矩下效果很好。但是如果彎鉤的內(nèi)徑不小于鋼筋直徑，且從預制梁的終端面到彎鉤的內(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(jīng)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(xiàn)澆連接來使簡支預制梁橋?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的結(jié)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(nèi)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(jīng)成為普遍的形式，只不過國內(nèi)梁端連接的方式基本都是焊接。

從這種梁端連續(xù)結(jié)構(gòu)的受力特點來看，在完成體系轉(zhuǎn)換后，連續(xù)梁的最大彎矩在墩頂梁端連續(xù)結(jié)構(gòu)位，為負彎矩，由頂?shù)念A應力體系提供。在上梁板施加預應力后，連續(xù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)產(chǎn)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(chǎn)生裂縫，但在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)。梁端的連接鋼筋依然主要承受剪力作用。

5 結(jié)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(nèi)徑不小于鋼筋直徑，且從預制梁的終端面到彎鉤的內(nèi)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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