预应力组合桥的应用与研究现状

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预应力组合桥是一种将混凝土和钢材等不同材料通过预应力技术结合在一起的桥梁结构形式，其具有承载能力强、刚度大、抗裂性能好以及耐久性高等优点。近年来，随着交通需求的增长及新材料、新技术的发展，预应力组合桥在实际工程中的应用越来越广泛，特别是在大跨度桥梁、铁路桥梁以及公路桥梁等领域。

目前，预应力组合桥的研究主要集中在以下几个方面：一是优化设计方法，通过有限元分析、数值模拟等手段提高结构性能；二是新型材料的应用研究，如高性能混凝土、纤维增强复合材料（FRP）等，以进一步提升桥梁的强度和耐久性；三是施工工艺的改进，例如智能张拉技术、精确控制预应力损失等，确保桥梁施工质量与安全性；四是长期性能监测与评估，利用传感器技术和健康监测系统对桥梁服役状态进行实时监控，为维护管理提供依据。

尽管预应力组合桥已取得显著成果，但仍有挑战需要克服，包括复杂受力条件下结构行为的理解、经济性与可行性的平衡以及环保可持续性考量等。未来，随着理论研究深入和技术进步，预应力组合桥将在现代基础设施建设中发挥更加重要的作用。

试验研究：早期的研究集中在预应力组合结构 的弹性行为方面，Tachibana等（1964)l进行三根 组合模型梁试验（梁A简支，梁B、C连续），采用 Φ24mm高强钢筋为预应力筋，折线布索，考虑不同 的预应力张拉和浇筑混凝土板顺序；在弹性范围 内，认为在负弯矩区应该在混凝土中先建立一定的 预应力。Sarnes(1975)”测试了两片负弯矩区混凝 土板施加预应力的组合梁，混凝土板施加预应力消 除了使用荷载下的混凝土的裂缝，并降低了钢梁受 拉上翼缘的应力。Kennedy andGrace(1982)通 过对两片1/8比例连续组合梁的试验，研究了混凝 土板预应力和剪力连接件之间的相互作用的影响， 给出了理论分析和试验的结果。Basu等(1987)从 理论和试验两方面研究了两跨部分预应力组合梁， 他们认为施加部分预应力可以提高极限承载力约 20%，并且解决了负弯矩区的混凝土开裂问题。后 来，人们开始注意预应力组合梁的全过程受力行 为，比如H.Saadatmanesh和 P Albrecht(1989)[对两片预应力组合简支梁进行 了全过程试验研究，其中一片梁模拟正弯矩区受 力，另一片模拟负弯矩区受力，两片梁均采用型钢 截面，直线布索（7Φ5无粘结索）。Dunkeret all(1990)采用后张法加固三跨连续梁桥，他们进 行了现场实测和模型分析，并将实测结果与有限元

图1广州中山北路城市高架桥

从预应力钢一一混凝土组合结构在桥梁工程 的应用开始，疲劳强度就成为设计中关键因素。人 们对组成预应力组合桥的各个材料成分的疲劳性 能已经有比较多的了解，但是对新型预应力组合桥 或既有桥梁采用预应力技术加固后的疲劳性能的 研究并不充分。方立志等(1991)4为了验证体外预 应力加固铁路钢梁的效果，检验锚固端焊缝和高强 钢筋的疲劳强度，进行了一组三片预应力钢梁（A、 B、C）的疲劳试验研究。采用Φ25精轧螺纹钢筋为 预应力筋，每片梁(2根中25)张拉力为250kN。作 者们还进行了实桥加固后的现场测试，应力和挠度

均符合桥规要求。Renker和Ekberg（1964)[2做 了两片A36轧制工字型预应力钢梁的疲劳试验， 采用贴焊高强钢板的办法在钢梁中建立预应力；疲 劳应力脉为105MPa，分别经过246.9万和275.6万 次发生疲劳破坏，裂纹始于翼缘与贴焊钢板交界处 的焊缝。Albrecht，Wulinli 2 和 支预应力组合梁的疲劳试验，试验梁均在钢梁下缘 贴焊钢板，再通过无粘结筋对钢梁施加预应力，考 虑钢板、钢索、连接件不同的应力脉取值与钢索直 径、单调或反复加载等参数，发现疲劳破坏均来自 于连接焊缝处的裂缝及其扩展，而且反复拉压循环 能够提高结构中贴焊钢板的疲劳强度；由于钢索及 连接件中应力脉较低，未观察到两者的疲劳失效。 作者还进行了四片普通组合梁的疲劳试验，对比证 明了预应力组合梁的疲劳寿命在相同应力脉下较 弯矩区预应力简支组合梁和连续组合梁的疲劳试 验研究，发现疲劳阶段钢梁和混凝土界面上产生明 显的相对滑移，导致混凝土和钢梁之间的内力重分 布，使得正弯矩截面刚度降低，负弯矩开裂截面刚 度强化。 控制预应力组合桥疲劳寿命的主要因素有：疲 劳应力幅、最小应力、截面几何特征等，从材料角 度看，此类结构的疲劳设计可以借鉴既有钢结构、 预应力混凝土结构的疲劳设计。预应力组合桥负弯 矩区混凝土的开裂会影响到桥梁的耐久性和力学 性能，往往控制桥梁的疲劳使用寿命，因此，应该 采取必要的措施，改善预应力连续组合梁负弯矩区 的受力性能，

大桥深水围堰设计与施工方案5失稳对极限承载力的影响

普通组合梁的试验，研究了负弯矩区受压翼缘或腹 板局部屈曲对转动能力和极限承载力的影响，主要 考虑的参数有腹板长细比、翼缘长细比、弯矩梯度、 混凝土板尺寸、强度与板中纵筋含量、腹板纵向加 劲肋等。John和Fan（1991)[26]进行了ⅡI型组合梁 和普通组合连续梁存在初始缺陷时的试验研究，结 果显示：Ⅱ型连续梁的极限强度由局部和侧向变形 屈曲的相互作用控制，受初始缺陷的影响十分明 显，测试试件的转动能力足以满足EC.4规范ⅡI类 截面组合梁允许弹性弯矩重分布时的要求。Ayyub， Sohn，Saadatmanesh（1992)[13]测试了5片负弯矩 区预应力简支组合焊接板梁，只有梁C（ⅢI类翼缘 ⅡI类腹板)达到了塑性弯矩，其余Ⅲ类截面组合梁 最大承截力只有塑性极限承载力的71.676.0%。 类截面工字型钢梁和组合梁，考虑的参数除了翼缘 和腹板长细比、弯矩梯度和侧向长细比之外，还考 虑了轴向力效应；同时有轴向压力作用时，构件延 （2002）16进行了五片连续预应力组合梁的全过 程破坏试验，发现ⅡI类截面预应力组合连续梁负弯 矩区会发生翼缘、腹板局部屈曲或整体失稳；施加 预应力使得截面转动延性降低，增加了腹板局部屈 曲的可能，塑性极限理论计算结果在正弯矩区高于 实测值，而在负弯矩区又低于实测值，说明满足规 范要防正局部屈曲或整体失稳的工字型截面几何 特征并没有提供塑性设计所需要的延性。 组合结构施加预应力后轴向压力的存在、混凝 土顶板的约束效应等使得预应力组合连续结构的 稳定问题变得尤为突出。但由于截面几何特征、弯 矩梯度、轴向力大小、混凝土丁顶板配筋率等因素以 及纵横向加劲肋、局部与整体相关屈曲等效应的影 响，考虑塑性发展影响的预应力组合结构稳定极限 承载力特性，迄今并未得到充分的认识。

Bradford和Johnson(1987)[3]用有限条方法 分析了Ⅲ类截面普通组合连续梁桥的非弹性局部

时间效应对预应力组合结构的影响和对普通 组合结构的影响是相似的，已有的研究都关于普通 组合结构时间效应的分析与数值计算方面的。

做了规定。我国上述规范或规定仅适用于承受静载 作用的普通简支组合梁；对普通连续组合梁的强度 与变形计算，聂建国等（1995，1997，1999，2001， 考虑内力重分布的弹性理论进行计算，变形计算时 开始考虑到界面相对滑移的影响，但对预应力组合 结构的设计与施工尚无明确规定。 另一个关键问题是预应力组合桥的构造，特别 是在桥梁工程中，建议在制定相关规程时，要专门 考虑构造措施，以及运营过程的养护管理。