桥梁预应力结构

预应力技术在桥梁中的应用摘要：基于桥梁结构的特殊要求，介绍了相关预应力技术的主要特点以及预应力技术在混凝土连续梁桥、斜拉桥、悬索桥、预弯预应力混凝土梁桥、横张桥等桥梁结构中的典型应用情况；分析了桥梁结构预应力技术在实际应用中存在的问题，并指出随着预应力技术的不断发展，未来预应力桥梁必将向更大跨、更重载、更耐久的方向发展，并且以可靠度基本理论应用到桥梁结构耐久性为出发点介绍了预应力桥梁结构耐久性的影响因素并提出了耐久性极限状态的基本含义及其在结构耐久性研究中的应用。关键词：桥梁结构；预应力技术；耐久性；疲劳；发展；目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"目录 2\o"CurrentDocument"1引言 3\o"CurrentDocument"2桥梁结构预应力技术的特点 4\o"CurrentDocument"3预应力桥梁耐久性极限状态分析 6\o"CurrentDocument"3.1耐久性极限状态的概念 6\o"CurrentDocument"3.2预应力桥梁耐久性极限状态 6\o"CurrentDocument"4预应力施工存在的主要问题以及危害 6\o"CurrentDocument"4.1预应力孔道的不规范施工 64.2预应力张拉的不规范施工 6\o"CurrentDocument"4.3预应力孔道的堵塞问题 7\o"CurrentDocument"4.4钢绞线编束混乱 7\o"CurrentDocument"4.5钢绞线编束混乱 8\o"CurrentDocument"4.6后张预应力结构孔道压浆不密实 8\o"CurrentDocument"5相应的施工政策 8\o"CurrentDocument"结语 10参考文献 111引言二战时期，由于大批房屋遭到破坏，需要在短时间内修筑大量房屋居住，住宅产业化由此迅速兴起，从法国到日本、加拿大、美国等各个国家，住宅产业化开始朝注重住宅功能和多样化的工业化方向发展。现今国内的建筑结构大部分设计为现浇混凝土结构，其较常见的结构形式包括框架结构、剪力墙结构、框剪结构、核心筒结构、筒中筒结构等，其共同特点就是大部分构件为现浇，只有少数比如门窗过梁等二次构件采用了预制，预制混凝土构件技术带来了一个全新的课题，提出了在以上结构形式中的建筑中包括外墙、楼梯、厨卫间、梁板甚至柱子等构件采用预先制成的构件，在施工中拼装到一起并做好节点处理，形成完整建筑的设计和施工技术，预制混凝土结构的初步运用阶段是从预制构件开始的，1891年巴黎公司巴瑞慈的俱乐部建筑中率先使用了预制混凝土梁。20世纪初，美国、德国等西方国家，开始建造由预制混凝土构件组成的结构。预制构件在国内起步较晚，预制构件的技术应用是在住建部“住宅产业化”命题提出后开始试点应用，很多房地产企业开始试点预制构件建筑进行住宅产业化的研究，开发高端楼盘，比较典型的例子就是万科和瑞安，万科已将住宅产业化列入企业战略任务，2007年11月，集合万科工业化生产资源的第一个市场化项目“上海新里程”进入市场，随后其内部进行了万科产业化预制混凝土培训，大规模建设预制构件建筑加快住宅产业化的发展；瑞安天地作为港属企业，对于预制构件技术有一定的经验，在武汉天地开发中，B地块大量采用了预制件装配式工艺，预制件主要分布在局部平窗、飘窗、阳台、楼梯及女儿墙五个部位。预制混凝土技术作为住宅产业化的建筑生产方式，具有高效节能、绿色环保、降低成本等优势，发达国家中预制混凝土结构在土木工程中的应用密度也越来越大。例如：美国占百分之三十五，俄罗斯占百分之五十，欧洲占百分之三十五到四十。在预制混凝土结构中，柱、梁、板、墙的连接方式是预制混凝土结构与现浇混凝土结构的根本区别、连接方式的不同导致了整体结构性能的差异，因此，深入研究预制混凝土结构的连接对住宅产业化的发展有着重要意义。2桥梁结构预应力技术的特点基于桥梁结构本身的特点，其预应力技术也有着鲜明的特点，主要体现在以下几个方面：（1）充分体现预应力技术建造超大跨度结构的优势。由于预应力结构充分利用了高强度材料，所以构件截面小，自重弯矩占总弯矩的比例也被大大减小，桥梁的跨越能力得到提高。目前，预应力技术已被广泛应用到各种形式的桥梁结构中，以提高其跨径。悬索桥是目前可以建造最大跨径的桥梁结构形式。未来的世界第一桥 意大利墨西拿海峡大桥（由于种种原因未能按照预期建设，意大利政府于2008年4月重新批准修建墨西拿海峡大桥计划）预计在2012年完成建设。按照设计方案，墨西拿海峡大桥的桥身长3690m，加上两端的引桥，总长度为5070m。此外，还有四根长5300m的钢索和两座高达400m的塔（比埃菲尔铁塔还高）。这两座塔的整体结构将耸立在距海平面65山处。大桥一旦建成，根据设计能力，每小时汽车的通行能力将达到4500辆，火车日通行量为200列。初步设计如图1所示。墨西拿海峡大桥将以最短距离连接西西里岛和亚平宁半岛上的卡拉布里亚区，火车、汽车通过海峡仅需3min。该桥主跨3300m，建成后将超越目前世界第一大悬索桥一日本明石海峡大桥（主跨1991m），成为世界上跨度最大的悬索桥。[1]西西里禺 卡检布里亚图1墨西拿海峡大桥（悬索桥）布置方案（单位：m）此桥采用4根主缆的预应力锚固系统，由索股锚固拉杆构造和预应力钢束锚固构造组成，每对的两根主缆间距1175m，每根主缆紧缆后直径1024m。本桥的设计充分体现着预应力技术在建造超大跨桥梁结构的重要作用。（2） 充分体现预应力结构耐疲劳性能的优势。桥梁结构是特殊结构，在车辆等动荷载的作用下，结构体不可避免地产生振动，易使结构发生疲劳破坏，从而影响结构的使用寿命。使用预应力结构后，预应力作用可以降低结构中的应力循环幅度，进而改善结构受力情况，提高结构抗疲劳性能。（3） 预应力结构技术与施工架设工艺融为一体。桥梁结构领域中，预应力技术既是一种结构手段，又是与施工方法结合形成一整套以节段式施工为主体的预应力施工方法，主要有预应力悬臂分段施工技术、分段顶推施工技术、移动模架逐孔施工技术、块体节段拼装技术、大节段预制吊装技术等。这些施工技术与预应力技术是紧密相关的。预应力技术的应用，不仅使刚桥采用的一些施工方法（如悬臂拼装、顶推法和旋转施工法）在预应力混凝土梁桥中得到新的发展与应用，而且还为现代预制装配式结构提供了最有效的接合和拼装手段。在工程中，根据需要可在结构纵、横以及竖向任意分段，施加预应力，即可集成理想的结构整体。此外还发展了逐段或逐孔现浇施工方法。这种分段现浇或分段预制拼装的施工方法，国外统称为节段施工法，用这种施工方法建成的预应力混凝土桥梁统称为预应力混凝土节段式桥梁。（4） 便于采用体外预应力技术。体外预应力技术在简化桥梁施工方面的作用是十分明显的，由此带来的经济效益也是十分可观的。采用体外预应力筋取消了繁杂的制孔、穿束和压浆工序，简化了施工工艺，加快了施工进度。由于钢束布置在体外，梁肋中不设管道，避免了截面削弱，有利于混凝土浇注，混凝土质量从而可以得到保证。体外预应力筋特别适用于大跨径预应力混凝土桥梁的拼装节段式施工，而取消孔道灌浆工序，则可实现全年施工，这对于寒冷地区的桥梁施工具有十分重要的现实意义。通过加固和维修原有预应力混凝土体内配束桥梁，取得了很多用体外预应力加固的经验，使体外预应力技术成为旧桥加固的最积极有效的方法，而桥梁施工技术的发展也同时丰富了体外束的应用。对于预应力混凝土桥梁，采用体外预应力对受拉区进行加固，可以抵消部分自重应力，起到卸载的作用，从而能较大幅度地提高桥梁的承载能力。⑵3预应力桥梁耐久性极限状态分析3.1耐久性极限状态的概念预应力桥梁的耐久性极限状态为构件达到使用功能允许的限值状态，桥梁的耐久性要求和正常使用功能要求是相一致的，结构耐久性极限状态的制定可以参考正常使用极限状态的方法和内容。当构件出现下列条件就可以认为达到了耐久性极限状态：外观变形影响了正常使用，过大的变形可能导致桥梁结构的开裂，桥面积水等，给人的心理上造成不安全感；局部破坏影响了桥梁使用的耐久性，例如结构开裂，裂缝宽度达到了限值规定，出现较大的振动或其他特定状态。3.2预应力桥梁耐久性极限状态混凝土结构构件的耐久性极限状态有三种，当钢筋开始发生锈蚀的极限状态，钢筋发生适量锈蚀的极限状态，混凝土表面有轻微损伤的极限状态，预应力钢筋处于高应力状态下，一旦发生应力腐蚀，后续的应力失效会给结构耐久性带来巨大的隐患。普通钢筋的锈蚀导致外观损坏也会造成耐久性的下降，所以耐久性的极限状态为预应力钢筋初锈，普通钢筋保护层开裂和预应力腐蚀导致截面受力开裂三个阶段。4预应力施工存在的主要问题以及危害4.1预应力孔道的不规范施工使用后张发进行预应力施工时，通常使用的是预埋金属波纹管或者是塑料波纹管的方式进行成孔。预应力技术的施工过程中，波纹管的定位钢筋摆放位置的不准确性以及摆放间距的不定性都会导致定位钢筋与实际设计有着一定偏差。再加上混凝土的搅拌以及振捣过程中一些不定的人为影响，均会导致预应力孔道与原设计出现一定的偏离。另外，锚具的随意摆放、锚固不牢固也同样会导致预应力施加的作用点位置与原设计出现不符，最终导致预应力与设计值出现了一定偏差。⑶4.2预应力张拉的不规范施工进行预应力张拉施工过程中，由于所使用的机具使用不规范，如张拉用油泵的压力变指示有所偏差、张拉油顶与油表的不合理配套导致张拉设备的准确度与可靠度影响、张拉预应力的施加控制有所偏差、张拉机具的标定有所偏差等，这些都会直接导致预应力张拉的不规范施工，导致梁体的下挠与开裂。进行预应力筋张拉过程中，张拉所需要控制的一些基本参数都是通过人工来标定的，如张拉同步性、持续时间、伸长量等。进行人工控制的过程中，总会出现一些偏差，导致最终的张拉与设计有所区别，导致预应力张拉值出现一定的偏差。这也是一种预应力张拉过程中的不规范施工，且一般都难以避免。4.3预应力孔道的堵塞问题由于预应力技术施工过程中的一些质量问题或者是施工过程中保护措施不到位，都容易导致预应力孔道发生堵塞。孔道一旦发生堵塞，进行预应力筋的张拉时，预应力筋就会受到孔道的水泥砂浆影响，导致阻力变大，这就会使得实际预应力偏小。特别是当预应力筋已经穿过管道时，对于孔道是否发生堵塞将会难以分辨，这将会成为后期的桥梁运营中预应力损失的主要原因。[4]4.4钢绞线编束混乱使用后张发进行预应力施工时，通常使用的是预埋金属波纹管或者是塑料波纹管的方式进行成孔。预应力技术的施工过程中，波纹管的定位钢筋摆放位置的不准确性以及摆放间距的不定性都会导致定位钢筋与实际设计有着一定偏差。再加上混凝土的搅拌以及振捣过程中一些不定的人为影响，均会导致预应力孔道与原设计出现一定的偏离。另外，锚具的随意摆放、锚固不牢固也同样会导致预应力施加的作用点位置与原设计出现不符，最终导致预应力与设计值出现了一定偏差。进行预应力张拉施工过程中，由于所使用的机具使用不规范，如张拉用油泵的压力变指示有所偏差、张拉油顶与油表的不合理配套导致张拉设备的准确度与可靠度影响、张拉预应力的施加控制有所偏差、张拉机具的标定有所偏差等，这些都会直接导致预应力张拉的不规范施工，导致梁体的下挠与开裂。进行预应力筋张拉过程中，张拉所需要控制的一些基本参数都是通过人工来标定的，如张拉同步性、持续时间、伸长量等。进行人工控制的过程中，总会出现一些偏差，导致最终的张拉与设计有所区别，导致预应力张拉值出现一定的偏差。这也是一种预应力张拉过程中的不规范施工，且一般都难以避免。由于预应力技术施工过程中的一些质量问题或者是施工过程中保护措施不到位，都容易导致预应力孔道发生堵塞。孔道一旦发生堵塞，进行预应力筋的张拉时，预应力筋就会受到孔道的水泥砂浆影响，导致阻力变大，这就会使得实际预应力偏小。特别是当预应力筋已经穿过管道时，对于孔道是否发生堵塞将会难以分辨，这将会成为后期的桥梁运营中预应力损失的主要原因。4.5钢绞线编束混乱一旦钢绞线出现编束混乱现象，则会导致进行预应力张拉时钢绞线在管道内部发生缠绕现象，这势必会导致单根钢绞线的长度不一，导致预应力筋受力不均匀。实际桥梁运营过程中，由于预应力筋的不均匀受力，会导致受预应力大的部分处于一种疲劳状态，而预应力小的部分处于承载范围之内。这势必对于预应力筋整体造成早期疲劳，导致桥梁耐久性变差。与此同时，张拉预应力筋由于缠绕，可能会导致张拉过程中出现断丝或者是滑丝，这可能会导致严重的安全事故。4.6后张预应力结构孔道压浆不密实近年来，由于高速公路的升级以及扩建，对于一些预应力孔道的压浆不密实现象可见一斑。预应力孔道的压浆不密实，相伴而生的是腹板出现斜裂缝以及连续箱梁的跨中部位出现下挠。并且后张预应力结构孔道的压浆不密实容易导致预应力筋与空气接触而导致锈蚀，这