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【论文】预应力技术在桥梁工程中的发展与应用
发布时间:2016-04-25  点击数:

  

  (-葡亰建设企业   李扬-)

  摘要:在桥梁工程建设中,预应力技术应用越来越广泛,已经通过理论技术、工程检测、施工工艺等方面形成了一整套的理论体系。本文先容了预应力技术优势、特点以及预应力技术在混凝土连续梁桥、斜拉桥、横张混凝土桥梁等桥梁结构中的典型应用情况,分析了桥梁工程预应力技术在实际应用中存在的问题,并指出应该不断地积累经验、深入研究,在成熟理论基础上进行工程实践,以提高解决问题的能力。

  关键词:桥梁工程;预应力

  1 引言

  随着我国桥梁工程建设的不断发展,运用于桥梁工程的新技术、新工艺也在不断进步与发展。预应力技术凭借着自身的优势,在理论计算、材料设备、试验检测和施工工艺等方面已经形成了一个较为完整的技术体系。

  在国外,1886年美国工程师P H Jackson和德国的CEW Doehring先后把预应力技术应用到混凝土结构,但由于钢筋的应力松弛、混凝土的收缩及徐变很快就将所施加的低预拉应力损失掉,直到1928年法国的Eagene Freyssinet首次将高强度钢丝应用于预应力混凝土,才取得成功,并在20世纪40年代后得到广泛应用与发展。而我国在20世纪50年代开始试验研究预应力混凝土结构,先后成功应用于陇海线上一座28*23.8m跨新沂河的预应力混凝土铁路梁桥和京周公路上一座跨径为20 m的装配式后张预应力混凝土简支梁桥。

  近年来,随着政府和社会公众对于桥梁工程建设的关注度越来越高,相关的专业技术人员在原有的施工技术基础上,不断的提高工艺水平,加强施工材料的质量监管,以满足桥梁建设行业进步的要求。作为一项有着悠久历史,又不断创新的技术——预应力技术,它在桥梁工程建设中扮演不可或缺的角色,提高了工程建设施工的速度和质量,简化了工程施工的结构,给桥梁工程施工建设带来了巨大的便捷。

  2 预应力技术概述

  2.1 预应力技术含义及优势

  预应力技术,通俗来说就是在工程结构构件在没承受外荷载时,施加预应的压力在受拉模块里的钢筋上,以达到加强构件刚度和延长出现裂缝的时间,从而提高结构的耐久性。因施加预应力的结构具有强度高、刚度大、抗裂性好等优点,从而成为建造大(大型、大跨)、高(高层、高耸)、重(重载)、特(特种)等工程的主要结构形式。20世纪20年代以来,预应力技术得以迅速发展,以高强度、低松弛预应力钢丝、钢绞线及FRP筋为代表的新型预应力材料以及以缓粘结和横张预应力技术为代表的预应力施工技术已慢慢成为预应力技术发展的主流方向。

  预应力技术不仅仅能运用于道路桥梁结构建设,还能运用于路桥加固维修,对山体和边坡之类的地段进行锚固的加强,以及顶推施工等桥梁建设的各个方面。在桥梁工程结构中,预应力技术的优势显得更为突出,不仅能够有效地节省施工的材料,减轻结构自重,提高结构的抗裂和抗渗能力,增强结构刚度,而且施工工艺比较便捷,结构简易且安全。世界范围内的各种大型桥梁结构,几乎都在不同程度上采用了预应力技术,与其它土木工程结构有所不同,桥梁结构对大跨的需求更加突出,所承受荷载也以动荷载为主,施工环境和条件也更加复杂,因此预应力技术桥梁结构中的应用也形成了其独有的特点。

  2.2 桥梁结构中预应力技术的特点

  依托于桥梁工程本身的特征,预应力技术的特点,主要体现在以下几个方面:

  (1)利用高强度材料,提高桥梁跨越能力

  由于预应力结构充分利用高强度材料,其构件截面小,自重弯矩占总弯矩的比例也被大大减小,桥梁的跨越能力也大大提高。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。

  (2)改善结构受力,增强结构耐疲劳性能

  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,预应力技术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)完善施工技术,融合施工架设工艺

  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,预应力技术的应用发展,不仅使桥梁结构的施工方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。

  3 预应力在桥梁工程中的应用

  由于预应力技术能够提供优良的结构性能和便利的施工架设工艺,因而被广泛应用于预应力混凝土连续梁桥、斜拉桥、预弯预应力混凝土梁桥、横张桥等各种形式的桥梁结构中。下面就几种典型桥梁结构中预应力技术应用进行简单先容。

  3.1 预应力混凝土连续梁桥

  由于预应力结构可以有效地避免混凝土开裂,能充分发挥高强材料的特性,促使结构轻型化,预应力混凝土连续梁桥具有比钢筋混凝土连续梁桥较大的跨越能力,加之它具有变形和缓、伸缩缝少、刚度大、行车平稳、超载能力大、养护简便等优点,所以在近代桥梁建筑中已得到越来越多的应用。

  杭州湾跨海大桥于2007年6月26日全线贯通.该桥北起嘉兴市海盐,跨越杭州湾海域,南止于宁波市慈溪,全长36 km,为当时世界上已建成以及在建中的最长跨海大桥.杭州湾跨海大桥建成后,宁波至上海的陆路距离缩短约120 km.该桥全桥采用预应力技术,其中南、北航道桥采用了斜拉桥结构型式,其他部位均采用预应力混凝土连续箱梁桥。

  3.2 斜拉桥

  斜拉桥是一种桥面体系以加劲梁受压(密索)或受弯(稀索)为主及支承体系以斜索受拉和桥塔受压为主的桥梁。进入20世纪70年代后,预应力混凝土斜拉桥大量兴起,在斜拉桥的设计及施工中,斜索的预张力对整个斜拉桥的工作状态起着重要的作用。对斜索施加预张力是为了充分利用拉索抗张拉的潜力,以改善结构的受力情况,有效提高其刚度和抗风稳定性好。

  苏通长江大桥是交通部规划的黑龙江嘉荫至福建南平国家重点干线公路跨越长江的重要通道.苏通大桥为国家重点工程,东距长江入海口108 km,西距江阴大桥82 km,大桥全长32.4 km,由跨江大桥和南、北接线组成。该桥的斜拉索采用低松弛高强度平行镀锌钢丝束,边跨索距为10 m、16 m,中跨索距为16 m,斜拉索横向吊点间距为35.4 m,全桥共设4*34对斜拉索,建成后创造了四个世界之最:跨径1088 m,建成后成为世界最大跨径斜拉桥;世界规模最大、入土最深的桥梁桩基础;桥塔为世界最高;最长索为577 m,最大重量为59 t,是世界最长斜拉索。

  3.3 横张预应力混凝土桥

  横张预应力技术是重庆交通学院周志祥教授率先提出并研制成功的一项预应力新工艺。它在预弯预应力钢筋砼梁的基础上对张拉锚固方式、后浇混凝土的施工等方面作了较大的改进,其基本原理为:在梁体的中段,预应力筋与混凝土完全分离,力筋两端伸入混凝土中利用粘结力锚固,借助横向张拉力筋对梁体施加竖直向上的力,从而使张拉侧的混凝土获得所需的预压应力。

  与常规后张预应力混凝土桥梁相比,横张预应力混凝土桥梁具有以下四大特点:1)改传统的预留孔道为预留明槽,节省成孔、定位材料及其工序;2)克服了管道压浆质量不定性及其危害;3)改专用锚具锚固为粘结力自锚,节省了专用锚具、部分局部加强钢筋及预应力钢筋,梁端无需预留张拉操空间,相邻跨梁的建造互不干扰; 4)改纵向张拉为横向张拉,横向张拉力仅需纵向张拉力的1/5-1/7即可达到同等预应力效果,能将必须多次重复进行的纵向张拉简化为一次性横向张拉,避免了由管道摩阻引起的预应力损失和分批张拉产生弹性压缩引起的预应力损失。

  童家院子立交桥是第一座横张预应力混凝土连续梁桥。该桥位于渝(重庆)黔(贵州)高速公路跨越渝黔主线和渝(重庆)长(长寿)线匝道的3跨横张预应力混凝土连续梁立交桥,跨径组合为21.25 m+35 m+21.25 m=77.50 m,系单箱单室截面。该桥由于中跨所分担的正弯矩较大,为了适应结构的受力需要,中跨设置20根钢绞线,边跨设置12根钢绞线,其中12根预应力钢绞线为通常布置,另8根主要布置在中跨。由于该桥应用了预应力施工工艺及张拉设备,方便了施工,提高了工效,使主梁造价降低了20%-30%,经济效益和社会效益显著增加。

  4 桥梁工程建设中预应力技术存在的问题

  4. 1选择预应力张拉的时机问题

  近几年,随着新材料不断出现,多采用添加早强剂的方式提高混凝土预应力的早期强度,在混凝土浇注3d之后就开始张拉。在混凝土养护过程中,若混凝土强度增加过快,弹性模量增加过于缓慢,则会增加预应力的损失,使桥梁承载能力不足,从而出现较多的裂缝。

  4.2 预应力的管道易堵塞问题

  造成预应力钢筋的管道堵塞的原因主要是由于施工人员的技术经验不足,在混凝土的浇筑过程里,没有及时跟进保护措施和操作时的野蛮作业,导致预应力钢筋的管道出现堵塞,无法顺利穿过预应力钢筋,从而影响了张拉效果,也就说在张拉时,预应力钢筋伸长的实际值和理论值会产生很大的出入,最终,会增加道路桥梁施工的成本甚至是延长工期。因此,在浇筑混凝土时要杜绝野蛮的施工,且要安排专业人员跟班保护,在预留孔道时,要对抽芯时间进行控制,避免在混凝土没有达标时就抽芯或者是抽得太晚而拔不出或拔断。

  4.3 预应力张拉控制不够严谨问题

  在我国,由于预应力新技术的起步比较晚,公路桥梁预应力施工没有较为明确的规范,张拉控制不够严谨,在实际的施工中,不规范的操作就较为严重,没有进行相关专业培训,对于张拉的控制忽高忽低,导致实际误差较大。很多工程都用了1.5级的油压对张拉力进行计量,特别有些工程甚至没有进行千斤顶的计量标定就将它应用到了张拉中。所以要加强施工人员的专业技术培训,提升整体设备条件,规范施工。

  4.4 预应力张拉前混凝土裂缝问题

  在桥梁预应力施工中,混凝土的结构很容易因为温差和收缩等问题出现裂纹,也别是在大型的结构及构件中,通常都是在张拉前就出现了裂缝,这就导致预应力损失对工程质量产生严重影响,因此,施工中不能过多使用外加剂来增加和易性,应尽量采用强度高、水灰比小的混凝土,通过高质量的收缩与低徐变量来控制工程质量。

  5 结束语

  综上所述,预应力技术在桥梁工程领域有着强大的发展潜力和技术竞争力,虽然在桥梁中的应用中还有很多问题没有解决,但是随着预应力技术的不断发展,将来预应力桥梁必将向更大跨、更重载、更耐久的方向发展。因此,在桥梁工程建设中过程中,大家应该不断地积累经验、深入研究,在成熟理论基础上进行工程实践,以提高解决问题的能力,提高道路桥梁建设的工艺水平和质量。

  参考文献:

  [1]彭德运,王立新.意大利墨西拿海峡大桥设计概述[J].铁道建筑技术,2003 ( 2 ): 27-29.

  [2]李青松,田安国.预应力CFRP技术在桥梁加固中的应用[ J].世界桥梁,2008, 138 (3 ): 58-60.

  [3] 吕忠达.杭州湾跨海大桥关键技术研究与实施[J].土木工程学报,2006, 39 (6 ): 78-87.

  [4]刘椿,朱尔玉,朱晓伟.预应力混凝土桥梁的发展状况及其耐久性研究进展[J].铁道建筑,2005 (11 ): 1-2.

  [5]俞建辉,王建国.浅谈公路桥梁施工中预应力的应用及存在的问题[J].中国高新技术企业,2010( 3) :45 -47.

  [6]马剑飞.大跨径预应力连续梁桥施工控制关键技术研究[D].武汉理工大学,2006.

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