横张预应力混凝土及其近况

横张预应力混凝土及其研究近况摘要：本文第一作者在综合研究现有主要预应力混凝土技术优点的条件下，提出一种新型的预应力混凝土---横张预应力混凝土。文中概要介绍了横张预应力混凝土的施工方法、原理及近期研究情况，研究和实践表明横张预应力混凝土在保持常规后张预应力混凝土良好的力学特性的条件下，能明显节省钢材、简化工艺、提高工效，具有明显的技术经济效益。关键字：横张预应力混凝土技术效益经济效益研究概况一、引言本文第一作者自80年代初开始从事预应力混凝土结构的研究，在近20年中，先后参与和主持完成了3个国家级、5个省部级及十余个横向课题中有关预应力混凝土结构的研究，完成了100金根先张法、后张有粘结及无粘结预应力混凝土梁的静力和疲劳破坏试验，对各型预应力混凝土梁的工艺及性能进行了系统深入的研究，发现国内外常用的预应力混凝土技术中，每一种技术虽在某一（些）方面具有其优势，但在另一（些）方面亦存在明显的不足。于是，自90年代初即致力于寻求一种全面兼顾良好的使用性能、用料的经济性和施工的简易性的预应力混凝土技术。于1993年将预弯复合梁原理应用于钢筋混凝土梁中，率先提出并研制成功了"预弯预应力钢筋混凝土梁"，先后成功地应用于德阳雄湖大桥等三座桥梁中，获得1996年交通部科技进步三等奖和重庆市科技进步二等奖。1995年重庆市科委向国家科委推荐"预弯预应力钢筋混凝土梁性能试验研究"项目，经审批后列入国家科委下达的"1995年国家级地方重点攻关计划"，计划项目编号为：95一5A-03。在进一步的研究中，针对预弯预应力钢筋混凝土梁需预加载和存在裂缝的缺陷，于1994年提出将预弯预应力钢筋混凝土梁通过预加载条件下二次浇注混凝土来建立预应力转变为以梁底为反力承压面，沿垂直干力筋的竖向张拉钢未来建立预应力，从而形成了"横张预应力混凝土梁"的构思，并就此征求了科研、设计和施工方面众多专家的意见，确认"横张预应力混凝土梁"能在保持良好力学性能的条件下既节省了钢材，又简化了工艺，具有明显的技术经济优势。特此报请项目主管部门批准，签定了科技计划项目修改合同，将原计划研究内容更改为"横张预应力混凝土梁工艺及性能试验研究"，由重庆交通学院和重庆高级公路建设指挥部等四家单位联合完成；之后，在交通部、重庆市科委和市交通局的大力支持下，先后开展了"报张预应力混凝土设计原理及成套技术研究"、"演张预应力混凝土在桥梁工程中的应用研究"、"演张预应力混凝土梁疲劳试验研究"、"红槽房大桥长期性能监测"和"演张预应力混凝土连续梁桥的理论与应用研究"。目前，正着手进行交通部下达的《横张预应力混凝土桥梁设计规程》编制工作。二、撞张预应力混凝土的基本概念1．演张预应力混凝土的构思作者于1992年将预弯复合梁原理应用于钢筋混凝土梁中，提出并研制成功预弯预应力钢筋混凝土梁，在进一步研究和实践中，针对其存在的问题，于1994年提出"演张预应力混凝土梁"的构想；将预弯预应力钢筋混凝土梁通过预加载条件下二次浇注混凝土来建立预应力转变为以梁底为反力承压面，沿垂直于力筋的竖向张拉预应力钢柬来建立预应力。将先张法的粘结力自锚--省去专用锚具，后张法的以梁体自身为张拉预应力钢来的反力承压体一一无需专用预制场、张拉台座和吊运设备，体外预应力的在混凝土梁体夕张拉预应力钢束--避免了管道摩阻引起的预应力损失，旧梁加固中曾采用的竖向紧固力筋法--用较小的竖向拉力在力筋纵向获得较大的拉力等已有常用预应力混凝土技术的优点有机地融于一体。2．制作工艺及预应力原理横张预应力混凝土梁（以箱型梁为例）的制作工艺及预应力原理如下：（l）制作混凝土梁体，在箱型梁腹板内设预留明槽，在明精内的设定高度处直线布置预应力钢束（图11的虚线所示），其两端伸入先浇梁体混凝土作为粘结锚固区段；（2）安装张拉设备，以梁底为反力承压面沿竖向张拉预应力钢束至设计位置，梁体混凝土即在钢束伸长受拉的同时获得相应的预应力；（3）插入钢插销以锁定预应力钢束的位置，卸除千斤顶等张拉设备后灌注预留明槽的混凝土。3．与现有预应力混凝土技术的比较国内外上建工程中常用的预应力混凝土技术有：（1）先张法预应力混凝土：工艺相对简单，无需专用锚具，但需专门的预制场地、张拉合座和吊运就位设备，故一般仅适用于中小型构件；（2）常规后张预应力混凝土：无需专门的预制场地、张拉台座和吊运就位设备，力筋布置和张拉较灵活，在桥梁工程中广泛采用，但工艺复杂，技术要求高，预应力损失大，管道压浆质量难以保证；（3）无粘结预应力及体外来预应力混凝土：较常规后张预应力混凝土省去了成孔、穿束，压浆等工序，施工相对简单，但结构的力学性能有明显降低；孙（愧4棋）旧梁加诵固曾用的督竖向紧固碧钢筋法：多能以较小仔的竖向拉隔力使钢筋擦获得较大弃的纵向拉住力，加固笑效果好，塘但施工复臣杂，技术嘉要求高，奶以致很少母采用；辰（彩5渠）预弯预愿应力复合事梁：建筑数高度小，肆自重轻、威跨越能力增较大，但盖其用钢量基巨大，工峡艺复杂，幻所需预加眨载设备庞督大且周转视率低，目求前仅在部烂分国家有削少量应用此。私适鉴于桥梁跟工程通常哥为大型结艰构的特点源，目前国墨内外桥梁老建设中均办主要采用铸后张法预巨应力混凝晃土，演张瞒预应力混冤凝土技术灶属后张法瞎系列，与肢常规后张铅预应力混或凝土相比支具有：楚（喂1苏）改传统墨的预留孔奴道为预留牛明槽：可翁节省成孔炸、定位材门料及其工拥序；避免胶了由管道煌摩阻引起旷的预应力套损失；避葛免了管道险压浆质量贪不定性及但其危害；残（别2币）改专用宿锚具锚固牵为粘结力飘自锚：节鬼省了专用馋锚具、部捧分局部加稠强钢筋，故预应力来研无需伸出迹的张拉操戏作长度而存节省了部疗分预应力光钢筋；它（粉3棕）改纵向校张拉为横欺向张拉：说演张力仅季需纵张力朴的左1/5~泰1/略7拘即可达到们同等预应碍力效果，尺能将必须典多次重复紧进行的纵拴向张拉简匪化为一次外性横向张够拉；避免仿了由分批播张拉产生越弹性压缩单引起的预可应力损失赛；避免了欧梁端张拉涂所需的操心作空间，此相邻跨梁已的建造互络不干扰哄。填爆综上所述幅，根张预贼应力混凝细土因节省夺了波纹管更、灌浆料印、锚具、米锚下加强罩钢筋及部瞒分预应力丽钢筋，可降降低主梁恰造价干2佩0式％辰～腿3此0殃％，具有烟明显的经奖济效益；果避免了管泡道摩阻和港分批张拉夏引起的预狂应力损失盛，可使有没效预应力戏提蜂高货1挠0偏％蓝～燕2心0迟％，相应燃的张拉控傅制应力由补常规张拉饰的（含超赠张拉）可叛降低到以鞠下，提高换了钢束张劲拉的安全否储备；以斧灌注明槽蹈混凝土取沿代了管道痰压浆，易拾于保证梁纳体质量和煌耐久性，鼓具有明显搂的技术效宰益放常规毫预应力混纠凝土的多凤次重复工兔序为一次壶性工序，摇简化了工虽艺及张拉抖设备，提土高了工效疏，具有良来好的社会随效益。问横张预应蒜力混凝土顿综合了先漫张法与后玉张法、体仗内束与体娘外来、有童粘结与无添粘结预应柱力混凝土伞技术的主挽要优点，淹全面兼顾符了良好的熟使用性、捷施工的简戚易性及用寿料的经济弓性，具有扔很好的综碌合技术经冲济效益。划三、现有尸研究工作倾在搁"码演张预应伶力混凝膊土业"较的构思成筹熟并获准们国家科委貌下达搏的攀199成5麦年国家级课地方重点乖攻关计划今（横张预结应力混凝希土梁工艺政及性能试建验研究）椒后，由重家庆交通学排院、重庆释市高速公冈路建营设有限责询任公司、巨重庆市公跪路工程监石理处、重紧庆市渝通哄公路工程姿总公司等除四家单位帽联合组成闸了横张预药应力混凝见土专题研唉究课题组汇，先后开拍展了如下赚工作：吓1惠．在对已早有预应力混混凝土技蚁术进行全爸面深入剖奇析的基础夸上，率先比提出全面注兼顾常用胃预应力混松凝土技术窄优点滥的毕"蚁横张预应英力混凝呼土释"滚技术，并迹以重庆一互长寿高速拒公路红槽蚊房大桥为劳依托工程肝开展研究漫；恋2责．进行计妖算机模拟屿分析，并析就横张预湿应力混凝蝶土梁的构午想广泛地朵征求有关哈科研、设向计和施工鼠单位的意枕见，论证给其在理论穴上的正确笋性和合理鲁性；条3症．设计理纹论研究，肆针对依托荒工程提出粘初步的《遮根张预应鞠力混凝土蔬梁设计计荐算方法》亲：梅（换1疮）查阅资尿料文献，看确定以常房用的高强器低松弛钢础绞线作为翻预应力筋跌，对钢绞第线的几何弟构成及力菠学特性进舅行分析，限提出具有查安全储备峡的横张控雅制应力上怒限；员（太2唱）对横张浩过程建立跨简化的计腾算模型，延提出有效渡预应力的梦实用计算块方法，并属以计算机扒模拟分析升结果进行霜校正；涝（笋3系）参考现遮行《公桥挎规》计算挺方法，结捞合演张预赠应力混凝鹊土的特点逆，提出横渡张预应力党混凝土梁乡在施工阶标段和使用甚阶段的应河力计算、俗抗裂计算除以及各区舍段的强度管计算方法腾。记（看4由）对预应枣力钢来的膛粘结锚固丘区、张拉刊时的局部注承压区和喘张拉后的脚插销定位夏区局部用绸非线性有伶限元分析趣，提出局钩部加强构杨造措施；春4某．工艺流破程研究，蓄拟定了一滋套模张预检应力混凝亿土梁施工背工艺，编习制了初步烂的《横张吨预应力混企凝土梁施习工技术要婆求》；贯5挂．配套设涌备研制，监研制出一波整套横张驼设备及定偷位配件；筋6竟．工艺试宏验研究流完成了厕30餐m贤跨径横张匠预应力混猛凝管土泰T熄型梁（足丰尺试验梁抄）考和秆5写m蔽跨径横张萍预应力混茎凝土小梁帅的制作工腿艺全过程奖试验研究骆，并对横淡张过程进洽行了现场牺测试，取涂得如下进得展：养（尚1弃）完善和枯丰富了《娱横张预应凤力混凝土孤梁施工技渠术要求》姨；链（添2孕）通过多饶次试验和遵改进，研抽制出一整百套可操作住性较强的腐横张设备泊及定位配跳件；座（迟3索）完善和兄丰富了施鹅工期间预脚应力损失修估算和有衬效预应力赵的计算方趴法化；招旷（屡4宿）总结编逢制了针丽对悔T支型梁桥的残《演张预煮应力混凝千土梁质量白检验条文讲》；杆（励5倍）论证了维横张预应钱力混凝土组技术在实陪践上的可叹行性和合锅理性。盾7重．受载性绸能试验研消究，法对幻30熟m顶跨径横张买预应力混补凝土试验脾梁进行了苹现场加载衰试验，首杆先对梁进异行了六次捐零至使用旨荷载的重剑复加载试枯验，然后钢加载至开鬼裂，再加诵载至破坏场；加载过创程中对梁清的变形、搜混凝土应逝变、普通熄钢筋应变邻、预应力是混凝土钢猪柬应变、冲抗裂强度恋、裂缝开避展和破坏谷情况进行怨了全面测拨试。结果恒表明：谎（败1悉）开裂前棋实测挠度有值与按全伯截面刚度丑（含后浇妖明槽混凝俊土）得到厕的挠度理贝论计算值谈吻合较好缝，证明横哪张预应力件混凝土梁盆具有足够响的刚度狗；响胶（油2代）卸载后图梁的残余贸变形劈为播1妥～绍0.lm肾m际，表明其斩具有很强午的弹性恢规复能力；眠（绘3泛）实测开仗裂弯矩与广理论预期魔弯矩值相醒吻合，证印明了其预叉期的预应介力效果；川（沟4描）裂缝开这展和破坏湖表现与高予质量的常吐规预应力糟混凝土梁拐的情况无蹈异；谈（乓5漂）人工凿浑开后浇明腾槽混凝土石查明，其过与预应力付钢绞线及而先浇梁体残混凝土结亦合很好；虎（脚6锐）完善和牛丰富了横旱张预应力门混凝土梁娱的设计理甩论及构造钉措施；挑8互．开展了责演张预应情力混凝土畏技术在桥友梁中的应读用研究册（搂1肤）设计并糠建成了第吸一座横张码预应力混精凝霉土是T量型梁桥（惩渝长高速西公路红槽青房大桥）报；对其实麻施的膀前炕5到根梁进行险了现场监吉控，酌情锻调整了张谢拉时承压口钢垫板的筹厚度和定耻位配件形茫式；完善放了喘T掏型梁的实杜施细则，成使后续施简工得以顺圾利进行；撕（虹2既）利用横滨张预应力肾混凝土张诉拉效率高淡的优势，杏创造性地俭提出全跨速一次性浇陈注混凝土订，一次性碍同步竖向馅张拉的新婶工艺；提雨出了在腹巧板中设置覆预留明槽过的实施方锅法；设计框并建成了傍第一座横厉张预应力理混凝土空辽心板桥（杆渝长高速喂公路徐家艘沟大桥）巨；对其施国工的第一奏跨和最后坊一跨空心梳板桥进行茶了现场监擦控；完善舞了横张预蛛应力混凝涛土空心极超的实施细翁则；桃（联3促）首次采快用横张预军应力混凝蚕土箱型梁歌对既有钢点筋混凝土杜梁桥进行眼拓宽加固网改造，设盆计并指导斑实施了四砌川省荥经梳大桥的改瓜造工程炸；辛迟（愚4轿）创造性臣地构思和运设计了横遣张预应力很混凝土连扮续梁桥（景重庆重家搞院子人行隔天桥），榨进一步拓唐展了演张校预应力混财凝土技术似的应用范查围；柄（仇5膏）演张预剥应力混凝湾土的设计脾理论、施伤工工艺问耽套设备及岗实施细则壶在上述造蚊工程实践社中得到进水一步发展况和完善。菠9拥．疲劳性枕能研究：夫对横张预蛮应力混凝兼土梁桥从怀理论上进颜行了疲劳钻分析，结缎果表明在壮设计荷载像下不产生检疲劳破坏菜；演张预纺应力混凝白土梁的疲抹劳破坏试挽验正在进景行中；造1蹲0挖．长期性蓄能研究：周自峰199充9冶年毛3触月开始对局已建成的晚红槽房大骑桥进行长逮期性能监蝇测，目前冲正与重庆电大学联合牌研制桥梁承性态的远娱程智能监摘测系统，罪已有的监懒测数据表虽明桥梁工研作正常丸。遥裤于胜199认6衣年删1挪2嫩月欧和刊199麻9舒年碑5脸月分别努就导"屑横张预应锐力混凝土糠梁工艺及贯性能试验育研纵究斯"搭和拢"茅横张预应自力混凝土锯技术装在柔T约型梁和箱侍型梁（板抹）桥中的唉应用研掀究善"校进行了鉴尸定，得到们与会专家淹的高度评横价，被列邻入繁199瓦8蚊年交通部射科技成果灿推广应用狱推荐项目片，获迟得权199叛9赛年度重庆首市科技进坛步一等奖掀，屑"丛横张预应丙力混凝土肠桥梁设计也规盲程坏"茅正式列入句交通杯部拾199则9来年度公路顷建设标准便、规范、喘定额等编茎制、修订馒工作计划篇中。四、结语附作者率先横提出并研顷制成功的乓横张预应哑力混凝土盐与常规后拐张预应力振混凝土相扶比，具有贿如下三大露特点：踏（闻l鱼）改预留卖孔道为预冶留明槽（窑节省成孔弯和定位材零料及工序绣，减小预兵应力损失游）；兵（伶2丢）改专用腹锚具锚固经为粘结力辞自锚（节扰省锚具、贞局部加强病钢筋和部竿分预应力族筋）；梨（煤3疯）改纵向遮张拉为横石向张拉（课仅链需慈1哀／模5径～屿1偏／主7钢的拉力即详达同等效把果，降低赏设备要求纵，提高工豪效）。