高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工實(shí)例

1、For personal use only in study and research; not for commercial use隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展 ,混凝土材料的應(yīng)用技術(shù)越來越廣泛, 由于大跨徑橋梁建設(shè)的需求及發(fā)展以及公路、鐵路交通事業(yè)的蓬勃興起 ,同時(shí)對既有建筑物橋梁等的維修、 加固的增加 ,預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛應(yīng)用于多種結(jié) 構(gòu)當(dāng)中。高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)即指采用高強(qiáng)度混凝土、高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼材用先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想、先進(jìn)的施工工藝 制造的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。我國自 80 年代后期以來 ,特別自進(jìn)入 90年代以來預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)得到了很大 的發(fā)展 ,預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展走上了一個(gè)新的臺階。高強(qiáng)混

2、凝土的采用使橋梁結(jié)構(gòu)的自重大大減 輕, 可顯著提高橋梁跨越能力 , 新型預(yù)應(yīng)力技術(shù)的采用以及新的施工工藝的不斷創(chuàng)新, 計(jì)算理論的不斷完善、新的設(shè)計(jì)思想的不斷發(fā)展 ,將推動(dòng)橋梁工程的發(fā)展。1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的發(fā)展在我國 ,予應(yīng)力技術(shù)在 50 年代中期應(yīng)用于公路橋梁 ,近二十年來 ,發(fā)展迅速 ,從預(yù)應(yīng)力砼橋梁的設(shè)計(jì)理論 計(jì)算 ,結(jié)構(gòu)分析、預(yù)應(yīng)力材料、工藝設(shè)備、施工工藝、試驗(yàn)研究等均取得了很大的進(jìn)步。予應(yīng)力技術(shù)不僅應(yīng) 用新建工程當(dāng)中 ,還廣泛應(yīng)用于已建結(jié)構(gòu)的維修、 加固等當(dāng)中。 1957 年在北京至周口店公路的啞吧河上修建 了第一座跨徑 20米裝配式后張預(yù)應(yīng)力砼簡支梁橋 ,為以后公路橋梁應(yīng)用預(yù)應(yīng)力

3、技術(shù)開創(chuàng)了先例。 60年代中 , 我國首次采用平衡懸臂施工法建成一座T型剛構(gòu)橋。之后于1971年用此法建成的福建烏龍江大橋，為我國修建大跨徑預(yù)應(yīng)力橋梁邁出一大步。進(jìn)入 80 年代 ,用平衡懸臂法施工的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁橋 也獲得了迅速的發(fā)展，1986年建成的湖南常德沅水大橋，主橋跨徑為84 m +3X120m +84 m，全長1408m ,1991 年建成的云南省六庫怒江大橋，主橋跨徑85 m+154 m +85m。用平衡懸臂法施工的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱形 連續(xù) 剛構(gòu)體系橋梁在國內(nèi)也得到了迅速發(fā)展。 1988 年建成的廣東省番禺洛溪大橋 ，主橋?yàn)樗目?(65m +125+180+11

4、0),具有雙壁墩的不對稱連續(xù)剛構(gòu)橋，其最大跨徑流180 m居當(dāng)時(shí)亞洲同類橋梁之冠。1996年又建成的湖北黃石長江大橋，主跨為245m，主橋全長達(dá)標(biāo)1060m，1997年建成的廣東虎門輔航道橋，主跨達(dá)到 270m ，已躍居世界同類橋梁的首位。2 高強(qiáng)度混凝土的應(yīng)用用普通水泥、砂石原材料和常規(guī)工藝配制具有良好的工作度(能滿足預(yù)拌運(yùn)輸和泵送要求)、且強(qiáng)度等級在C 50C 100之間的高強(qiáng)混凝土，近年來在國際范圍內(nèi)得到迅速的發(fā)展。80年代,在許多跨江、跨河等大型橋梁工程中，應(yīng)用標(biāo)號為5055號的泵送砼，如:浙江杭州錢塘江大橋一80m跨預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋，開封 黃河公路大橋一單跨50mT梁，廣東番禺落溪

5、大橋 一180m跨預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)橋，90年代，已廣泛采用標(biāo)號 為5560的泵送砼，如:廣東虎門大橋，廣東汕頭海灣大橋等。 現(xiàn)如今，上海、廣東等地已在橋梁建設(shè)中廣泛采 用C 80砼。高強(qiáng)混凝土具有強(qiáng)度高、耐久性好、變形小等優(yōu)點(diǎn)。它的采用 ，可降低工程造價(jià)減少截面尺寸 ，減少混凝 土用量和自重 ，減少預(yù)應(yīng)力和地震力 ，提高混凝土耐久性 ，加快結(jié)構(gòu)施工速度等間接的經(jīng)濟(jì)效益。在高層建筑、 大跨度橋梁、海上平臺、漂浮結(jié)構(gòu)等工程中顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性 ，在工程安全使用性、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境 條件的適用性等方面產(chǎn)生了明顯的效益，因此被各國學(xué)者所接受 ，被認(rèn)為是今后混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁隨著跨

6、徑的增大 ，造價(jià)急劇增加 ，而且隨著梁截面尺寸的增大 ，橋身自重加大 ，其所占設(shè)計(jì)內(nèi)力比 重日益增大 ，地震時(shí)遭受較大的地震力。高強(qiáng)混凝土在橋梁的上部結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，可以顯著的改善上述不利情況。盡管提高混凝土強(qiáng)度并不能明顯增加受彎構(gòu)件的抗彎能力 ，但它能降低受彎構(gòu)件截面的壓區(qū)混凝土高度 ， 提高構(gòu)件的延性 ，允許有較高的配筋率 ，進(jìn)而通過提高配筋率來增加構(gòu)件的抗彎能力 ;高強(qiáng)混凝土還由于變形 小，使構(gòu)件的剛度得以提高 ，進(jìn)而可以降低構(gòu)件的截面高度。至于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件 ，則能從高強(qiáng)混凝土獲得 很多好處 ，可以施加在更大的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，盡量采用高強(qiáng)度等級的混凝土的好處是:(1)保證預(yù)應(yīng)力筋與混

7、凝土之間要有足夠的粘結(jié)力 ，(2)能夠施加更高的預(yù)應(yīng)力 ，(3)可有效減少截面尺寸 ，減輕重量 ，節(jié)省材料 ，(4) 增強(qiáng)張拉端混凝土的局部承壓能力，(5)減少徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失 ，(6)可使混凝土有較高的早期強(qiáng)度 ，便于提前張拉。與普通強(qiáng)度混凝土相比 ，高強(qiáng)混凝土在原材料選擇和施工質(zhì)量控制上需要比較嚴(yán)格的要求 ，其力學(xué)性 能呈顯著脆性。隨著建筑材料業(yè)的不斷發(fā)展以及為了滿足更高性能的要求，高強(qiáng)砼正向更高的目標(biāo)邁進(jìn)。摻入少量硅灰和超級塑化劑，可以大大提高砼的強(qiáng)度。強(qiáng)度高達(dá)C100的砼已經(jīng)在一些發(fā)達(dá)國家中采用。這些技術(shù)的突破主要是通過采用高效減水劑和具有高活性的硅灰或其它超細(xì)活性摻合料來降級水灰

8、比，目的都是為了減少砼微結(jié)構(gòu)中的孔隙，改善骨料和漿體之間的界面性能，并盡量增加其密實(shí)程度。粉煤灰、礦渣、F 礦粉(沸石粉)和硅粉等一般還有改善拌料工作度、減少凝結(jié)過程中體積變化、降低堿骨料反應(yīng)、和增加混 凝土耐久性的作用。從而大幅度提高砼的強(qiáng)度。與普通砼相比，高強(qiáng)能砼在成分上主要區(qū)別是：(1)用水量大大減少,(2)減水劑顯著提高,(3)水泥用量提高,(4)最大粗骨料粒徑降低。高強(qiáng)砼所用的水泥一般為不小于525號的低堿水泥、硅酸鹽水泥等，水泥用量宜小于500 kg /m 3,砂易用細(xì)度模量為 2.33.3的中砂，含泥量不大 于3%,石料宜用花崗巖、石灰?guī)r碎石 ，石料的比重宜大于 2.6，吸水率不

9、大于2%。增強(qiáng)劑可用F礦粉，其用量 是水泥用量的10%，可提高強(qiáng)度約10%,高效減水劑(UNF 5,UNFS 25等)的用量是水泥用量的 0.51%。1二|此主題相關(guān)圖片如下：橋隧論壇WWW.RRTLKCCl"從一些統(tǒng)計(jì)資料來看，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)所用的混凝土 ，正不斷向高強(qiáng)、輕質(zhì)、勻質(zhì)、耐久和多功能的方向發(fā)展，近幾十年來，高強(qiáng)混凝土、人造輕骨料混凝土、纖維混凝土、聚合物浸漬混凝土等的研究和應(yīng)用進(jìn)步較大。隨著混凝土強(qiáng)度的增加，脆性也隨著增加，因此，加入各種纖維材料與有機(jī)高分子復(fù)合、改善鋼筋性能與配筋，采用復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)使高強(qiáng)混凝土在克服脆性上受到了顯著的提高。硅灰是一種很好的超細(xì)礦物摻合料，

10、但數(shù)量有限且價(jià)格昂貴，而粉煤灰量大，價(jià)廉，不須(或稍加工)即可滿足配置高性能砼的要求。近幾年大量的粉煤灰用于配置高強(qiáng)砼。超高強(qiáng)砼強(qiáng)度達(dá)300 MPa甚至更高，同時(shí)還具有滲透性低和化學(xué)侵蝕性高等特點(diǎn)?；钚约?xì)料砼(ReactivePowderConcrete)簡稱RPC ,它能減少構(gòu)件尺寸，改變構(gòu)件斷面形狀，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，并節(jié)省鋼筋，它的強(qiáng)度介于砼和鋼之間，價(jià)格比一般砼貴很多°RPC主要由粉末 和微鋼纖維組成。由于它的優(yōu)異的力學(xué)性能和超強(qiáng)的耐久性，在工程界許多領(lǐng)域得到廣泛使用。如:高抗壓強(qiáng) 度的RPC用作鋼絞線預(yù)應(yīng)力錨頭，低強(qiáng)但高耐久性和抗腐蝕的RPC用作工業(yè)污水處理過濾板。纖維砼用鋼纖

11、維或其它纖維對改善高強(qiáng)砼延性十分有效。當(dāng)前用于砼的纖維已開始采用碳纖維。碳纖維增 強(qiáng)砼(CFRC )具有強(qiáng)度高、模量大、比重小、耐堿，對人畜無害，良好的導(dǎo)電性等優(yōu)越性能，在復(fù)合材料領(lǐng)域 中占有重要一席。國外CFRC的研制始于70年代,1978年，日本關(guān)羽化學(xué)公司生產(chǎn)了通用級瀝青基碳纖維之后,CFRC才得以迅速發(fā)展，我國碳纖維的研制工作始于60年代后期，至今已有30年歷史。由此制成的碳纖維增強(qiáng)砼，比不含碳纖維的普通水泥砼的抗拉強(qiáng)度高24倍，彈性模量高1.52倍，具有較高的力學(xué)性能。實(shí)踐表明，對于自重占較大比例的橋梁結(jié)構(gòu)，采用輕混凝土的效果極為明顯，不僅能減輕自重，節(jié)約材料，大 大節(jié)省造價(jià)，而且能

12、提高隔熱保溫效果和防火等級，改善結(jié)構(gòu)抗震性能。橋梁自重的減少還使橋墩和基礎(chǔ)得到 減少。當(dāng)采用密度為 14002000 kg /m 3的輕砼時(shí)，抗壓強(qiáng)度可達(dá)3081MPa ,具有令人滿意的收縮與徐 變性能。3預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展土木工程建設(shè)的發(fā)展，推動(dòng)新材料，新施工技術(shù)的方法、新理論思想方法的不斷岀現(xiàn)，并逐步完善原有的設(shè)計(jì)思維模式及施工工藝等技術(shù)的不斷提高，混凝土將朝著高強(qiáng)、高延性、高性能以及新材料的使用等方面發(fā)展，預(yù)應(yīng)力鋼材也將有多方面的發(fā)展，高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力筋、各種規(guī)格、強(qiáng)度的低松弛鋼絲和鋼絞線以及鍍鋅、 環(huán)氧涂層鋼絞線、不銹鋼鋼絞線的采用，與之配套的張拉設(shè)備逐步研制，使預(yù)應(yīng)力技術(shù)水平得到了不斷提高

13、 ，為預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛應(yīng)用于公路橋梁上提供了保證?，F(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展主要可概括為三個(gè)方面：3.1高強(qiáng)超高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋的采用在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中，預(yù)應(yīng)力筋本身處于受拉狀態(tài)，因此，其抗拉強(qiáng)度及彈性極限越高越好。目前,橋梁上常用的 預(yù)應(yīng)力材料有高強(qiáng)鋼絲、高強(qiáng)鋼絞線和高強(qiáng)鋼筋三大類。常用的高強(qiáng)鋼絲直徑有 、？兩種，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度在 1570MPa以上。高強(qiáng)鋼絞線是d 一區(qū)九門 印和d -1丄山.7山鋼絞線，其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值分別為 1470N/m m2和1570N/mm 2,延伸率為3.5%，主導(dǎo)產(chǎn)品均符合美國現(xiàn)行ASTM標(biāo)準(zhǔn)。為滿足工程建設(shè)需要，近幾年來，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860N/mm 2的低松弛鋼絞線的產(chǎn)量也在

14、迅速增長。 高強(qiáng)鋼筋多采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 750MPa的精軋螺紋鋼筋，直徑有25、32mm兩種I二|此主題相關(guān)圖片如下：弋嚴(yán)bbs橋隧論 tiwWW.RRTUCnM3.2高效率的張拉錨固體系隨著高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力筋的廣泛應(yīng)用，與之配套的張拉錨固體系技術(shù)已臻完善。預(yù)應(yīng)力施加方便，安全可靠，錨固效率系數(shù)很高。張拉錨固體系按錨具的原理大約可分為三種：支承式-螺絲端桿式錨（用于粗鋼筋及鐓頭錨兩種）；鍥緊式-夾片示或錐塞式錨，靠擠壓和摩擦傳力；環(huán)套式-由鋼絞線（或鋼絲）環(huán)和砼組成。與高強(qiáng)鋼絞線對 應(yīng)的夾片式錨具，用于接長鋼絞線的連接器，可實(shí)現(xiàn)橋梁預(yù)應(yīng)力束的分段張拉與接長。預(yù)應(yīng)力扁錨也屬夾片式群錨體系，主要用作箱形梁

15、橋的橫向預(yù)應(yīng)力，連續(xù)梁局部加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力等地方。3.3預(yù)應(yīng)力施工工藝不斷創(chuàng)新（1）、70年代普遍采用的抽拔橡膠管成孔技術(shù) ，目前已被預(yù)埋金屬波紋管取代，橡膠管道成孔在特別需要減 少摩阻損失的大曲率布束場合也獲得應(yīng)用。（2）、在后張法孔道灌漿中，灌漿技術(shù)有了很大的突破，特別是灌漿設(shè)備的改進(jìn)及真空灌漿技術(shù)的應(yīng)用，確保了孔道灌漿的密實(shí)性。（3）、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的使用使預(yù)應(yīng)力工藝 大為簡化。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋可與普通非預(yù)應(yīng)力筋同時(shí)布筋然后澆搗砼，待砼達(dá)到預(yù)定的強(qiáng)度后，便可在構(gòu)件端部張拉錨固預(yù)應(yīng)力筋。它的優(yōu)點(diǎn)在于可在結(jié)構(gòu)內(nèi)按照需要任意布設(shè) ，不需預(yù)留孔道，大量地減少現(xiàn)場施工工藝 降低了成本，提高了結(jié)構(gòu)的施工水平

16、和施工速度。（4）、體外預(yù)應(yīng)力配筋，減少了摩擦損失，在箱梁的壁內(nèi)不存在預(yù)應(yīng)力管道，使得砼容易澆注，對于某類型的結(jié)構(gòu)，使用體外索可以加速橋梁的建設(shè)速度以及降低建造成 本。1二|此主題相關(guān)圖片如下:申 Fl irfeij；WWW.RRTLI ： 口財(cái)3.4預(yù)應(yīng)力材料的新進(jìn)展3.4.1纖維增強(qiáng)塑料筋纖維增強(qiáng)塑料筋是當(dāng)前國際上的研究熱門 （FRP ），所用的非金屬纖維主要有玻璃纖維 連續(xù)纖維以環(huán)氧樹脂等作為基底材料膠合后，但仍然處于研制與試驗(yàn)階段。用于預(yù)應(yīng)力砼的纖維增強(qiáng)塑料筋 （GFRP ）、碳纖維（CFRP ）和芳綸纖維（AFRP ），其由多股 ，經(jīng)過特制的模具擠壓，拉拔成型。塑料筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線沒

17、用條件屈服點(diǎn)而直到拉斷都呈線彈性，它們的彈性模量僅為 50150 GPa，而抗拉強(qiáng)度則接近于高強(qiáng)鋼絞線。纖維增強(qiáng)塑料筋與鋼材相比特點(diǎn)如下：抗腐蝕性能好，且為非磁性材料，熱膨脹系數(shù)低，能耗低，強(qiáng)度與質(zhì)量密度之比很高，約比鋼材高5倍，但它的缺點(diǎn)為價(jià)高，拉斷時(shí)應(yīng)變低，極限伸長率僅為2%3%，長期的靜力強(qiáng)度比 短期的低，尤以GFRP為甚，AFRP吸收水分后性能容易衰退。此主題相關(guān)圖片如下:弋曠bbs中齢 Lfth；WWW,RRTU.COM3.4.2環(huán)氧涂層鋼絞線環(huán)氧涂層鋼絞線，是在正常的裸鋼絞線表面上涂覆了有機(jī)環(huán)氧樹脂，涂層厚度為0.64mm1.4mm之間，涂層過薄，易受損傷，涂層過厚，則楔塊及錨具尺

18、寸將加大。涂層方法有兩種：一種是光滑型，另一種是表面沉砂型。光滑型有較低的粘結(jié)特性，用于無粘結(jié)后張?bào)w系，外部后張?bào)w系和斜拉索，表面沉砂型用于粘結(jié)先張法和后張法體系。目前,應(yīng)用的較多的其它鋼絞線是鍍鋅鋼絞線和外表環(huán)氧涂層鋼絞線，鍍鋅鋼絞線與環(huán)氧噴涂鋼絞線的主要區(qū)別是所用防腐材料與工藝不同，因而防腐效果與性能有所差別。3.4.3塑料管1985年在英國曾發(fā)生因預(yù)應(yīng)力腐蝕而引起的橋梁倒塌事故，此后，英國運(yùn)輸部決定19921996年暫停使用壓漿的后張法預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)，此決定引起國際上對預(yù)應(yīng)力砼耐久性的廣泛重視，英國做岀決定；后張預(yù)應(yīng)力筋必須密封在耐磨和防滲漏的塑料管中，以形成多層防護(hù)。在選擇預(yù)應(yīng)力鋼索管道

19、的壁厚和半徑時(shí)，必須考慮其 強(qiáng)度,耐久性、作業(yè)性、使用性能等，同時(shí)，在任何環(huán)境下，都不能與灌漿材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。它的基本特點(diǎn)：耐腐蝕性好、強(qiáng)度高、不導(dǎo)電等4 結(jié)語經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計(jì)、施工總體技術(shù)已接近世界水平。近年來，隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的投資加大，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在公路橋梁結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用更為廣泛，同時(shí),預(yù)應(yīng)力技術(shù)本身也在不斷向前發(fā)展，各種預(yù)應(yīng)力體系更加完善，我們憑借現(xiàn)代材料科學(xué)的發(fā)展，高強(qiáng)、超 高強(qiáng)混凝土技術(shù)的應(yīng)用，加上高強(qiáng)鋼筋的開發(fā)，將大力推動(dòng)重量輕，跨度大、承載力大、延性好的橋梁結(jié)構(gòu)的 建造。參考文獻(xiàn):1陳惠玲.高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工實(shí)例應(yīng)用手冊M.北京：中國建筑工業(yè)出版社

20、，1997.2林太珍，饒斌，夏靖華，陳惠玲.高效預(yù)應(yīng)力混凝土工程實(shí)踐M.北京：中國建筑工業(yè)岀版社，1993.3杜拱辰，米祥 友.世紀(jì)之交的預(yù)應(yīng)力新技術(shù)M.北京:專利文獻(xiàn)出版社，1998.4中國科學(xué)技術(shù)咨詢服務(wù)中心預(yù)應(yīng)力技術(shù)專 家組、中國科學(xué)技術(shù)咨詢服務(wù)中心預(yù)應(yīng)力技術(shù)聯(lián)絡(luò)網(wǎng).預(yù)應(yīng)力工程實(shí)例應(yīng)用手冊M.北京：中國建筑工業(yè)出版社,1996.5陳肇元朱金銓，吳佩剛.高強(qiáng)混凝土及其應(yīng)用M.北京清華大學(xué)出版社，1992.6劉效堯侏新 實(shí).預(yù)應(yīng)力技術(shù)及材料設(shè)備M .北京：人民交通出版社，2000.7馮乃謙.高性能砼M .北京沖國建筑工業(yè)出 版社,1996.8馮乃謙邢峰.高性能砼技術(shù)M .北京:原子能出版社,

21、2000. Theapplicationo fhighefficientprestressstructureinthebridgeengineeringMAYa li , MAZhi yong , WANGDong wei (Zhengz houUniversity ,Zhengzhou 450002, China ) Abstract : Withthe constructionoflargespanbridge , high strengthconcretesandwire , low relaxationstrandsarewidelyuse d . Thispaperstatesofthedevelopmentandapplicatio nprospectofhighstrengthconcreteandwire, strandandpre st