双预应力混凝土构件原理及应用简介
刘会清
我国自20世纪50年代以来，预应力混凝土技术发展迅速，但是，双预应力结构在我国桥梁结构中的应用还是屈指可数的。近年来，我国的结构工作者在桥梁及建筑结构的加固和新结构的设计中进行了进一步研究探索。
1．双预应力构件的工作原理及适用范围
双预应力混凝土构件是一种新颖的预应力混凝土结构型式，是预拉预应力混凝土构件与预压预应力混凝土构件的组合，又称拉压预应力混凝土结构。所谓预拉预应力混凝土构件，是指在混凝土的受压区采用预压力筋（件）或其它施力措施，使混凝土产生预拉预应力的预应力混凝土结构。这种结构还须与通常的预压预应力方式相结合，就形成了混凝土受拉区预压、受压区预拉的双预应力体系。
双预应力混凝土构件的主要特点是：在保证构件抗弯能力的同时，可以大幅度降低梁高，构件的截面尺寸和自重都将减小。就简支梁而言，梁高大约能降至原梁高的三分之二。与传统的预应力混凝土结构相比，双预应力混凝土结构在施工时并不需非常特殊的技术和设备，只要具有以往的预应力设计、施工经验就可应用。
双预应力混凝土构件适用于建筑高度受限制的大跨径预制吊装施工的桥梁，特别是在公路与公路立交、公路与铁路立交以及公路与特殊管线的交叉等方面有较广阔的应用前景。
2.双预应力技术在国外公路工程中的应用
双预应力混凝土的概念是英国人K.billig在1950年提出的，当时称为“Prtenstoned Concrete”.随后德国F.W.MADER提出了在混凝土梁的受压和受拉区分别设置预压和予拉型钢的“予应力型钢混凝土结构”。1955年奥地利的Hans Reiffen?鄄stuhl采用特制千斤顶压缩置于颈缩套管内的粗钢筋，并在套管内注入水泥砂浆，待砂浆结硬后放松钢筋上的螺帽，从而使混凝土受到拉应力。国外在公路工程中利用双预应力技术建造的桥梁如：
2.1 奥地利的阿尔姆桥
阿尔姆桥横跨于奥地利阿尔姆河上，是世界上第一座采用双预应力技术修建的预应力混凝土简支梁桥。该桥1976年9月6日开工建设，于1977年9月27日建成通车。
阿尔姆桥与阿尔姆河斜交角520，立面位于R=2600m竖曲线上，计算跨径76m，净跨径74.5m，桥面总宽10.6m，其中车行道宽7.2m，人行道宽1.25m和2.15m。设计荷载为两辆平面面积15m2的250KN载重车，人群荷载集度为4KN/m2。
上部结构采用变截面简支箱梁，支点梁高2.3m，跨中梁高2.5m，梁底按R=9000m圆弧设计。箱梁为单箱单室，底宽6m，悬臂长1.93m，顶底板均厚0.3m，跨中截面腹板厚0.6m，在支点腹板加宽至2.6m，渐变段长12m。
箱梁的预拉应力筋采用80束VT120L钢绞线，每束由12根组成，面积99mm2，张拉力564.86KN，全桥共用58.60t，主要布置于底板。预压应力筋采用96根φ36mm圆钢，预应力平均600KN，全桥共用61.00t，主要布置于顶板及悬臂上。预应力筋纵向按二次抛物线形式布置，拉、压预应力筋交叉锚于梁端腹板。预拉应力筋采用φ67mm套管，预压应力筋采用φ43mm局部压扁套管。
阿尔姆桥上部结构共用B45号混凝土650m3，高强钢119.60t，普通钢筋61.04t。其材料用量指标为混凝土0.807m3/m2，高强钢0.1485t/m2，普通钢筋0.076t/m2。阿尔姆桥上部结构的高跨比为h/L=1/30.4。
2.2 日本的川端桥
川端桥建于1984年12月至1985年3月，桥长58.6m，桥宽3.3m，净宽2.5m，是一座正交人行天桥。其设计荷载为人群集度3.43KN/m2，上部结构为双预应力混凝土简支箱梁，高跨比为1/37.1，下部结构为重力式桥台，双排PC桩基。
箱梁梁长58.48m，计算跨径57.58m。箱梁底宽2.6m，顶板悬臂较短，仅为0.25m。箱梁梁高：梁端为1.0m，跨中为1.55m，按2.4%抛物线变化。跨中顶板及底板厚度均为0.18m，而距梁端10.24m至4.24m范围内，底板由0.18m渐变为0.55m；顶板厚度在梁端12.24m至4.24m范围内改为0.4m。梁端4.24m区段则设计成实心断面。这样设计是由于考虑了受拉钢索的布设、受压钢筋的锚固以及内模修建等因素。
受拉钢索采用13根12φj15.24mm钢绞线，锚下控制张拉力21289.5KN。受压钢筋为20根SBPR95/110粗钢筋，直径φ32mm，锚下控制预压力为5721.2KN。在设计荷载作用下，受拉钢索张拉力取用17478.3KN，受压钢筋预压力取用5178.3KN，跨中截面混凝土上缘应力为13.5MPa（压应力容许值为13.72MPa），混凝土下缘应力为-1.1MPa（拉应力容许值为-1.47MPa）。
3. 双预应力技术在我国公路工程中的应用
3.1 河北承德大屯桥
大屯桥位于河北滦平县大屯村畔，距美丽的避暑胜地承德市约40公里。该桥处于国道112线，横跨于牦牛河上，跨径3-40m，全长125m。桥面净宽：净-11.4+2x0.5m护栏。设计荷载：汽车—超20级，挂车—120。上部结构为双预应力混凝土简支梁；下部为柱式桥墩、肋板式桥台，钻孔嵌岩桩基。该桥于2000年10月建成通车。
大屯桥主梁采用小箱梁型式，横桥向共设5片，梁长39.9m，计算跨径39m，梁高1.35m，高跨比1/28.9。箱梁顶宽2.1m，底宽1m，顶、底板厚0.15m，翼板悬臂长0.35m。跨中截面腹板厚0.16m，梁端1.475m范围腹板厚0.32m，梁端1.475m—2.975m腹板厚度由0.32m渐变为0.16m，隔板间距6.5m。主梁采用50号混凝土预制。
大屯桥箱梁的拉压预应力筋均布置于腹板内。预拉钢束设于底部，按曲线形式布索，锚于梁端。预压钢筋设于顶部，按直线形式布置，分别锚于距梁端4.025m和8.025m处槽口内。预拉钢束采用68根φj15.24mm 270级高强度低松弛钢绞线，波纹管成孔。预压筋采用6根φ32mm高强K40Si2MnV精轧螺纹粗钢筋，穿入双向扁管预埋梁内。使用阶段箱梁跨中截面混凝土上缘应力为13.6MPa，混凝土下缘应力为0.9MPa。
3.2 上海护渠桥
上海护渠桥位于上海市闵行区颛桥镇李家圈附近，处于上海4号线北段连接莘庄立交与奉浦大桥的快速干道上。上海市原引水管渠从该桥下穿过，斜交角470，引水管宽17.56m，两侧保护距离要求不小于5m。护渠桥分为上下行两座独立大桥，桥宽13m，桥面净宽12m，两桥相距11m，按斜交角120o设计。设计荷载：汽车—超20级，挂车—120。
上部结构为先压法拉压预应力混凝土简支工字梁，横桥向共布置10片梁，梁长45m，计算跨径43.08m，梁高1.45m，高宽比为1/29.7。工字梁上翼板宽1.15m，下翼板宽0.95m。跨中截面翼板边缘厚0.18m，腹板厚0.25m。而梁端1.75m范围腹板厚0.95m，并且在梁端10.25m—1.75m范围内，下翼缘边缘厚度由0.18m渐变到0.63m。工字梁每隔5m垂直于梁体设一道隔板。每片工字梁上缘共布设了8束φ32x8mm高强30CrMnSi调质钢管，并在距梁端10m前后两次向下弯出，锚于四块齿板上。
每片工字梁下缘布置了6束10φ15.24mm270级低松弛钢绞线，锚于梁端加宽的腹板上。主梁采用50号混凝土浇筑，在使用阶段跨中截面混凝土上缘应力为14.5MPa，混凝土下缘应力为1.2MPa。
