（工程力学专业论文）预应力混凝土连续梁桥的健康研究.pdf

摘要 厂 在我国，公路桥梁主要设计指标的演变已经历了4 8 年的时间，( 目前，公路桥梁实 际承受的交通量和重型车辆骤增，客货超载和超限运输现象加重。因此，进行旧桥结构 的维修加固，以提高服役桥梁的承载能力，确保交通运输的基本功能是今后一段时期内 面临的重要任务之一。而且随着公路交通业的发展，对公路、桥梁提供安全、快捷、舒 适、低耗行驶的要求越来越高。为了更好地促进我国经济建设的发展，一方面需要加快 公路、桥梁、铁路等建设，另一方面也需要定期和长期地对服役桥梁的现状进行调查分 析，及时地对各种有缺陷的桥梁进行相应的维修加固，以提高桥梁结构的使用寿命和可 靠性能。洇此对本课题进行系统深入的理论分析与科学实验，无疑是有着重大的经济 效益和深远的社会效益，并对促进我国公路建设的大力发展有着不可低估的战略意义o 本文通过大量的实践调查研究和理论研究。从工程的设计、施工和使用等三个阶段 详细分析了影响预应力砼桥梁可靠性的各种因素，并提出了相应的改进意见。着重强调 了结构的“保健”意识即监测、诊断、防护，并且给出了相应的评判标准： 卅一研究所作的工作 。 对于预应力砼桥梁结构，由于设计阶段、施工阶段及使用阶段中存在的种种问题， 导致结构健康状况的降低影响了结构在后续服役期内的正常使用。因此，需要对预应 力砼桥梁的健康问题进行研究，根据结构当前所提供的服役状况，对结构的工作性能进 行综合评价，确定结构的健康状况和水平，依据其评判结果确定维护措施。指导新建结 构的设计和在役结构的正常使用。，v 本文通过探讨人的健康，引出桥梁的健康问题，并引入结构的可靠性分析理论，对 预应力砼梁桥结构的设计、施工及在服役使用维护过程中的各种影响因素进行分析，提 出合理化改进意见及相关技术标准，并以此为基础，对新型材料、施工工艺及结构的诊 断监控方法进行研究，以提出堑器焦痣恢复方法一即保证结构耐久性的具体措施及相 关标准。 ， 本论文所作的工作如下： ，、1 ) 综述了预应力砼技术的发展状况以及在桥梁工程中的应用情况，简要介绍了可 靠性理论在桥梁工程领域的应用及其既有桥梁评估、维修、加固等的研究概况。 2 ) 类比于人的亚健康研究，提出了桥梁“亚健康”的基本概念。在详细讨论了影 响桥梁健康的主要因素后，建议了桥梁健康研究的基本范畴和方法，并从勘探设计、施 塑型查兰堡主望些丝塞 工建设和使用维护等三个阶段对桥梁健康问题作了较全面的分析。 3 ) 结合现有资料、专家经验以及有关的评判标准和相关数据，建议了用二级模糊 综合评判方法进行现有桥梁健康水平的评估方法，并给出了评判标准。 4 ) 结合相关规范以及有关资料，较系统地阐述了桥梁健康监测的内容及方法，并 对预应力砼桥梁的健康恢复策略进行了总结。 5 ) 基于本论文的研究成果，结合天津南疆大桥的健康监测报告，详细分析了影响 该桥健康的关键性问题，并针对调查结果提出了相应的健康恢复方案。 6 ) 对本文的工作进行了总结，并对需要进一步研究的问题提出了作者的观点。 二结论 针对勘探设计、施工建设和使用养护中，影响预应力砼连续梁桥结构健康状况的实 际问题，本论文在已有研究成果的基础上，综合运用概率理论、模糊数学、砼和预应力 砼结构理论等的基本理论和方法，对预应力砼梁桥结构的健康分级、健康检查以及健康 恢复的方法进行了较为系统的研究。并对具体的工程实例进行了健康等级鉴定，并得到 了如下几点有益的结论： 1 ) 类似于人的健康行为，预应力砼桥梁也存在着“健康”、“亚健康”和“危桥” 等不同的健康状态，有必要对其健康行为，特别是亚健康行为进行深入、系统的分析研 究。 2 ) 影响预应力砼桥梁健康行为的因素来自于工程的勘探设计、施工建设和使用养 护等各个阶段，且极为繁杂。采用二级模糊综合评判的方法进行预应力砼桥梁的健康评 级是有效的方法之一。 3 ) 桥梁结构进行有效的健康监测和及时的健康恢复，是满足其安全、快捷、舒适、 低耗要求的根本性手段。文中关于桥梁健康监测的方法和健康恢复的策略是值得推荐 的。 4 ) 采用本文建议的健康分级、健康检查以及健康恢复的方法，对天津南疆大桥健 康问题的研究，以及所作的结论与工程实际情况是基本符合的，因而也是成功的。 三有待于解决的向题 如前所述，进行桥梁结构的健康研究，对我国的公路交通行业的发展具有重大的社 会意义和经济意义。本文提出的理论和方法对桥梁健康研究具有一定的参考意义和实 用价值，但由于课题的复杂性，在许多具体的研究方面尚须进一步的努力。 桥粱亚健康问题研究的重点应当是桥梁结构适用性、舒适性和耐久性问题等本文。 塑型查兰堡主望些堡奎 对这一问题的探讨研究还仅仅是尝试性的。 本文利用模糊综合评判的方法对桥梁结构的健康状况进行了评级分析，但其评判参 数尚需有进一步的工程实践的支持与修正。 桥梁亚健康问题研究的归宿应当是概率的、广义概率的和时变概率的问题，本文对 这一问题的研究也仅仅是建设性的。 总之。无论是对于新建的或在役结构，对其健康状况的分级评估是一项相当复杂的 工作，有许多基础性的工作需进一步的研究。由于作者水平有限，所研究的方法还很不 完善，恳请有关专家和领导批评指正。 二一， 塑型查兰堡主兰些堡兰 a b s t r a c t i nc h i n a ，t h em a i nd e s i g ni n d e xo f r o a db r i d g e sh a sb e e nd e v e l o p e d f o r4 8 y e a r s i nn o w t i m e ，t h ea c t u a lt r a f f i cv o l u m e a n dh e a v yt r a f f i ct h a ta c to nt h eb r i d g e si n c r e a s ev e r yr a p i d l y , a n dt h ep h e n o m e n o no f o v e rl o a d i n ga n dl i m i tb e c a m em o r e s e r i o u s s ot h em a i n t e n a n c ea n d r e p a i ro f s e r v i c eb r i d g et oi n c r e a s ei t sl o a dc a p a c i t y , a n df u r t h e r m o r e ，t oi n s u r et h eb a s i c f u n c t i o no ft r a n s p o r t a t i o ni ss t i l lt h ei m p o r t a n tp r o b l e mt ob ef a c e di nt h en e x tf e wt i m e s w i t ht h ed e v e l o p m e n to f r o a da n dt r a n s p o r t a t i o n ，t h er e q u i r e m e n to f s a f e ，q u i c k ，t o m f o g a b l e a n dl o wc o s tf o rt r a v e li s h i g h e r t ob e r e rh e l p t h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m i c c o n s t r u c t i o n ，i no n ew a y , t h ec o n s t r u c t i o no f r o a d ，b r i d g ea n dr a i l w a ys h o u l d b ei n c r e a s e d ；o n t h eo t h e rh a n d ，l o n gt i m e l ym o n i t o r i n go f s e r v i c eb e h a v i o ro f s e r v i c eb r i d g ei sn e e d e d a n d i fn e c e s s a r y + m a i n t e n a n c ea n dr e p a i rs h o u l db ec a r r i e do nt h es e r v i c eb r i d g e st h a th a v ed e f e c t t oi n c r e a s et h e i rs e r v i c el i f e t i m ea n d r e l i a b i l i t y s o d e e ps y s t e mt h e o r ya n a l y s i s a n d e x p e r i m e n to f t h i sr e s e a r c hp r o j e c ti sv e r yi m p o r t a n t a n dw i l lg r e a t l yh e l pt h ed e v e l o p m e n to f n a t i o n a ir o a dc o n s t r u c t i o n t h r o u g hp r a c t i c a li n v e s t i g a t i o na n dt h e o r ya n a l y s i s ，d i f f e r e n tf a c t o r st h a t a f f e c tt h e r e l i a b i l i t yo fs e r v i c ep r e - s t r e s s e dc o n c r e t eb r i d g e sa r ea n a l y s i si n t h r e ed i f f e r e n ts t a g e s ， d e s i g n ，c o n s t r u c t i o na n ds e r v i c es t a g e ，a n d r e l e v a n ts u g g e s t i o ni s g i v e n t h e i d e ao f s t r u c t u r a l h e a l t hc a r e ”i se m p h a s i z e d ，t h a ti s ，m o n i t o r i n g , d i a g n o s i sa n dp r o t e c t i o n ，a n d r e l e v a n te v a l u a t i o ns t a n d a r da r eg i v e n 1 t h em a i nc o n t e n t so fr e s e a r e h d u et ot h ep r o b l e m se x i s t e di n d e s i g n ，c o n s t r u c t i o na n ds e r v i c es t a g e ，t h es t r u c t u r a l h e a l t hd e g r e eo f p r e - s t r e s s e dc o n c r e t eb r i d g ew i l ld e c r e a s e ，a n dt h er e q u i r e m e n tf o rn o r m a l u s ei nt h er e s i d u a ls e r v i c el i f e t i m ec a n n o tb ef u l f i l l e d s o ，i ti sn e c e s s a r yt or e s e a r c ho nt h e h e a l t hp r o b l e mo f p r e s t r e s s e dc o n c r e t eb r i d g e b a s e do nt h ec b r r e n ts e r v i c es i t u a t i o no f t h e s t r u c t u r e ，t h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no f s t r u c t u r a lw o r k i n gb e h a v i o ri sc a r r i e dt od e c i d ei t s h e a l t hc o n d i t i o na n d d e g r e e ，a n d r e l e v a n tm a i n t e n a n c e s t r a t e g y b a s e do nt h eh e a l t h e v a l u a t i o nr e s u l ti sd e c i d e dt og u i d et h ed e s i g no fn e ws t r u c t u r ea n dt oi n s u r et h es a f e t yo f s e r v i c es t r u c t u r e b a s e do nd i s c u s s i o no fb e r t ho fm a n k i n d ，t h eh e a l t ho fb r i d g ei sd r a w nf o n l l b y i n t r o d u c i n g o fs t r u c t u r a l r e l i a b i l i t ya n a l y s i st h e o r y , d i f f e r e n t f a c t o r st h a ti n d e s i g n ， c o n s t r u c t i o na n ds e r v i c e s t a g e w e r e a n a l y z e d ，r a t i o n a la d v i c ea n dr e l e v a n tt e c h n o l o g y s t a n d a r da r es u g g e s t e d a n db a s e do nt h e s er e s e a r c h ，t h er e s e a r c hm o n i t o r i n ga n d d i a g n o s i s m e t h o d so fn e wm a t e r i a l ，c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ya n ds t r u c t u r e si sc a r r i e do u t , t og a i nt h e m e t h o do fh e a t hr e s t o r a t i o no fb r i d g e s ，t h a ti s ，s p e c i f i cm e a s u r e sa n dr e l e v a n ts t a n d a r dt o a s s u r et h ed u r a b i l i t yo f t h es t r u c t u r e s t h em a i nw o r k sa r es u m m a r i z e da sf c l i l o w s ： ， 塑坐查兰堡主望些丝苎一 t 广一t h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f t h ep r e s t r e s s e dt e c h n o l o g yi nt h eb r i d g e s t r u c t u r e s a r er e v i e w e d ；t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h er e l i a b i l i t yt h e o r ya n dt h ea s s e s s m e n t - m a i n t a n a l l c e s t r a t e g yi ss t a t e d 2 、a s s e m b l et ot h es u b h e a l t hr e s e a r c ho fm a n k i n d ，t h ei d e a so fb r i d g es u b - h e a l t h a r e p r o v i d e d t h eh e a l t hr e s e a r c hm e t h o d s a r es u g g e s t e da l t e rd i s c u s s i n gt h e o r e t i c a lf a c t o r s ，t h e i n f l u e n c eo ft h et h r e em a i ns t a g e s - - d e s i g n ，c o n s t r u c t i o na n dm a i n t e n a n c et ot h es t r u c t u r e s i sa n a l y z e d 3 1 a c c o r d i n gt ot h er e l e v a n ti n f o r m a t i o n ，e x p e r te x p e r i e n c e ，a s s e s s m e n ts t a n d a r da n dd a t a t h em e t h o do ft w og r a d ec o m p r e h e n s i v ef u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o na n ds t a n d a r di s s u g g e s t e d 4 ) a c c o r d i n gt o t h er e l e v a n ts t a n d a r da n dc o d e ，t h ec o n t e n to fh e a l t h m o n i t o r i n g i s r e v i e w e d ；t h eh e a l t hr e s t o r a t i o ns t r a t e g yo ft h ep r e s t r e s s e dc o n c r e t eb r i d g es t r u c t u r e s i s c o n c l u d e d 5 ) b a s e do nt h et h e o r yo ft h ep a p e r , c o m b i n e dw i t ht h eh e a l t hm o n i t o r i n gr e p o r t , t h e i n f l u e n c eo f t h e b r i d g eh e a l t hi sa n a l y z e d ，t h er e s t o r i n gs t r a t e g yi sp r o v i d e d 6 、t h ec h i e f w o r k sa r es u m m a r i z e da n dt h ep r o b l e m st h a tn e e dt os t u d ya r ep r o v i d e d 2 c o n e l u s i o n a i m e da tt h ea c t u a lp r o b l e m se x i s t e di nd e s i g n ，c o n s t r u c t i o na n ds e r v i c es t a g et h a t a f f e c tt h es t r u c t u r a lh e a l t hs i t u a t i o n ，a n db a s e do nt h ee x i s t i n gr e s e a r c hr e s u l t ，p r o b a b i l i t y t h e o r y , f u z z ym a t h ，c o n c r e t ea n dp r e - s t r e s sc o n c r e t et h e o r ya n de t ca r eu s e di nt h i sp a p e r s y s t e mr e s e a r c ho nm e t h o d so fh e a l t hc l a s s i f i c a t i o n ，h e a l t hc h e c ka n dh e a l t hr e s t o r a t i o ni s c a r r i e do u t t h em e t h o d sa r eu s e dt oc l a s s i f yt h eh e a l t hd e g r e eo fc e r t a i np r a c t i c a lp r o j e c t a n ds o m eu s e f u lc o n c l u s i o n sa r eg a i n e d 1 ) a s s e m b l et ot h eh e a l t hb e h a v i o ro fm a n k i n d ，t h ep r e s t r e s sc o n c r e t eb r i d g ea l s oh a v e d i f f e r e n th e a l t hs i t u a t i o n s ，t h a ti s ，h e a l t h ，s u b h e a l t ha n dd a n g e r o u s s oi ti s n e c e s s a r yt o c a t t yo u tt h er e s e a r c ho ns u b - h e a l t hb e h a v i o r 2 ) f a c t o r sa f f e c tt h eh e a l t hs i t u a t i o no fp r e s t r e s s e dc o n c r e t eb r i d g ec o m ef r o m d e s i g n ， c o n s t r u c t i o na n ds e r v i c es t a g e ，a n dt h er e l a t i o n sa m o n gf a c t o r sa r ev e r yc o m p l e x t h eu s i n g o f t w o g r a d e sc o m p r e h e n s i v ef u z z ye v a l u a t i o nm e t h o dt oc l a s s i f yt h eh e a l t hd e g r e ei sab e t t e r a n de f f e c t i v ew a y 3 ) e f f e c t i v eh e a l t hm o n i t o r i n ga n di nt i m eh e a l t hr e s t o r a t i o ni st h eb e s tw a yt oi n s u r et h e r e l i a b i l i t yo ft h eb r i d g es t r u c t u r e t h eh e a l t hm o n i t o r i n gm e t h o da n dh e a l t hr e s t o r a t i o n s t r a t e g ys u g g e s t e di nt h i sp a p e ri sv e r yh e l p f u l 4 ) t h er e s e a r c hb a s e do nt h em e t h o d ss u g g e s t e di nt h i sp a p e ro nt h eh e a l t hp r o b l e m so f t i a n j i nn a n j i a n gb r i d g ei sc a r r i e do u t ；t h ec o n c l u s i o ni sb a s i c a l l ys a m ea st h a to f t h e p r o j e c t ， s ot h em e t h o di sr i g h t 3 p r o b l e m st ob es o i v e d 。 郑州大学硕士毕业论文 a sm e n t i o n e da b o v e t h er e s e a r c ho nh e a l t ho fb r i d g es t r u c t u r ei sv e r yi m p o r t a n tf o rt 1 1 e d e v e l o p m e n t o f n a t i o n a lr o a dt r a n s p o r t a t i o n t h em e t h o ds u g g e s t e di nt h i sp a p e ri so f c e r t a i n v a l u ef o rf u r t h e rw o r k h o w e v e gf u r t h e rr e s e a r c hw o r ki sn e e d e db e c a u s et h ep r o j e c ti sv e r y c o m p l e x t h em a j o rp o i n t so fr e s e a r c ho ns u b - h e a l t ho fb r i d g es t r u c t u r ea r es a f e t y , d u r a b i l i t y s e r v i c e a b i l i t ya n d e t c t h er e s e a r c ho nt h i sp r o b l e mi nt h ep a p e ri ss t i l lp r e l i m i n a r yw o r k t h o u g hc o m p r e h e n s i v ef u z z ye v a l u a t i o nm e t h o di su s e dt oc l a s s i f yt h eh e a l t hs i t u a t i o n o fb r i d g es t r u c t u r e ，b u tt h ee v a l u a t i o np a r a m e t e rs t i l ln e e dc o r r e c t i o na n d s u p p o r tf r o m p r o j e c te x p e r i e n c e t h er e s e a r c ho ns u b h e a l t hp r o b l e mo fb r i d g ei s r e a l l yt h ep r o b l e mo fp r o b a b i l i t y , e x t e n s i v e p r o b a b i l i t y a n dt i m e 。d e p e n d e n t p r o b a b i l i t y t h er e s e a r c h i nt h i s p a p e ri sj u s t c o n s t r u c t i v e l y n e v e r t h e l e s s ，n om a t t e rn e wo rs e r v i c os t r u c t u r e ，t h ec l a s s i f i c a t i o ne v a l u a t i o no fi t s h e a l t hs i t u a t i o ni sav e r yc o m p l e xw o r k ；f u r t h e rb a s i cr e s e a r c hw e r ki sn e e d e d d u et ot h e l e v e lo f t h ea u t h o r ，t h ea d v i c ef r o m e x p e r ti se x p e c t e d 郑州大学硕士毕业论文 第一章绪论 1 1 引言 美国砼学会( a c l ) 对预应力砼作了如下定义：预应力砼是根据需要，人为地 引入某一数值与分布的内应力，用以部分或全部抵消外荷载应力的一种加筋砼，应 用预先加给砼的应力，抵消作用在砼结构上的荷载，使砼承受更大拉力，成为能和 钢材相匹比的材料，使得预应力技术成为目前为止最富有成效的建筑结构技术。 预应力技术从上世纪5 0 年代中期开始应用于公路桥梁。近二十年来，在预应力 砼的设计理论、结构分析、材料设备、施工工艺等方面均取得了长足的进步，随着 城市建设和公路、铁路交通事业的蓬勃兴起，高强、高效预应力砼技术已愈来愈广 泛地被应用于各种建、构筑物和路桥结构工程之中。 然而，据国家统计局2 0 0 2 年2 月6 日公布的第二次全国公路普查主要数据公 报，我国已建成的2 7 8 8 0 9 座桥梁中有9 5 9 7 座被定性为危桥；而出现老化、损坏和 使用功能明显降低的桥梁则更多。其它的发展中和发达国家也存在着类似的现象， 在美国，6 0 万座被调查的桥梁中，被国家联办公路总局划为不符合要求的有2 0 万座， 被列为具有结构缺陷的有1 2 5 万座，每年有5 千至8 千座桥梁需要更换【”。印度也有 大约1 0 的公路桥梁需要替换，另有1 0 的桥梁有损伤迹象f ”。 在我国，公路桥梁主要设计指标的演变已经历了4 8 年的时间，目前，公路桥梁 实际承受的交通量和重型车辆骤增，客货超载和超限运输现象加重。因此，进行旧 桥结构的维修加固，以提高服役桥梁的承载能力，确保交通运输的基本功能是今后 一段时期内面临的重要任务之一。美国为了使普通桥梁达到高速公路的桥梁标准， 对入量的桥梁进行了加固改造。印度在近2 0 年间，对国道上承载力较低的桥梁也普 遍进行了加固，并对能够承受荷载等级较高的桥梁进行了加宽处理。 随着公路交通业的发展，对公路、桥梁提供安全、快捷、舒适、低耗行驶的要 求越来越高。为了更好地促进我国经济建设的发展，一方面需要加快公路、桥梁、 铁路、机场等建设，另一方面也需要定期和长期地对服役桥梁的现状进行调查分析， 及时地对各种有缺陷的桥梁进行相应的维修加固，以提高桥梁结构的使用寿命和可 靠性能。因此，对上述课题进行系统深入的理论分析与科学实验，无疑是有着重大 的经济效益和深远的社会效益的，并对促进我国公路建设的大力发展将会有不可低 估的战略意义。 郑卅l 大学硕士毕业论文 1 2 本课题研究的重要意义 截止2 0 0 0 年底，我国已建有各类公路桥梁2 7 9 万余座，计1 0 3 1 2 多万延米。 但是，由于设计、施工及使用过程中各种因素的影响，有相当数量的桥梁或损坏严 重，或处于超期运营状态，或早己不符合现代行车标准的要求，这些都直接影响到 了行车对安全性、快捷性、舒适性以及经济性的要求。 根据美国联邦公路管理局的统计，美国1 9 5 0 1 9 9 4 年修建的各类公路桥梁的缺 陷率见表1 1 所示吼 表1 1 美国公路桥梁缺陷率( 1 9 5 0 1 9 9 4 ) 定级为有结构缺陷的桥粱 桥梁类别单位( 座) ( 座) ( ) 钢筋砼桥 9 1 8 8 66 0 2 76 ，6 预应力砼桥8 8 3 0 43 2 1 233 钢桥 1 1 8 4 2 42 2 9 2 81 94 木桥2 7 8 1 71 3 1 9 94 74 其它 1 3 0 92 l l1 63 总计 3 2 7 8 2 94 5 5 8 71 39 我国砼结构耐久性问题也很严重，连云港码头1 9 7 6 年建成，1 9 8 0 年就出现了钢 筋锈蚀的问题。京津两市的立交桥，在投入使用不久，就出现了较严重的砼开裂和 钢筋锈蚀的现象【9 】。据1 9 9 4 铁路部门统计，我国正在运营的有病害桥梁共6 1 3 7 座占 总数的1 8 8 ，其中预应力砼桥梁2 6 7 5 座0 】。 由表1 1 可知，定级为有结构缺陷的预应力砼桥远比其它类别的桥梁为少。但与 普通钢筋砼结构相比，预应力砼结构的失效也有以下几个不利的因素： 1 ) 预应力筋长期处于高应力状态，应力腐蚀现象较突出，在最严重的情况f ， 它发挥得非常迅速，破坏几乎在没有预兆的情况f 发生。 2 ) 预应力技术过程须经过多道工艺，任何一个环节的疏忽都有可能影响它的耐 久性。据记载，曾有由于压浆工序的推迟，致使雾状工业污染物等严重腐蚀了受力 钢筋，进而造成在张拉期间钢丝断裂、甚至整根力筋的断裂。 预应力砼的几十年发展经验业已证明，预应力筋的腐蚀发生率是相对较低的， 2 郑州大学硕士毕业论文 但是，腐蚀破坏的后果却非常严重和危险，必须加以有效地防止。 应我国交通基础设施的不断发展，预应力技术在公路桥梁工程中的应用愈加广 泛。但是，我国的现行设计规范( j t j 0 2 3 - 8 5 ) 是十几年前颁布的，许多内容明显滞 后于当前的工程实践，如设计方法仍采用容许应力法等。而在新材料、新工艺的工 程应用，以及在役结构的鉴定、维护、维修和加固等的理论体系方面则落后的更多。 本文通过大量的实践调查研究和理论研究，从工程的设计、施工和使用等三个 阶段详细分析了影响预应力砼桥梁可靠性的各种因素，并提出了相应的改进意见。 文中着重强调了结构的“保健”意识一即监测、诊断、防护，且给出了相应的评判 标准。这对正确评估桥梁的正常使用能力、优化桥梁的维修费用和延长桥梁的使用 寿命等，都将具有显著的技术上和经济上的意义。 1 3 预应力工程的发展概况 1 3 1 预应力技术的发展1 “j - i “i ： 早在十九世纪后期，就有人试图用张拉钢筋的方法克服钢筋砼的裂缝，但预应 力砼的大量推广开始于第二次世界大战后的1 9 4 5 年。由于战争对工业交通、城市建 设的破坏，西欧的重建任务十分繁重，钢材短缺，许多钢结构工程纷纷采用预应力 砼结构来代替，促进了预应力砼结构的迅速发展。 我国自5 0 年代开始进行预应力砼的研究。1 9 5 4 年，铁道部科研院完成了预应力 砼钢弦轨枕的试验研究。1 9 5 7 年北京至周口店公路的哑吧河上修建了我国第一座跨 径2 0 米的装配式后张预应力砼简支粱桥。 目前，混凝土正朝着高强度、高延性、高性能的方面发展。相应地，高强度、 低松弛、耐久防腐的预应力筋以及各种配套的张拉设备也逐步应用于实际工程之中， 这使得预应力砼技术水平得到了持续性的不断提高。现代预应力技术的发展主要体 现为以下几个方面： 1 高强超高强预应力筋的采用 1 9 2 8 年，法国的弗来西奈( f r e s s i n e t ) 认识到收缩、徐变对预应力损失的影响后， 开始将高强钢丝应用于预应力砼结构中。目前，桥梁上常用的预应力材料有高强钢 丝、高强钢绞线和高强钢筋三大类。常用的高强钢丝直径有巾5 、m7 两种，标准强 度在1 5 7 0 m p a 以上。高强钢筋多采用标准强度为7 5 0 m p a 的精轧螺纹钢筋，直径有2 5 、 3 2 r a m 两种。高强钢绞线主要有7m 5 和7 $ 4 两种，其抗拉强度标准值分别为1 4 7 0 m p a 和| 5 7 0 1 v r p a ，延伸率为3 5 ，主导产品均符合美国现行a s t m 标准。近几年来，抗 3 塑型查兰堡主兰些堡兰 拉强度标准值达1 8 6 0 m p a 的低松弛钢绞线的产量也在迅速增长，并几乎包揽了新建 的大跨度预应力砼桥梁。 2 高效率的张拉锚固体系 随着高强度预应力筋的广泛应用，与之配套的张拉锚固体系技术已臻完善。张 拉锚固体系按锚固的方法大约可分为三种：支承式一螺丝端杆式锚( 用于粗钢筋及 镦头锚两种) 、锲紧式一夹片式或锥塞式锚以及环套式锚等。与高强钢绞线对应的夹 片式锚具，用于接长钢绞线的连接器，可实现桥梁预应力束的分段张拉与接长。预 应力扁锚也属夹片式群锚体系，主要用作箱形梁桥的横向预应力，连续梁局部加强 预应力等地方。 3 预应力施工工艺不断创新 1 ) 由预埋金属波纹管取代了7 0 年代普遍采用的抽拔橡胶管成孔技术。 2 ) 灌浆设备的改进及“二次灌浆法”的应用，确保了孔道灌浆的密实性。 3 ) 无粘结预应力筋的使用使预应力工艺大为简化。 4 ) 体外预应力技术的应用。 1 3 2 预应力材料的新进展 l - 纤维增强塑料筋 作为新型的砼预应力材料，纤维增强塑料筋( f r p ) 是当前国际上的研究热门， 但多数仍然处于研制与试验阶段。材料中所用的非金属纤维主要有玻璃纤维 ( g f r p ) 、碳纤维( c f r p ) 和芳纶纤维( a f r p ) 等，将多股连续纤维以环氧树腊等 作为基底材料胶合后，经过特制的模具挤压，拉拔成型。塑料筋的应力一应变曲线 没用条件屈服点，直到拉断都呈线弹性状态，它们的弹性模量仅为5 0 1 5 0 g p a ，而 抗拉强度则接近于高强钢绞线。 纤维增强塑料筋与钢材相比有如下特点：抗腐蚀性能好，热胀系数低，无磁性、 能耗低，强度质量密度比高于钢材5 倍左右，但它的缺点是造价高，极限应变低( 极 限伸长率仅为2 3 ) ，长期静力强度较低，尤以g f r p 为甚，a f r p 吸水后耐久 性较差。 2 环氧涂层钢绞线 环氧涂层钢绞线是在正常的裸钢绞线表面上涂覆了有机环氧树脂，涂层厚度为 o 6 4 m m 1 4 i i l m 之间，涂层过薄，易受损伤，涂层过厚，则楔块及锚具尺寸将加大。 涂层方法有两种：一种是光滑型，另一种是表面沉砂型。光滑型有较低的粘结特性， 用于无粘结后张体系，外部后张体系和斜拉索，表面沉砂型用于粘结先张法和后张 4 塑型查兰堡主兰些堡墨 法体系。 相对于目前常用的镀锌钢绞线，环氧喷涂钢绞线具有防腐性能好的特点。 3 塑料管 1 9 8 5 年在英国曾发生因预应力筋腐蚀而引起的桥梁倒塌事故，英国运输部随即 在1 9 9 2 至1 9 9 6 年间暂停了压浆后张法的预应力砼施工方法，此决定引起国际上对 预应力砼耐久性的广泛重视。此后，英国有关部门决定，后张预应力筋必须密封在 耐磨和防渗漏的塑料管中，以形成多层防护措施。 在选择预应力筋管道的壁厚和半径对，必须考虑其强度，耐久性、作业性、使 用性能等，同时，在任何环境下，都不能与灌浆材料发生化学反应。塑料管的基本 特点是：耐腐蚀性好、强度高、不导电等。 1 3 3 无粘结预应力砼结构的发展 首先提出无粘结预应力设想的是美国的e d i l l 。1 9 2 7 年，德国人费贝尔将力筋 涂以石蜡或套在铁皮管或硬纸管内，然后灌注砼，待砼硬化后，张拉力筋对砼施加 预应力。1 9 3 4 年，d i s h i n g e 的体外无粘结力筋的技术取得德国和法国的专利。实际 上，世界上第一座预应力砼桥就是按照迪申格尔法建成的体外无粘结力筋预应力砼 悬臂梁桥，它比世界上第一座有粘结力筋的德国威斯特伐里亚州的3 3 m 预应力线跨 桥早一年建成。 最初的无粘结筋为6 5 m m 、1 6 0 0 m p a 的应力消除钢丝，经涂油脂后用纸带缠绕包 裹而成。6 0 年代初开始由钢绞线代替钢丝作为无粘结筋。6 0 年代中期义出现了内涂 油脂外包塑料护套的钢绞线无粘结筋。1 9 7 0 年，塑料护套的制作工艺有了重大改进， 无粘结筋挤出涂塑技术取得成功，并在施工中得到了大量的应用。1 9 9 3 年，建设部 正式颁布了无粘结预应力砼结构设计与施工规程，它标志着无粘结预应力技术在 我国的应用已趋于成熟。 无粘结力筋其强度和刚度与相应的有粘结筋相比稍低，考虑到它的耐久性问题， 以f 几点应当引起注意； 1 ) 沿预应力筋全长采取有效的封闭措施； 2 ) 锚具处封锚砼必须密实，保证锚具与砼的良好粘结性能： 3 ) 保证防腐油脂的质量良好，防止水分的侵入。 1 3 4 体外预应力技术的发展 早在1 9 2 8 年，法国学者d i s h i n g e 便将体外力筋用于s a a l lb r u c k e 桥上。虽然此 5 塑型奎堂堡主兰些堡苎一 后也陆续建成了一些体外力筋的预应力砼桥梁，但由于体外束的防腐问题，其数量 与规模远不如有粘结力筋的预应力砼桥为多。6 0 年代以后，由于斜拉桥技术的发展， 使外露索的防腐及其他一系列技术得到很好的解决，体外力筋预应力砼桥才得以较 大规模发展。 相对于体内预应力结构，体外预应力结构的特点有： i ) 无须拆除结构即可更换预应力筋。 2 ) 无须内置预应力管道，有利于砼的浇注和砼浇注质量的提高，且不会因预留 孔而削减截面，降低承压能力。可有效减少壁厚，减小构件截面尺寸，减轻自重。 3 ) 在使用期内可对预应力筋定期检测、维护，及早发现问题。 4 ) 可用于加固或修建己建的砼结构。 5 ) 预应力筋易于布置、调整。 6 ) 能够即时控制及调整钢绞线柬的应力。 7 ) 可用于无法内置预应力束的结构中。 由于以上诸多原因，各国体外配筋建造的桥梁越来越多，如美国的l o n g - k e y 桥， 法国的l af l i e c h e 桥