重庆交通大学桥梁预应力施工隐患分析与精细化施工技术

桥梁梁预预应应力力施施工工隐隐患患分分析析与与精精细细化化施施工工技技术术重庆庆交交通通大大学学王王继继成成1梗概概一、、预预应应力力技技术术在在桥桥梁梁中中的的应应用用二、、预预应应力力对对桥桥梁梁的的作作用用三、、预预应应力力混混凝凝土土桥桥梁梁病病害害分分析析与与施施工工现现状状四、、预预应应力力精精细细化化施施工工技技术术五、、预预应应力力精精细细化化施施工工是是降降低低桥桥梁梁全全寿寿命命成成本本的的保保障障2一、、预预应应力力技技术术在在桥桥梁梁中中的的应应用用预应应力力技技术术近近年年来来发发展展迅迅速速，，在在预预应应力力混混凝凝土土桥桥梁梁的的设设计计、、结结构构分分析析、、试试验验研研究究、、预预应应力力材材料料及及工工艺艺设设备备、、施施工工工工艺艺等等方方面面日日新新月月异异。。预预应应力力混混凝凝土土连连续续梁梁桥桥是是预预应应力力桥桥梁梁中中的的一一种种，，它它具具有有整整体体性性能能好好、、结结构构刚刚度度大大、、变变形形小小、、抗抗震震性性能能好好，，特特别别是是主主梁梁变变形形挠挠曲曲线线平平缓缓，，桥桥面面伸伸缩缩缝缝少少，，行行车车舒舒适适等等优优点点。。我我国国已已建建成成许许多多这这类类桥桥梁梁，，如如：：云云南南六六库库怒怒江江大大桥桥（（主主跨跨154米）、上上海黄浦浦江奉浦浦大桥（（主跨125米）、湖湖南常德德沅江大大桥（主主跨120米）、山山东东明明黄河公公路大桥桥（主跨跨120米）等等等。预应应力混凝凝土连续续刚构桥桥比连续续梁桥有有更大的的跨越能能力，我我国于1988年建成的的广东洛洛溪大桥桥（主跨跨180米），开开创了我我国修建建大跨径径预应力力连续刚刚构桥的的先例，，二十多多年来，，预应力力梁桥在在全国范范围内已已建成跨跨径大于于120米的有74座。世界界已建成成跨度大大于240米预应力力梁桥17座，中国国占7座。1997年建成的的虎门大大桥副航航道桥（（主跨270米）为当当时预应应力连续续刚构世世界第一一。近几几年相继继建成了了泸州长长江二桥桥（主跨跨252米）、重重庆黄花花园大桥桥（主跨跨250米）、黄黄石长江江大桥（（主跨245米）、重重庆高家家花园大大桥（主主跨240米）、贵贵州六广广河大桥桥（主跨跨240米），近近期还将将建成一一大批大大跨径预预应力连连续刚构构桥。3二、预应应力对桥桥梁的作作用预应力在在桥梁结结构中的的使用，，提高了了桥梁构构件的抗抗裂度和和刚度，，有效改改善了构构件的使使用性能能，增加加结构的的耐久性性；节省省钢材与与混凝土土用量，，对大跨跨径桥梁梁，有显显著优越越性；减减少了混混凝土梁梁的竖向向剪力和和主拉应应力，有有利于减减小梁的的腹板厚厚度，使使梁自重重进一步步减小；；可作为为结构构构件连接接的手段段，促进进了桥梁梁结构新新体系与与施工方方法的发发展。2.1纵向、横横向、竖竖向预应应力的作作用2.1.1纵向预应应力纵向预应应力是预预应力混混凝土连连续梁式式桥的核核心，纵纵向预应应力的配配束方案案是根据据受弯梁梁的弯矩矩包络图图设计的的，即根根据不同同应力状状态下受受弯梁的的破坏形形态设计计，包括括弯起索索、连续续索等。。实际工工程中腹腹板斜裂裂缝是预预应力混混凝土连连续箱梁梁常见的的裂缝形形式，是是结构裂裂缝，主主要受腹腹板纵向向预应力力的大小小控制。。4式中:———荷载短期期效应组组合并考考虑长期期效应下下的总挠挠度；——永存预加加力所产产生的上上挠度；；——由荷载效效应组合合计算的的弯矩值值引起的的挠度值值；——预加力反反拱设置置考虑长长期效应应增长系系数；——短期荷载载效应组组合考虑虑长期效效应的挠挠度增长长系数。。纵向预应应力主要要控制桥桥梁的预预拱度，，预拱度度直接关关系到成成桥状态态下的线线形是否否与设计计线形相相符，并并且影响响使用状状态下桥桥梁结构构的安全全。根据据预应力力作用下下桥梁挠挠度计算算的基本本理论，，预应力力混凝土土结构受受弯构件件的挠度度由偏心心预加力力引起的的上挠度度和外荷荷载（静静、动载载）所产产生的下下挠度两两部分组组成。即即：5由上式可可见，为为保证桥桥梁线形形与安全全，纵向向预应力力所产生生的上挠挠度应能能抵消荷荷载引起起的下挠挠度，当当预加力力的长期期反拱值值小于按按荷载短短期组合合计算的的长期挠挠度时应应设置预预拱度。。合理确定定预加力力作用点点的位置置对预应应力混凝凝土梁是是很重要要的。在在弯矩最最大的跨跨中截面面处，应应尽可能能使预应应力钢筋筋的重心心降低，，使其产产生较大大的预应应力负弯弯矩来平平衡外荷荷载引起起的正弯弯矩。如如令沿梁梁近似不不变，则则对于弯弯矩较小小的其他他截面，，应相应应地减小小偏心距距值，以以免由于于过大的的预应力力负弯矩矩而引起起构件上上缘的混混凝土出出现拉应应力。只只要作用用点的位位置，落落在束界界的区域域内，就就能够保保证构件件在最小小外荷载载和最不不利荷载载作用下下，其上上下缘混混凝土均均不会出出现拉应应力。纵向预应应力还会会引起横横向变形形。在施施工过程程中，纵纵向预应应力张拉拉吨位较较大，根根据泊松松比，产产生的横横向变形形也较大大。这样样，不但但提高了了对横向向预应力力筋束张张拉质量量的要求求，同时时也提高高了对纵纵向预应应力筋束束张拉质质量的要要求，以以便保证证二者的的相互合合理性及及影响程程度，防防止因施施工不当当引起变变形过大大造成桥桥梁线形形的不足足及结构构的破坏坏。所以对纵纵向预应应力张拉拉质量进进行检测测控制，，使其符符合设计计的要求求，是保保证整个个桥梁结结构安全全最重要要的手段段。62.1.2竖向预应应力在桥梁结结构中，，竖向预预应力和和纵向预预应力两两者结合合来控制制腹板的的剪应力力和主拉拉应力。。理论分分析及实实践经验验表明，，如果竖竖向预应应力钢筋筋不能充充分发挥挥作用，，桥梁腹腹板的主主拉应力力就将超超过规范范规定的的限值，，有可能能出现斜斜裂缝。。如果施施工质量量控制不不当，使使箱梁腹腹板产生生裂缝，，对桥梁梁的刚度度和耐久久性将产产生不利利影响，，最终影影响桥梁梁的使用用寿命。。所以，，在预应应力混凝凝土箱梁梁结构中中，为控控制箱梁梁腹板的的斜向裂裂缝，在在腹板中中配制竖竖向预应应力筋。。现行规范范充分考考虑了纵纵向预应应力的弹弹性压缩缩损失的的计算，，但对竖竖向应力力的弹性性压缩损损失没有有作特别别的说明明，纵向向预应力力的弹性性压缩损损失是基基于一维维杆件轴轴向压缩缩计算得得出的，，而竖向向预应力力有其自自身的特特点：①①竖向预预应力筋筋比较短短，与纵纵向预应应力筋相相比达到到相同的的应力水水平，其其弹性变变形要小小得多；；②竖向向预应力力筋锚固固端沿腹腹板轴向向排列，，而纵向向预应力力筋的锚锚固端则则排列在在箱梁的的某个截截面上，，显然纵纵向预应应力弹性性压缩损损失的计计算方法法不适于于竖向预预应力的的计算。。7目前我国国在这方方面的研研究还不不够深入入，尽管管对竖向向预应力力筋的有有效预应应力可能能存在设设计的问问题，依依据受力力均匀及及考虑摩摩阻等因因素对有有效预应应力的影影响，所所以在施施工中可可对竖向向预应力力进行检检测，如如果允许许的情况况下可进进行全部部检测控控制，发发现其存存在的规规律，是是解决竖竖向有效效预应力力建立的的最直接接、最有有效的方方法。竖向预应应力筋常常采用精精轧螺纹纹钢筋，，长度不不大，因因施工、、徐变等等诸多因因素的影影响而受受到较大大的损失失，从而而使竖向向预应力力筋达不不到设计计要求(这也是通通车后有有些桥腹腹板出现现裂缝的的主因)。根据现现存预应应力混凝凝土连续续梁、连连续刚构构桥箱梁梁裂缝检检查结果果及文献献记载，，目前国国内绝大大部分箱箱梁在运运营阶段段都出现现了不同同形式的的裂缝，，其中距距支座（（或桥墩墩）L／4附近腹板板斜裂缝缝数量较较多，裂裂缝与主主拉应力力的方向向基本垂垂直，通通常腹板板内侧的的数量较较多。此此原因是是腹板主主拉应力力过大，，而在设设计或施施工时对对竖向预预应力损损失估计计不足有有关。82.1.3横向预应应力横向预应应力对箱箱梁结构构的主要要作用是是加强桥桥梁的横横向联系系，增加加桥面板板的刚度度，增大大悬臂板板的抗弯弯能力，，使悬臂臂部分增增长，另另外也减减少了荷荷载对桥桥面的局局压作用用。增大大结构的的横向整整体性后后可以增增大腹板板的间距距,悬臂部分分宽度,这样可以以减少下下部工程程量，减减少造价价。还有有就是防防止桥面面开裂,尤其是温温度应力力导致桥桥面板的的裂缝。。变高度预预应力混混凝土箱箱梁的底底板在垂垂直平面面处具有有一定的的曲率，，因此，，预应力力钢束必必须按照照这种曲曲率布置置。根据据预应力力等效荷荷载的原原理，钢钢束的曲曲率引起起向下的的径向荷荷载，这这种荷载载势必会会受到两两腹板之之间底板板横向弯弯曲的抵抵抗。当当没有布布置横向向预应力力束或底底板截面面尺寸不不足时，，会导致致底板产产生纵向向裂缝。。92.2有效预应应力大小小和不均均匀度的的影响有效预应应力的建建立直接接影响到到桥梁的的安全性性、可靠靠性和长长期使用用寿命。。特别是是连续刚刚构桥，，由于其其跨径大大、张拉拉吨位大大、预应应力体系系和结构构受力复复杂等特特点，不不少工程程因预应应力失控控而带来来灾难性性的后果果。预应力混混凝土桥桥梁中，，预应力力的效应应是比较较大的，，如果施施工不当当导致梁梁体内未未能建立立合格的的有效预预应力，，在荷载载作用尤尤其是活活载作用用下，对对挠度的的影响将将更大：：有效预预应力偏偏小，直直接影响响预拱度度，有效效预应力力不均匀匀将导致致预应力力筋的早早期疲劳劳，危及及桥梁使使用寿命命。不少少连续刚刚构桥，，成桥荷荷载试验验验收合合格，但但不久则则严重下下挠，甚甚至断裂裂，就是是同束有有效预应应力不均均度太大大所致。。102.3数学模型型的建立立与理论论计算分分析专题题桥梁（空空心板））预应力力施工工工艺控制制研究（（桥梁预预应力施施工质量量保证体体系研究究报告））课题，，首先通通过从30m足尺寸预预应力空空心板梁梁实验及及有限元元仿真分分析两个个方面对对预应力力空心板板梁张拉拉有效预预应力和和各绞线线受力均均匀性以以及预应应力的施施工顺序序进行分分析比较较，通过过对已施施加预应应力的梁梁进行锚锚下有效效预应力力和各绞绞线受力力均匀性性检测及及对梁体体变形进进行综合合评估，，形成最最优的预预应力施施工工艺艺，以保保证梁体体在施工工中及服服役中的的最小变变形和其其性能优优化，同同时保证证最均匀匀的预应应力施加加与综合合控制从从而达到到延长服服役年限限的目的的。11在课题题的研研究中中，为为了使使试验验符合合实际际情况况，反反映真真实状状态，，我们们采用用足尺尺寸（（30ｍ）空空心板板梁来来做有有关实实验。。这是是因为为比例例模型型处理理的有有关参参数的的选择择及设设定较较复杂杂，试试验中中模型型也不不能完完全真真实反反映实实际情情况，，另外外模型型对预预应力力筋、、锚夹夹具等等的性性能难难以处处理，，对所所施加加的预预应力力在梁梁体中中的情情况（（如摩摩阻影影响、、应力力损失失等））处理理也很很难，，这些些都会会对试试验结结果带带来很很大影影响。。足尺尺寸空空心板板梁的的制作作工程程量较较大，，试验验工作作量及及试验验数据据量也也相应应的增增大，，但避避免了了采用用比例例缩小小模型型带来来的一一些工工作及及缺点点，同同时在在整个个施工工过程程中可可完全全按现现行国国家标标准、、规范范、规规程施施工，，也便便于预预应力力的施施加及及检测测等工工作。。空心心板梁梁的制制作,我们按按四川川省交交通厅厅公路路规划划勘察察设计计研究究院设设计的的国道道主干干线重重庆——湛江公公路（（重庆庆段））上桥桥至界界石段段装配配式后后张法法预应应力砼砼空心心板桥桥的““30m装配式式后张张法预预应力力砼空空心板板梁””图纸纸进行行施工工，待待施加加预应应力的的空心心板梁梁如图图2.3.1。12图2.3.1待施加加预应应力的的空心心板梁梁13通过对对当前前施工工顺序序下的的张拉拉有限限元分分析，，得出出各束束预应应力筋筋有效效张拉拉荷载载下的的梁体体的应应力及及变形形，通通过人人工神神经网网络映映射在在各种种有效效张拉拉荷载载下的的梁体体的变变形，，保证证张拉拉施工工中梁梁体的的变形形在设设计的的允许许范围围内，，从而而实现现梁体体的智智能控控制。。本研研究的的主要要内容容有：：1通过对对30m跨足尺尺寸的的空心心板梁梁的同同步张张拉试试验，，得出出了空空心板板梁底底板、、侧板板、顶顶板等等跨中中、1/4跨，1/8跨等处处的应应变数数据。。根据据应变变可以以求得得应力力结果果。在在课题题研究究中，，我们们对预预应力力空心心板梁梁预应应力施施工进进行主主动控控制：：留孔孔、预预应力力筋的的编束束、梳梳理、、穿束束等，，从理理论、、有限限元分分析模模拟及及施工工等几几方面面对梁梁的反反拱度度、线线型度度、扭扭转等等变形形及性性能进进行研研究，，深入入研究究现行行双控控法的的局限限性，，并并对施施工中中及施施工后后有效效预应应力进进行控控制与与监控控，进进行工工艺精精细化化分析析。2通过大大型有有限元元软件件Ansys实现对对该箱箱型梁梁同步步张拉拉过程程的仿仿真分分析，，分析析有限限元软软件仿仿真预预应力力张拉拉过程程的可可行性性以及及分析析误差差产生生的原原因。。3实现对对不同同张拉拉顺序序的有有限元元仿真真，并并根据据对不不同张张拉顺顺序的的有限限元分分析结结果，，求得得最佳佳的张张拉顺顺序。。144通过对对不同同的锚锚下有有效张张拉力力下的的有限限元仿仿真，，得出出超张张拉、、欠张张拉以以及不不均匀匀张拉拉等情情况下下梁体体的变变化规规律。。并根根据大大量的的有限限元分分析，，求得得梁的的锚下下有效效预应应力的的偏差差在多多大程程度上上施工工质量量能保保证达达到设设计要要求。。5根据大大量计计算生生成人人工神神经网网络样样本及及人工工神经经元网网络模模型，，得出出对梁梁体在在不同同有效效张拉拉力作作用下下各关关键点点处的的变形形规律律。通通过编编制人人工神神经元元网络络控制制箱型型梁张张拉施施工的的程序序，实实现对对预应应力张张拉的的施工工控制制。6实现对对T型梁的的有限限元仿仿真，，将上上述成成果推推广。。通过过对马马啸溪溪大桥桥、雷雷神店店大桥桥的有有限元元分析析及神神经网网络映映射施施工控控制，，将成成果应应用于于工程程实践践中。。研究中中通过过对空空心板板梁的的材料料试验验和预预应力力施加加过程程中的的应力力、变变形、、有效效预应应力进进行全全过程程的跟跟踪观观测以以保证证试验验梁体体用材材的可可靠性性，获获得理理论分分析和和计算算的基基本参参数，，最重重要的的是通通过试试验及及试验验数据据来分分析和和验证证理论论分析析和计计算，，使本本课题题的研研究建建立在在理论论分析析、试试验分分析的的基础础上，，以保保证研研究的的正确确性、、可靠靠性。。15三、预应力力混凝凝土桥桥梁病病害分分析与与施工工现状状3.1病害分分析3.1.1梁体下下挠全预应力力构件，，预应力力效应的的作用是是比较大大的，其其提供的的消压弯弯矩能有有效保证证构件的的预应力力度。根根据分析析，150m的全预应应力连续续箱梁，，预应力力对挠度度的效应应是7cm。如果预预应力施施工不当当，梁体体内不能能建立有有效的预预应力，，在混凝凝土徐变变的共同同作用下下，梁体体必将发发生严重重的下挠挠。挠度度过大不不但会使使跨中主主梁下凹凹，破坏坏桥面的的铺装层层，影响响桥梁的的使用寿寿命和行行车舒适适性，甚甚至危及及高速行行车时的的安全。。16跨中持续续下挠的的影响因因素有：：预应力力的损失失、结构构的刚度度、超重重、混凝凝土的收收缩徐变变、温度度的影响响，而最最主要的的因素是是预应力力的损失失。造成成预应力力损失的的原因有有：预应应力钢筋筋与管道道壁间摩摩擦引起起的应力力损失；；锚具变变形、预预应力筋筋回缩和和接缝压压缩引起起的应力力损失；；弹性压压缩引起起的应力力损失；；预应力力筋松弛弛引起的的应力损损失；混混凝土收收缩和徐徐变引起起的应力力损失；；还有最最重要的的原因有有效预应应力不均均匀度过过大。有有效预应应力不均均匀度过过大，在在桥梁刚刚建成时时问题不不会显现现出来，，但经过过一段时时间有效效预应力力大的预预应力筋筋出现早早期疲劳劳，桥梁梁跨中的的持续下下挠也由由此产生生。3.1.2开裂在预应力力桥梁使使用中发发现，有有相当数数量的箱箱梁在顶顶板、腹腹板、底底板、横横隔板以以及齿块块等部位位出现了了各种不不同形式式的裂缝缝，其中中箱梁腹腹板裂缝缝最为普普遍和严严重。腹腹板裂缝缝一般集集中在1/8跨至3/4跨之间，，其中距距支座L/4附近腹板板斜裂缝缝数量较较多，裂裂缝开展展宽度一一般在0.15～0.5mm之间；通通常腹板板内侧的的裂缝数数量较多多，夏季季缝宽较较冬季有有所增大大，较宽宽的裂缝缝贯透腹腹板，在在结构上上呈一定定的对称称性。经分析，，箱梁腹腹板开裂裂产生的的主要原原因有：：设计计计算方法法的影响响、混凝凝土收缩缩徐变的的影响、、温度的的影响、、施工因因素的影影响和混混凝土应应力限值值的影响响。173.1.3梁体断裂裂由于预应应力筋的的有效预预应力失失效或梁梁体裂缝缝，特别别是纵向向预应力力损失过过大引起起下挠和和底板横横向裂缝缝的进一一步发展展。当发发展到一一定程度度，由量量变转为为质变，，使梁体体发生结结构性破破坏。3.1.4病害实例例1）钟祥汉汉江大桥桥钟祥汉江江大桥设设计使用用寿命50年，1993年竣工验验收时工工程质量量等级优优良，但但仅运行行10年便成为为危桥。。2001年检测，，省交通通部门就就发现梁梁体有裂裂缝。2004年，大桥桥“病症症”加剧剧，主桥桥箱梁腹腹板开裂裂，中间间三跨跨跨中底板板横向贯贯穿开裂裂，且仍仍在发展展；两个个次边跨跨下挠严严重；混混凝土劣劣化严重重；箱梁梁接段质质量较差差，箱梁梁顶板开开裂渗水水；抽查查的底板板纵向预预应力管管道未见见压浆；；预应力力钢束有有断丝、、滑丝现现象，部部分钢筋筋锈蚀严严重。大大桥荷载载等级远远低于原原设计标标准，不不能满足足使用要要求，被被定性为为“危桥桥”。最最终与2005年封闭（（图3.1.1）。18图3.1.1拆除中的的钟祥汉汉江大桥桥192）三门峡峡黄河公公路大桥桥三门峡黄黄河公路路大桥主主桥为一一座6跨预应力力混凝土土连续刚刚构桥，，长1310.09米，跨径径布置为为105m+4××160m+105m，于1993年建成通通车（图图3.1.2）。2002年6月对该桥桥的检查查发现，，跨中区区域下挠挠最大达达到22cm，另外箱箱梁腹板板出现大大量斜裂裂缝，且且裂缝长长度数量量不断增增加，结结构承载载力有下下降趋势势。为确确保桥梁梁正常安安全地使使用，2003年7月对其主主桥上部部进行加加固。主主要加固固项目：：①增设设体外纵纵向预应应力钢束束提高承承载力；；②处理理裂缝，，用压浆浆、封闭闭法及粘粘贴钢板板修补裂裂缝。③③处理蜂蜂窝、麻麻面和空空洞；④④处理掉掉块、漏漏筋部位位。总投投资达2408万元，2005年底进行行了竣工工验收。。为防止止大桥出出现二次次病害，，确保大大桥安全全，自本本次工程程竣工之之日起，，在桥两两端设立立超载、、超限监监控室，，对过桥桥车辆进进行限速速、限距距、限载载控制，，禁止55吨以上车车辆过桥桥。20图3.1.2三门峡黄黄河公路路大桥213）广东南南海金沙沙大桥主桥结构构形式为为三跨预预应力混混凝土变变截面连连续刚构构，跨度度为66m+120m+66m。断面形形式为单单室箱梁梁，跨中中梁高2.5m，墩顶梁梁高6.0m，于1994年建成通通车（图图3.1.3、3.1.4）。该桥在1999年10月发现主主跨跨中中出现明明显下挠挠，截止止2000年底，跨跨中挠度度已达22cm左右。2001年4月检测单单位对该该桥进行行全面检检查和静静动载试试验，检检测结果果如下：：主桥的的中跨跨跨中严重重下挠已已达23.8cm；箱梁两两侧腹板板出现大大量的斜斜剪裂缝缝，最大大裂缝达达到1mm；静载试试验检测测的应力力及挠度度的效验验系数大大于1.05，桥梁总总体承载载能力下下降；静静载试验验时腹板板斜裂缝缝宽度均均有加宽宽，最大大增量达达0.5mm；动载试试验结果果显示主主桥整体体刚度降降低，结结构品质质下降。。从该桥的的试验检检测资料料来看，，该桥跨跨中下挠挠大，梁梁斜剪裂裂缝多，，其抗弯弯和抗剪剪承载能能力都存存在不足足。224）黄石长长江大桥桥黄黄石大桥桥为一座座5跨预应力力混凝土土连续刚刚构桥，，跨径布布置为162.5m+3×245m+162.5m，于1995年建成（（图3.1.3、3.1.4）。图3.1.3黄石长江江大桥23图3.1.4黄石长江江大桥立立面布置置该桥通车车运营3年后，跨跨中仍然然持续下下挠。该该桥运营营7年后，各各跨跨中中均有明明显下挠挠，与成成桥时相相比，大大桥北岸岸次边跨跨2号墩和3号墩之间间主梁跨跨中下挠挠累计已已达30.5cm，中跨3号墩和4号墩之间间主梁跨跨中下挠挠已达21.2cm，南岸次次边跨4号墩和5号墩之间间主梁跨跨中下挠挠累计已已达22.6cm。245）虎门大大桥辅航航道桥虎门大大桥辅辅航道道桥为为一座座3跨预应应力混混凝土土连续续刚构构桥，，跨径径布置置为150m+270m+150m，于1997年建成成通车车，是是当时时世界界上最最大跨跨径的的预应应力混混凝土土连续续刚构构桥。。连续续7年的观观测表表明，，承台台竖直直变位位和墩墩顶角角位移移很小小，但但主跨跨跨中中下挠挠挠度度逐年年增长长，而而且尚尚未停停止。。2003年11月测量量数据据表明明，与与成桥桥时相相比，，左幅幅桥跨跨中累累计下下挠达达22.2cm，右幅幅桥跨跨中累累计下下挠达达20.7cm。图3.1.5虎门大大桥辅辅航道道桥跨跨中挠挠度发发展256）潭州州大桥桥图3.1.6潭州大大桥挠挠度与与裂缝缝分析析267）广州州洛溪溪大桥桥洛溪大大桥主主桥箱箱梁的的顶板板、腹腹板、、底板板局部部地区区出现现不同同程度度的裂裂缝和和破损损，腹腹板裂裂痕77条，横横隔板板裂痕痕99条，最最长的的一条条裂缝缝位于于主桥桥1号箱梁梁右侧侧腹板板上，，宽0.56mm，长2.15m。这些些绝不不允许许出现现的裂裂缝，，说明明大桥桥结构构方面面已存存在安安全隐隐患。。同时时，桥桥梁局局部区区域砼砼保护护层不不足，，满足足不了了现行行《砼规》的规定定。南南北引引桥梁梁体砼砼已有有部分分裂缝缝超标标，支支座出出现剪剪切变变形或或倾斜斜及老老化，，需立立即整整修、、更换换，部部分桥桥墩盖盖梁局局部钢钢筋外外露、、锈蚀蚀，盖盖梁出出现较较多裂裂缝，，部分分超标标。图3.1.7裂缝和和破损损278）江津津长江江公路路大桥桥江津长长江公公路大大桥建建成于于1997年，主主桥为为（140+240+140）m预应力力混凝凝土连连续刚刚构桥桥（图图3.1.8），主主桥箱箱梁运运营9年后，，出现现主跨跨跨中中下挠挠，箱箱梁顶顶、底底、腹腹板开开裂等等病害害。2007年，对对该桥桥采取取箱梁梁顶、、底板板粘贴贴纤维维布和和钢板板、箱箱梁腹腹板布布置体体外预预应力力索的的方式式对裂裂缝和和梁体体下挠挠进行行加固固处理理。图3.1.8江津长长江公公路大大桥289）高家家花园园大桥桥重庆高高家花花园嘉嘉陵江江大桥桥，桥桥型为为预应应力混混凝土土连续续刚构构桥（（图3.1.8）。主主跨240米，主主桥跨跨径组组合：：140m+240m+140m。桥宽宽31.5m。主梁梁为两两幅单单室箱箱型梁梁，采采用三三向预预应力力钢筋筋混凝凝土结结构。。1996年1月开工工，1998年12月竣工工。由于箱箱梁腹腹板、、顶板板等部部位开开裂、、跨中中下挠挠严重重等原原因，，今年年进行行主桥桥箱梁梁加固固，9月3日，箱箱梁内内加固固施工工起火火，对对重庆庆内环环高速速公路路的交交通造造成严严重影影响。。图3.1.9高家花花园大大桥2910）2009年7月15日，津津晋高高速公公路港港塘收收费站站800米外匝匝道连连续箱箱梁桥桥垮塌塌，5辆载货货车坠坠落，，造成成6人死亡亡，4人受伤伤。图3.1.10津晋高高速公公路连连续梁梁桥3011）锡澄澄高速速公路路江阴阴互通通式立立交主主线桥桥锡澄高高速公公路是是同江江至三三亚、、北京京至上上海国国道主主干线线的一一段，，北起起江阴阴长江江大桥桥，南南接沪沪宁高高速公公路。。江阴阴高架架桥是是锡澄澄高速速公路路连接接江阴阴长江江大桥桥的主主要桥桥梁，，全长长3.97km。自2003年2月起，，发现现江阴阴高架架桥箱箱梁底底板产产生不不同程程度的的裂缝缝，经经分析析，该该裂缝缝是由由于预预应力力不足足导致致梁底底开裂裂，结结构承承载能能力下下降，，从而而使梁梁体不不满足足结构构正常常使用用要求求。2006年，对对江阴阴高架架桥上上的六六座桥桥梁采采用在在梁底底板粘粘贴碳碳纤维维布和和钢板板、梁梁内布布置体体外预预应力力索的的方式式对进进行加加固处处理。。图3.1.11锡澄高高速公公路江江阴互互通式式立交交主线线桥3112）重庆庆某高高速路路空心心板底底部大大量裂裂缝图3.1.12空心板板底部部裂缝缝3213）科罗罗·巴岛(Koror——Babeldaob)桥科罗·巴岛(Koror——Babeldaob)桥是一一座跨跨中带带铰的的3跨连续续预应应力混混凝土土刚架架桥，，其跨跨径组组合为为72m+241m+72m，是当当时世世界上上同类类桥梁梁中跨跨径最最大者者。1978年建成成通车车，通通车后后不久久就产产生了了较大大的挠挠度，，到1990年，其其挠度度达到到1.2m。后来来采用用体外外束施施加预预应力力，是是主跨跨中央央挠度度减小小。1996年加固固结束束，加加固不不到3个月又又发生生倒塌塌事故故。图3.1.13科罗·巴岛(Koror——Babeldaob)桥3314）美国国明尼尼苏达达州明明尼阿阿波利利斯市市的一一座桥桥梁于于当地地时间间2007年8月1日晚发发生坍坍塌。。图3.1.14美国某某城市市桥梁梁3415）2007年9月1日，巴巴基斯斯坦南南部城城市卡卡拉奇奇一座座桥梁梁部分分断塌塌，致致使在在桥上上行驶驶的一一辆客客车和和数辆辆其他他汽车车从桥桥上翻翻落，，并被被埋在在废墟墟里，，造成成至少少5人死亡亡、多多人受受伤。。图3.1.15巴基斯斯坦某某桥梁梁3516）2000年11月27日晚9时45分左右右，正正在施施工的的深圳圳盐坝坝高速速公路路起点点高架架引桥桥突然然坍塌塌，正正在桥桥面作作业的的69名工人人随桥桥面滚滚落坠坠下。。图3.1.16深圳某某高架架桥3617）美国国加州州ParrotsFerryBridge（主跨跨195m）跨中中明显显下挠挠图3.1.17ParrotsFerryBridge跨中下下挠37由以上上实例例可见见：预预应力力混凝凝土桥桥梁的的病害害主要要是梁梁体下下挠和和开裂裂。而而这种种病害害在刚刚成桥桥的检检测和和试验验中无无法体体现，，特别别是梁梁体的的下挠挠，在在成桥桥荷载载试验验时，，桥梁梁的承承载力力能够够达到到要求求，但但运营营阶段段，在在荷载载特别别是活活载作作用下下，跨跨中将将持续续下挠挠。这这是由由于有有效预预应力力不均均匀度度过大大造成成的预预应力力损失失过大大，相相当于于有效效预应应力大大的钢钢筋承承受了了本应应该所所有预预应力力筋承承受的的力，，这样样有效效预应应力大大的钢钢筋在在使用用阶段段逐渐渐屈服服，梁梁体也也随之之下挠挠。而而随着着梁体体下挠挠和开开裂的的不断断发展展，桥桥梁承承载力力将严严重下下降，，甚至至有断断裂的的危险险。383.2预应应力力施施工工现现状状现今今施施工工技技术术的的不不成成熟熟是是造造成成了了桥桥梁梁病病害害的的主主要要原原因因，，以以下下就就是是目目前前施施工工工工艺艺存存在在的的问问题题。。3.2.1同束束有有效效预预应应力力不不均均匀匀度度过过大大由于于单单索索受受力力不不均均匀匀性性过过大大，，预预应应力力筋筋张张拉拉过过程程中中常常有有断断丝丝或或滑滑丝丝现现象象存存在在，，这这主主要要因因为为单单根根穿穿束束造造成成绞绞线线相相互互缠缠绕绕，，已已缠缠绕绕的的绞绞线线始始终终是是长长短短不不一一致致的的，，不不能能达达到到受受力力均均匀匀，，即即使使多多次次调调索索也也无无济济于于事事，，由由此此严严重重影影响响预预应应力力的的有有效效性性和和预预应应力力筋筋的的使使用用寿寿命命，，还还有有可可能能导导致致严严重重的的工工程程事事故故发发生生。。张张拉拉后后即即使使绞绞线线没没有有进进入入屈屈服服阶阶段段，，但但其其锚锚下下预预应应力力经经过过长长期期的的衰衰减减后后，，在在使使用用阶阶段段仍仍然然可可能能大大于于其其疲疲劳劳极极限限0.65，在在汽汽车车等等活活载载作作用用下下将将造造成成绞绞线线的的早早期期疲疲劳劳断断裂裂。。（（如如图图3.2.1）：：施施工工工工艺艺不不当当导导致致单单索索索索力力不不均均，，引引起起断断丝丝、、滑滑丝丝。。39图3.2.1（滑滑丝丝、、飞飞锚锚））403.2.2同断断面面有有效效预预应应力力大大小小和和不不均均匀匀度度不不满满足足要要求求施工工过过程程中中由由于于种种种种原原因因，，导导致致张张拉拉控控制制应应力力与与设设计计值值偏偏差差过过大大，，预预应应力力过过大大，，可可能能导导致致预预应应力力筋筋的的破破断断，，造造成成结结构构过过大大变变形形或或出出现现裂裂纹纹；；过过小小，，则则预预应应力力度度不不足足，，造造成成结结构构开开裂裂、、下下挠挠等等。。预应应力力张张拉拉控控制制一一般般采采用用““双双控控法法””—压力力表表读读数数和和伸伸长长值值，，预预应应力力的的大大小小主主要要由由普普通通压压力力表表控控制制，，严严格格按按照照规规范范的的施施工工工工艺艺进进行行预预应应力力施施工工，，““双双控控法法””是是可可以以满满足足锚锚下下有有效效预预应应力力控控制制精精度度要要求求的的。。但但““双双控控法法””存存在在人人工工读读数数的的影影响响、、压压力力表表标标定定条条件件与与现现场场施施工工条条件件之之间间的的差差异异等等将将导导致致误误差差。。普普通通压压力力表表精精度度较较低低，，对对于于大大吨吨位位预预应应力力束束难难于于准准确确控控制制张张拉拉应应力力；；其其次次，，所所用用机机具具的的标标定定混混乱乱：：千千斤斤顶顶、、压压力力表表和和油油泵泵应应当当是是一一个个完完整整的的张张拉拉施施力力系系统统，，必必须须结结合合施施工工现现场场整整体体标标定定，，实实际际上上却却是是分分割割标标定定———只标标定定千千斤斤顶顶与与压压力力表表，，有有的的还还是是动动态态标标定定，，其其误误差差大大又又违违背背使使用用条条件件，，往往往往导导致致张张拉拉停停顿顿持持荷荷中中张张拉拉力力偏偏大大。。41张拉拉完完毕毕后后锚锚固固前前持持荷荷时时间间过过短短，，不不能能保保证证预预应应力力的的充充分分传传递递，，尤尤其其是是对对于于较较长长的的预预应应力力筋筋，，张张拉拉完完毕毕后后未未及及时时压压浆浆可可能能导导致致预预应应力力筋筋在在压压浆浆前前锈锈蚀蚀。。另外外，，采采用用悬悬臂臂法法浇浇筑筑的的连连续续刚刚构构桥桥，，预预应应力力管管道道跨跨越越几几个个节节段段，，预预应应力力钢钢束束与与管管道道的的实实际际摩摩擦擦系系数数μ以及及管管道道偏偏差差系系数数k通常常比比规规范范规规定定的的要要大大。。梁中中同同断断面面束束力力不不均均，，导导致致梁梁体体有有害害变变形形。。如如下下图图3.2.2，穿穿束束工工艺艺不不当当和和管管道道漏漏浆浆，，导导致致绞绞线线无无法法穿穿全全，，整整束束束束力力变变小小。。423.2.3锚具具质质量量存存在在问问题题根据国家家标准《预应力筋筋锚具、、夹具和和连接器器》（GB/T14370）的要求求，预应应力筋锚锚具、夹夹具和连连接器应应具有可可靠的锚锚固性能能、足够够的承载载能力和和良好的的适用性性，能确确保充分分发挥预预应力筋筋的强度度，安全全地实现现预应力力张拉作作业，同同时还应应进行静静载锚固固性能试试验，用用于有抗抗震要求求结构中中的锚具具、预应应力筋—锚具组装装件还应应满足循循环次数数为50次的周期期荷载试试验。但在进行行周期荷荷载性能能试验时时，现行行的人工工加载试试验设备备存在以以下缺点点：1）加载载速度不不容易控控制：GB/T14370标准中要要求的加加载速度度为100MPa/min，手动控控制试验验设备不不易实现现。2）无法实实施周期期荷载试试验：周周期荷载载试验要要求在预预应力钢钢材抗拉拉强度标标准值的的40％到80％之间循循环荷载载50次，手动动进行这这样的控控制几乎乎是不可可能的。。3）静载试试验的加加载重复复精度低低：由于于是人工工手动控控制，同同组试验验结果可可能会有有较大差差异。433.2.4预应力张张拉控制制存在问问题现行《公路桥涵涵施工技技术规范范》（JTJ041）中明确确要求：：预应力力筋的张张拉顺序序应符合合设计要要求，当当设计未未规定时时，可采采取分批批、分阶阶段对称称张拉。。由于缺缺乏有效效监控手手段，对对预应力力筋张拉拉的同步步性和对对称性至至今没有有明确的的质量标标准；而而后张拉拉预应力力束对梁梁体施加加的压力力给先张张拉预应应力束造造成的损损失，梁梁体非对对称受力力必将引引起梁体体的平弯弯和扭曲曲，特别别是采用用弯桥、、坡桥、、斜桥型型式的城城市立交交桥由于于受到曲曲率的影影响，非非对称受受力过大大必将导导致梁体体产生过过大不利利变形。。由于受到到监测手手段的限限制，桥桥梁工程程预应力力束同步步张拉一一般采用用步话机机人工控控制，其其同步精精度根本本无法保保证，施施工现场场对该问问题也没没有足够够的认识识和重视视，基本本上处于于感官控控制的阶阶段。张拉中停停顿时间间不充分分，使得得预应力力筋回缩缩、锚具具变形等等原因引引起的预预应力损损失十分分大，严严重影响响有效预预应力的的建立。。443.2.5缺乏检测测验收评评估手段段现行规范范对预应应力工程程施工中中有效预预应力控控制与检检测，都都有十分分明确的的要求，，但仅仅仅采用双双控法根根本无法法达到规规范的要要求。由由于缺乏乏完整的的检测手手段。使使用传感感器进行行检测的的方法只只能被动动检测，，不能主主动控制制，同时时精度不不高，加加之价格格因素，，无法完完全实现现。造成成混凝土土结构中中建立的的预应力力状况与与设计相相差较大大，使得得梁体存存在问题题而导致致其下挠挠和出现现裂缝，，甚至断断裂等后后果。45四、预应应力精细细化施工工4.1锚具质量量控制（（该系统统已获国国家专利利）4.1.1锚具综合合试验及及其目的的锚具综合合试验研研究的项项目包括括：静载载锚固试试验、锚锚具内缩缩量试验验、摩阻阻损失试试验和张张拉锚固固工艺试试验等。。锚具回缩缩包括张张拉端回回缩和锚锚固端回回缩。张张拉端回回缩影响响锚下预预应力的的损失，，由于限限位板高高度的影影响无法法直接测测量，只只能通过过预应力力损失值值求回缩缩，此项项回缩是是在锚具具内缩量量试验中中进行，，最终的的目的是是测试锚锚具对预预应力损损失的影影响；锚锚固端回回缩体现现的是夹夹片与绞绞线跟踪踪回缩的的一致性性和同步步性，此此项测试试在静载载试验中中进行，，可在张张拉过程程中用计计算机记记录其回回缩的曲曲线图（（此曲线线图只能能在第一一次张拉拉过程中中或者单单独作静静载试验验时绘制制，因为为一旦张张拉完毕毕后，夹夹片就回回缩到位位，即使使放张夹夹片也不不会再松松弛，除除非用退退锚器退退锚），，最终目目的通过过测量观观察绞线线和夹片片咬合是是否可靠靠，特别别是张拉拉到80%时，回缩缩是否达达到稳态态，如果果不符合合要求的的，在张张拉过程程中绞线线容易出出现滑丝丝和飞锚锚。46锚具回缩缩包括张张拉端回回缩和锚锚固端回回缩。张张拉端回回缩影响响锚下预预应力的的损失，，由于限限位板高高度的影影响无法法直接测测量，只只能通过过预应力力损失值值求回缩缩，此项项回缩是是在锚具具内缩量量试验中中进行，，最终的的目的是是测试锚锚具对预预应力损损失的影影响；锚锚固端回回缩体现现的是夹夹片与绞绞线跟踪踪回缩的的一致性性和同步步性，此此项测试试在静载载试验中中进行，，可在张张拉过程程中用计计算机记记录其回回缩的曲曲线图（（此曲线线图只能能在第一一次张拉拉过程中中或者单单独作静静载试验验时绘制制，因为为一旦张张拉完毕毕后，夹夹片就回回缩到位位，即使使放张夹夹片也不不会再松松弛，除除非用退退锚器退退锚），，最终目目的通过过测量观观察绞线线和夹片片咬合是是否可靠靠，特别别是张拉拉到80%时，回缩缩是否达达到稳态态，如果果不符合合要求的的，在张张拉过程程中绞线线容易出出现滑丝丝和飞锚锚。摩阻测试试测定的的是张拉拉端摩阻阻而不是是锚固端端摩阻，，它包括括锚圈口口摩阻和和锚垫板板（喇叭叭口）摩摩阻。摩摩阻损失失在张拉拉过程中中体现，，张拉力力越大，，绝对损损失（即即摩阻损损失值））越大，，而相对对损失（（即摩阻阻损失占占张拉力力值的比比例）变变化不大大，摩阻阻损失一一般取80%时的相对对损失。。摩阻测测试的目目的是解解决超张张拉系数数，其损损失不能能太大，，太大说说明折弯弯损失大大易引起起滑丝，，而锚圈圈口摩阻阻损失太太大也容容易引起起滑丝断断丝。47张拉锚固固工艺试试验是为为了使锚锚具适应应现场施施工特点点所进行行的性能能测试。。由于千千斤顶的的行程有有限，而而预应力力筋往往往很长，，这时需需要倒顶顶，倒顶顶中就需需要解决决好临时时锚固和和多次张张拉的问问题；但但在分级级多次张张拉后，，预应力力筋的受受力均匀匀性不能能受到影影响；当当张拉发发生故障障或有预预应力筋筋受力严严重超差差，必须须退锚重重新穿索索张拉，，需要用用退锚器器人工放放松预应应力筋；；预应力力筋在夹夹片孔中中自由对对中关系系到绞线线受力均均匀性，，如果不不能对中中，锚具具在多次次张拉后后易发生生滑丝飞飞锚。锚具的静静载锚固固性能试试验是检检测锚具具质量重重要的试试验，它它能综合合反映出出锚板、、夹片的的硬度、、强度、、锚固能能力等方方面的性性能，并并能对多多次张拉拉锚固后后绞线受受力均匀匀性进行行考核。。经过锚具具综合试试验（静静载锚固固试验、、锚具内内缩量试试验、摩摩阻损失失试验和和张拉锚锚固工艺艺试验等等），能能够确保保在使用用过程中中锚具的的可靠性性、安全全性和长长期稳定定性，对对无粘结结筋尤为为重要。。484.1.2锚具综合合试验设设备由于现行行的人工工加载试试验设备备无法达达到锚具具综合试试验的要要求，可可采用预预应力锚锚具和连连接器综综合试验验台（图图4.1.1为台架图图、图4.1.2为安装原原理图））。预应应力锚具具和连接接器综合合试验台台克服了了一般的的试验台台架手工工加载、、人为因因素影响响大、质质量难以以控制的的缺点。。整个试试验过程程完全由由计算机机控制，，可实现现全过程程的有效效监控，，具有高高精度、、重复精精度和操操作安全全、可靠靠的特点点，能准准确、科科学地对对锚具性性能进行行检测和和评价。。同时可可进行锚锚具回缩缩及其径径向变形形自动跟跟踪测试试，描绘绘相应曲曲线（图图4.1.3、图4.1.4），自动动分析相相应变化化规律性性，满足足国际预预应力学学会最新新测试要要求计算算机设有有人机对对话界面面。只要要输入试试验要求求的参数数，开动动泵站，，即可进进入计算算机自动动控制，，屏幕上上清晰显显示试验验过程中中的图像像与数据据（图4.1.5、4.1.6），实现现实时跟跟踪控制制。一旦旦进入屈屈服区或或图像异异常，立立即报警警，提醒醒操作人人员注意意避免事事故发生生。加载载时自动动生成周周期图像像，具有有峰值留留存功能能。对连连接器试试验，可可自动定定心和调调索。所所有试验验均能自自动打印印实验结结果，并并出具相相应的试试验报告告。试验验过程中中采集的的数据自自动保存存，并可可任意设设定步长长、打印印数据清清单。此此外，对对连接器器试验，，可长短短台架并并用，使使连接的的锚具端端先获得得定心和和调索，，然后再再装挤压压套的绞绞线，进进行另一一端调索索，这样样调索精精度高，，取消了了另一个个大千斤斤顶，试试验可靠靠、精度度高。49图4.1.1预应力锚锚具与连连接器综综合试验验台50图4.1.2预应力锚锚具和连连接器综综合试验验台安装装示意图图1工具锚2液压千斤斤顶3限位板4锚具5水泥墩（（含螺旋旋筋和锚锚垫板））6台架体7传感器8液压千斤斤顶9工作锚51图4.1.3静载试验验中绞线线、夹片片相对锚锚具的位位移变化化曲线52图4.1.4锚具径向向变形曲曲线53图4.1.5静载试验曲线线54图4.1.6周期荷载试验验曲线554.2疏编穿束（该该系统已获国国家专利）4.2.1疏编穿束工艺艺为了避免单根根穿束引起的的绞线相互缠缠绕，导致张张拉时绞线受受力严重不均均。我们强调调采用整束穿穿束系统进行行穿束，此工工艺已在不少少工程中得到到应用，对多多索、长索效效果更加明显显，方法如下下：1）对于预制梁梁等预应力筋筋束长度较短短的构件，用用锚具疏顺钢钢绞线，每隔隔1米绑扎一次，，以使绞线顺顺直、等长，，绑扎成束顺顺直不扭转，，以提高其刚刚度便于穿束束，禁止在钢钢绞线不顺直直的情况下绑绑扎成束。穿穿束时，应整整束穿入，注注意前端封头头，以便于导导向穿束，穿穿束时只做平平动，切不可可转动或扭动动。若遇阻力力，可前后拖拖动（平动）