预应力钢结构在桥梁工程中的应用

李海清

山西省交通规划勘察设计院030006

摘要：预应力钢结构更加有利于高强钢筋作用的发挥，使用四级钢筋与钢结构的结合，可以解决拉力较小的结构的相关问题，同时这种方法合理、科学且能较大程度节约成本。本文结合工程实际，介绍了预应力钢结构的特征、种类和适用范围，阐述了在桥梁设计中应用预应力钢结构的安装方法和在桥梁建设中运用预应力钢结构的注意事项，希望最大程度发挥预应力钢结构的作用，提升桥梁工程的效益。

关键词：预应力钢结构；桥梁工程；

近年来，随着建筑材料和建筑结构方面的进步大跨度建筑得到迅速的发展，各种新型建筑材料与结构的结合，例如以钢结构为代表的网壳结构、悬索结构、钢材与各种高科技膜材料完美结合的膜结构，使大跨度建筑一次次打破结构对于建筑空间的局限，使灵活通透的室内大空间一次次成为现实。作为重要的建筑材料，钢材在建筑革命中的贡献极大；预应力钢结构是作为钢结构性能的提升而出现的，它的出现弥补了钢材性能上许多不足。

1、预应力钢结构的特征

预应力钢结构具有强度高、稳定性强、自重轻等优势。在保证结构承载能力和使用功能的前提下，预应力钢结构可以减小材料消耗、降低建设成本，这是钢材较其他建筑材料所存在的应用优势。预应力钢结构的主要作用是提升钢结构本身的承载能力和抗拉伸力，所采用的方法则是直接把普通钢材换成预应力钢材，或者对普通钢材进行预应力处理。现阶段在我国的大部分桥梁建设中都有采用预应力建设的方法，该种方法能有效保障桥梁施工的质量。

2、预应力技术在桥梁施工中的应用

2.1、预应力钢绞线的选择

现阶段，国内外常用的预应力钢材是冷拉预应力钢丝、预应力钢筋、普通预应力钢绞线及低松弛钢绞线等。其中低松弛钢绞线是运用最为普遍的一种。低松弛钢绞线外观美观、轻薄，同时使用性能好经济性高。现阶段很多的国际建筑工程都选择应用低松弛钢绞线。低松弛钢绞线的使用可以在很大的程度上节约施工材料和施工成本，从而有着很高的经济性和社会效益。在实际工程中，对于预应力钢绞线的选择要特别注意以下几点:钢绞线的具体伸长率、松散性能、屈服荷载、比面状态和几何参数等。

2.2、张力金属膜型

金属膜片在张力金属膜型中占有重要地位，它既是维护结构又作为承重结构参与整体承受荷载，其通常被固定在位于机构边缘的构件上。有时，金属膜片也会被固定在骨架结构上，这是由于受到了张力影响，安装在骨架结构上，形成块体形式，可以覆盖结构的所有跨度。在桥梁建设中，可以使用钢结构就同样能使用预应力钢结构，在质量和成本方面都能体现出预应力钢结构的优势，尤其是在跨度和负重都较大的桥梁建设中，使用预应力钢结构，经济效益更为明显。

2.3、预应力效应的分析在桥梁施工中的运用

预应力施加之前，还需要对预应力的效应进行分析和计算，确保其能与桥梁施工中的实际受力相符合。要进行预应力效应的分析和计算，首先要做的就是对整个桥梁工程的实际状况进行深入的了解，并且对预应力技术应用的设计图纸进行分析和计算，这样才能根据设计图纸中钢筋分布状况来计算整个桥梁截面的受力状况。然后基于上述计算结果进行设计图纸的变更，以此来确保预应力技术的应用达到最佳效应。

2.4、张拉操作

张拉工作要按照规范流程操作，伸长量要量测统一，读数规范且准确，伸长率要满足规范要求，并控制在理论计算伸长值的±6%之内。张拉时，需要注意以下问题，如果伸长量普遍偏高或者偏低，不会造成太大影响，重要的是伸长值避免太过离散。选择经验丰富的施工人员进行张拉，现场张拉时，逐根调整，避免离散，向中心靠拢，尤其是伸长量比较小的钢束。

3、预应力钢结构在桥梁设计中的应用

某公、铁两用大桥，全长2842.1m；上层是公路，下层是铁路。南引桥和北引桥以及南汊主桥。板桁和钢桁梁结合组成斜拉桥的主梁部分，皆为N形桁架，宽2×15m、桁高15.2m；4片主桁，节间距14m，使用高强螺栓M30、M24连接。为了使下横梁以外的所有钢梁都可以得到足够的支撑，在设计安装钢梁悬臂时，需设置一定的临时支撑。通过计算，决定支撑结构使用预应力钢结构。

其中预应力钢结构的大样如下图1所示。

图1预应力钢结构大样

4、桥梁钢结构的整体设计

4.1、焊接结构完整性设计

桥梁焊接结构的完整性设计是保障桥梁整体稳定性的重要因素，其焊接接头形式因母材和受力不同而各有差异，在焊接过程中不能100%消除应力，焊接应力通常导致焊接接头的变形，造成焊接接头大量缺陷，从而不能满足桥梁整体性设计要求。所以在桥梁整体设计中，必须考虑焊接接头的设计，在满足相关规范的前提下，必须做到：①因地制宜地选择焊接工艺，并通过焊接性检测要求来获取静力和疲劳等级，来决定焊缝相关形式。②在焊接设计中，必须详细设计其关键细节，达到焊接中受力均匀，尽可能降低应力集中。③在设计中必须考虑焊接检测相关要求，并以无损检测等相关控制指标来检测焊缝质量。

4.2、横向抗倾覆稳定设计

在实际工程中，采用合理的钢结构能够提高桥梁工程的质量，提升强度；但是在一些小半径、多车道的设计与施工中，设计师必须对其横向抗倾覆稳定性深入研究。在过去的桥梁工程施工中，往往会因设计不够合理导致桥梁的某部位发生倾覆现象，这是由于在钢结构施工中，桥梁跨度大，连续钢梁的半径小，并且该钢梁的宽度小于桥面的宽度，这种现象就会直接导致桥梁的承载力不够均匀，从而发生倾覆现象。所以在桥梁工程的设计过程中，设计师必须要对桥梁的跨度以及钢梁的半径、宽度进行合理的计算，深入分析横梁的受力情况，只有这样才能够满足桥梁的受力平衡，防止发生倾覆。在施工过程中，施工人员可以在横梁处灌入细砂，这样可以有效提高桥梁的整体稳定性。

5、结束语

综上所述，在现代桥梁设计中，采用预应力钢结构作为桥梁的主体结构，能够极大的提升桥梁的抗压能力和整体性能，提高其综合效益。但是在其施工设计中，也需要充分考虑实际情况，做好设计优化工作，加强施工质量控制和管理，才能最大程度的发挥预应力钢结构的应用优势，提升桥梁工程效益。

参考文献

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