預應力箱梁結構在橋梁設計中的應用
摘要：隨著全球經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國與國之間的貿(mào)易溝通與交流越來越頻繁，交通設施例如公路、鐵路、航空、水運等等都是保證貿(mào)易和交通暢通的樞紐。運輸壓力的增加成為推動運輸技術革新的的動力。橋梁是承擔公路和鐵路運輸?shù)闹匾d體，并且橋梁的使用范圍廣泛，需要承受自然環(huán)境等外在原因的考驗，因此，橋梁設計的技術革新也是勢在必行。預應力具有科學性和實用性，其中箱梁結構在橋梁設計中的使用增強了橋梁的優(yōu)勢，克服了一系列的技術上的難點，但同時也由于技術上的不成熟存在一些缺點，本文首先介紹預應力的定義，通過研究預應力箱梁結構的科學依據(jù)，闡述其在橋梁設計中的應用，再討論這項技術的優(yōu)缺點以及解決措施。
關鍵詞：預應力箱梁結構；預應力方法；優(yōu)缺點
中圖分類號：TU986.4+7 文獻標識碼：A
從我國國內(nèi)的城市來看，公路和鐵路的高架橋梁無論是設計還是施工上來看大部分都采用了預應力箱梁結構這種科學原理在各方面都積累了寶貴的經(jīng)驗。預應力是一種用于橋梁建設的科學技術手段，它的定義是通過減小甚至使負荷承載過剩引起的混凝土拉應力消失，將各個部件的拉應力進行控制，是指不超過一個限定的范圍，在一些特殊情況下還要將其控制在受壓的狀態(tài)下，在遇到土層結構和抵制活動頻繁的地區(qū)能延長設施壽命，推遲裂縫的出現(xiàn)，提高橋梁部件的剛硬度。
1 預應力箱梁結構的使用的科學依據(jù)
預應力混凝土是預應力使用的普遍形式，而預應力箱梁結構又是在此基礎上針對箱梁所作出的運用。從預應力的混凝土上來看，可以分成很多類，一般主要是按照其程度來分，分為全預應力混凝土和部分預應力混凝土。其中，全預應力混凝土指的是那些在橋梁的荷載作用之下所承受的拉力區(qū)不出現(xiàn)拉應力。而部分預應力混凝土所指的又是在橋梁荷載的作用之下，承受重量的拉力區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了裂縫或者拉應力的。二者相比既有優(yōu)點又有優(yōu)缺點，要根據(jù)工程建筑所在地區(qū)情況以及整個工程的經(jīng)費預算來選擇。全預應力主要具有較好的抗裂性，其次硬度較大。這些優(yōu)勢是部分預應力混凝土都不具有的。另外還有按照預應力筋和混凝土二者之間的粘結狀態(tài)來劃分，主要就有有粘結和無粘結兩種類型，同樣各自有其特點。
使用預應力箱梁結構具有合理的科學依據(jù)，這種方法通過改變材料中各種力的方向，有效地利用高強鋼筋，使得整個橋梁的受力更加均勻，各部分鋼架結構進行分力后剛度得到提高。這種預應力的使用不僅僅在鋼架結構上起到良好的固定作用，同時還能夠對其作出檢測，使整個橋梁的使用質量得到一定的保證。墩柱、隔梁處鋼筋的密集排放為預應力的使用做準備，同時也將縱向和橫向的里進行抵消。因此，預應力箱梁結構的使用在使用中有很強的理論支撐。
2 如何在橋梁設計中應用箱梁結構
預應力的箱梁結構的使用在施工澆筑上有不同的施工方法，主要有先張法和后張法，兩種方法所針對的實際情況都有所不同。并且在于盈利的箱梁結構的施工過程之中還有橋梁的很多方面的問題需要注意和解決。
2.1 先張法
這種方法的理論依據(jù)是在橋梁建設時通過科學地對力進行運用，使預應力鋼筋和所使用的混凝土二者之間的粘結力來將預應力傳遞到橋梁的另一個方位。主要的操作方法是在橋梁的的建筑過程中，在將鋼架結構組織好之后張拉箱梁內(nèi)部的鋼絞線，并將其進行錨固，這一系列做完之后才澆筑混凝土。這種方法的使用過程較為繁瑣，精細，使用的范圍僅僅局限在較小的構建中，常常運用在混凝土的樓板等構建中。
2.2 后張法
后張法在理論上與先張法的主要區(qū)別在于傳遞預應力的構件不同，先張法依靠的是粘結力傳遞，而后張法主要是靠橋梁兩端的錨具錨固住預應力的鋼筋來傳遞預應力。二者所使用的里不同。后張法的主要操作方法是直接在橋梁原有的固定成型的配件之上張拉預應力筋，這一過程主要是在橋梁的施工結束之后才進行，并不作為橋梁建設的一部分，所運用的構建也都是固定的，永久的，也是不可重復的。
后張法主要運用于跨度較大的橋梁等大型的構建之上。
2.3 施工原理
預應力箱梁結構是使用不僅僅是在科學理論中有不同的分類，在橋梁的施工過程之中也存在著一定的科學依據(jù)。橋梁的箱梁結構中，箱梁的底板和腹板二者澆筑的縫隙，預應力的使用可以有效地解決這個問題。預應力箱梁的運用使得橋面反拱，拉力筋保證了梁體密實性，并且在一定程度上加強了混凝土的振搗，橋面斷裂的情況得到緩解。
3 預應力箱梁結構的優(yōu)缺點
3.1 箱梁結構優(yōu)點
預應力作為一種科學合理的物理學方法具有其他普通混凝土結構所不具備的優(yōu)點，是我國橋梁建筑的革新。其中箱梁結構以其良好的結構性能和耐勞的鋼架結構在各種施工建設中得到廣泛的使用。首先，箱梁結構本身需要較多的混凝土澆灌和厚實的底板才能夠承載箱梁的重量，這一特點同時也增加了橋梁自身的承重性，可以有效地承載車輛負重。對于橋梁設計中的配筋以及連續(xù)梁來說，箱梁結構都具備其要求。厚重的底板可以避免正負彎矩問題的產(chǎn)生。其次，預應力箱梁結構在橋梁中的設計運用主要使用的是后張法，這種方法使用橋梁本身具有的構件將橋梁的承重結構和張力結構二者進行結合，使得橋梁的受力均勻的分布在橋面上，提高了橋梁的使用效率，結構空間的到了充分的利用，控制橋梁的造價。第三，這種方法的適用范圍比較廣泛，眾多施工方法都可以操作。常用的懸臂施工法和置頂發(fā)都可以達到效果。最后，橋梁施工碰到的許多問題都可以得到解決，比如說施工過后，橋梁在使用過程之中截面抗扭度較小，預應力能使其荷載向橫向分布發(fā)展，提高橋梁適應性。
3.2 箱梁結構缺點
盡管箱梁結構具有很大的優(yōu)勢，為橋梁的建設施工帶來很大的便利以及經(jīng)濟效應，但它在及收據(jù)上仍存在一定的缺陷，需要進一步的改進。缺點之一在預應力箱梁結構數(shù)以較為復雜的科學技術，其施工工藝過程較為復雜繁瑣，并且一旦采用就需要很高的質量保證，并不是普通的施工隊伍就能夠完成。所具備該技術的團隊數(shù)量有限，并未得到有效推廣。其二，就技術上來說，預應力所產(chǎn)生的反拱現(xiàn)象還沒有科學合理的控制方法，影響到整個結構的使用效果。
4 預應力箱梁結構使用后帶來的影響
預應力箱梁結構的使用是一次橋梁技術的革新，從宏觀上來看，它為橋梁增加了科學技術含量，使其材料使用更加合理，外觀上更加簡潔輕便，提高了橋梁的施工質量。良好的抗剪性能和雷鋒閉合性能是我國橋梁建筑史上的一大突破。就橋梁自身微觀上而言，與普通的鋼筋混凝土相比而言，預應力通過增加高預應力和內(nèi)力臂達到更加理想的效果。
5 存在問題及解決措施
箱梁的結構具有很多弊端。在車輛長期的負重情況下混凝土常常出現(xiàn)變形、裂縫等等情況。還有受外部環(huán)境的影響比如說空氣濕度和天氣，橋面是露天使用的，長期暴露在外面，經(jīng)常受到雨水的浸泡，橋梁內(nèi)部混凝土的水分變化不均，有的地方經(jīng)過暴曬之后收縮，較大的拉應力導致其產(chǎn)生裂縫，而濕度較高又會使水泥漿分裂無拉力，這些問題不容忽視。
解決措施也主要是依靠化學和外部物理防護手段來進行修理防護。在進行橋梁混凝土解封的施工中，加強對頂板環(huán)形，錨筋的焊接工作，減少縫隙的存在，控制預應力錨固到壓漿的時間以防止構建銹蝕和橋面共度過大。在人員管理上，在遇到大風或高溫情況要及時進行養(yǎng)護，保證橋梁的安全性。
公路和鐵路橋梁的廣泛應用使得預應力箱梁設計發(fā)揮重大作用，這種技術的設計和施工為我國橋梁事業(yè)的發(fā)展積累了寶貴的經(jīng)驗。但隨著交通的日益發(fā)展和建筑市場競爭激烈程度的提高都迫使我們不斷更新橋梁的建筑水平和施工隊伍的管理水平，從而推動橋梁技術的進步。
參考文獻
[1]周云峰.預應力箱梁橋高程控制與管理[J].天津市政工程，2007.
[2]胡關江.預應力混凝土箱梁橋波形鋼腹板施工技術研究[J].工程科技，2009.
