預(yù)應(yīng)力技術(shù)在混凝土橋梁中的應(yīng)用

1、預(yù)應(yīng)力技術(shù)在混凝土橋梁中的應(yīng)用1.工程背景本文爭論的依據(jù)橋型為冰冷地區(qū)雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁部分斜拉橋，連續(xù)剛構(gòu)體系，跨海大橋，其立體圖和平面圖如1.1、1.2 所示；圖 1.1斜拉橋立體圖2預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用圖 1.2 斜拉橋平面圖預(yù)應(yīng)力分為體內(nèi)預(yù)應(yīng)力和體外預(yù)應(yīng)力；體內(nèi)預(yù)應(yīng)力技術(shù)自從顯現(xiàn)后就不斷進展，目前已廣泛應(yīng)用到工程中，體外預(yù)應(yīng)力的興起，大大提高了結(jié)構(gòu)的耐久性； 體內(nèi)預(yù)應(yīng)力施工工藝又分為先張法和后張預(yù)應(yīng)力；2.1 先張預(yù)應(yīng)力先張預(yù)應(yīng)力體系所采納的預(yù)應(yīng)力筋，一般為高強粗鋼筋、 鋼絲、鋼絞線等，按直線或折線線形布置； 預(yù)應(yīng)力筋的錨固主要靠其端段與混凝土之間的粘結(jié)力實現(xiàn)的，其錨固長度大小與

2、混凝土強度和預(yù)應(yīng)力筋的種類有關(guān)；先張預(yù)應(yīng)力筋與混凝土的直接粘結(jié)作用，預(yù)應(yīng)力筋對混凝土結(jié)構(gòu)的力的作用及其作為構(gòu)件截面受力組成部分的作用，都是在預(yù)應(yīng)力筋放張的同時形成的； 這種直接粘結(jié)作用，更有利發(fā)揮預(yù)應(yīng)力筋的抗拉才能、限制混凝土裂縫進展；2.2 后張預(yù)應(yīng)力后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系是一種能夠在預(yù)制場或現(xiàn)場實現(xiàn)的預(yù)應(yīng)力體系；后張預(yù)應(yīng)力筋可以采納高強粗鋼筋、鋼絲束、鋼絞線束等，按直線或曲線線形布置在預(yù)留的孔道內(nèi)，預(yù)應(yīng)力筋的錨固主要靠專用的機械錨固裝置即錨具實現(xiàn)的；每根預(yù)應(yīng)力筋通常采納兩個錨具， 如兩個張拉端錨具或一個張拉端一個固定端錨具， 但在節(jié)段施工的結(jié)構(gòu)中， 可以通過連接器將前節(jié)段已錨固的張拉端錨具或

3、錨具前外伸預(yù)應(yīng)力筋的接長，形成一個中間固定端并延長預(yù)應(yīng)力筋；預(yù)應(yīng)力筋孔道打算了預(yù)應(yīng)力筋在構(gòu)件截面中的位置、 線形，其數(shù)量就由設(shè)計所需永久、 暫時及備用預(yù)應(yīng)力筋打算； 在預(yù)應(yīng)力筋孔道壓漿之前， 預(yù)應(yīng)力筋可以依據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求進行一次或多次張拉， 或作為一種暫時配置、 以后拆除的預(yù)應(yīng)力筋；后張預(yù)應(yīng)力筋的張拉表現(xiàn)為對混土結(jié)構(gòu)的力的作用， 而孔道壓漿后的預(yù)應(yīng)力筋就成為結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力截面的組成部分；2.3 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在工程中的應(yīng)用本工程為雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁部分斜拉橋，預(yù)應(yīng)力體系采納體內(nèi)和體外預(yù)應(yīng)力相結(jié)合的方法；基于本橋，施工采納懸臂施工，后張預(yù)應(yīng)力；主梁 縱向有預(yù)應(yīng)力供應(yīng)壓應(yīng)力抗擊主梁正彎矩引起的

4、拉應(yīng)力；主梁橫向和豎向也可能有預(yù)應(yīng)力筋的張拉， 提高截面剛度和抗剪才能； 在施工中每段澆筑過程中，為了固定截面位置可能會利用暫時預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)暫時張拉；矮塔斜拉橋中體外索， 即體外預(yù)應(yīng)力； 利用體外預(yù)應(yīng)力張拉， 由于主塔高度較矮，斜拉索傾斜角度較小， 張拉預(yù)應(yīng)力主要產(chǎn)生水平軸向力作用， 供應(yīng)軸向壓力，同時產(chǎn)生的豎向分力能平穩(wěn)一下自重， 削減了梁底緣的拉應(yīng)力； 這是矮塔斜拉橋的特點；本工程預(yù)應(yīng)力技術(shù)主要在以上所述中應(yīng)用；3預(yù)應(yīng)力的布置方式和結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點1）先張預(yù)應(yīng)力布置2）后張預(yù)應(yīng)力筋布置 后張預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件預(yù)應(yīng)力筋的布置由三個要素掌握：預(yù)應(yīng)力筋在梁彎矩掌握截面的位置、預(yù)應(yīng)力筋的錨固截面位置、

5、掌握截面至錨固截面之間預(yù)應(yīng)力筋的線形；預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在受力各階段都能滿意相應(yīng)階段應(yīng)力掌握要求的截面布筋范疇稱為索界，預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)掌握布置在索界內(nèi)； 對彎矩幅度較大的低高度構(gòu)件， 一般通過增大軸向預(yù)壓應(yīng)力克服彎曲拉應(yīng)力、提高混凝土標號以滿意承擔較大壓應(yīng)力的要求；預(yù)應(yīng)力筋在錨固截面的定位應(yīng)滿意構(gòu)造與受力要求，構(gòu)造要求是供應(yīng)預(yù)應(yīng)力筋張拉所需的工作間距，受力要求是合理分布集中錨固力、滿意錨固截面及錨固段的受力要求；為了削減預(yù)應(yīng)力筋在曲線孔道內(nèi)摩阻引起的預(yù)應(yīng)力缺失，預(yù)應(yīng)力筋的彎轉(zhuǎn)不宜過急、角度不應(yīng)大于20o，特別需要時也不應(yīng)大于30o3）結(jié)構(gòu)構(gòu)造與配筋設(shè)計方法（箱形梁）等高度梁適用于中、 小跨徑， 一般

6、跨徑在 5080 米以下， 變高度梁適用于大跨徑， 100 米以上 90%為變高度頂板滿意橫向抗彎及縱向抗壓要求一般采納等厚度，主要由橫向抗彎掌握;腹板主要承擔剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力一般采納變厚度腹板，靠近跨中處受構(gòu)造要求掌握，靠近支點處受主拉應(yīng)力掌握,需加厚；底板滿意縱向抗壓要求一般采納變厚度，跨中主要受構(gòu)造要求掌握（20cm ，支點主要受縱向壓應(yīng)力掌握，需加厚；橫隔板一般在支點截面或必要的截面設(shè)置橫隔板；4）截面布置方式對于箱梁，截面各部分因剪滯而產(chǎn)生相對縱向位移、不滿意平面截面假定， 截面縱向應(yīng)力分布不勻稱；因此，預(yù)應(yīng)力筋的布置在滿意截面構(gòu)造要求的同時， 尚應(yīng)留意的原就為：依據(jù)截面應(yīng)力分布情形

7、，在每個應(yīng)力分布較集中的范疇內(nèi)， 使預(yù)加力的合力線與截面應(yīng)力的合力線一樣；利用預(yù)加力的作用， 使截面在永久荷載下的應(yīng)力分布趨于勻稱；目的是使截面達到長期良好的受力狀態(tài)；縱向配筋布置墩頂斷面跨中斷面本橋為箱梁截面橋梁， 采納的配筋方式為上面所述基本一樣；縱向及跨中截面和墩頂截面都配置預(yù)應(yīng)力來加強結(jié)構(gòu)的強度；確保結(jié)構(gòu)的安全性；4.設(shè)計運算原理、運算方法初等梁理論的平面桿系法：簡化的運算. 可模擬各種暫時荷載、施工過程及體系轉(zhuǎn)換（各種約束）；. 可有效模擬預(yù)應(yīng)力的效應(yīng)變化；. 可處理混凝土的收縮徐變、溫度效應(yīng)等；. 不能處理橫向問題、有效分布（剪力滯、畸變等）；空間有限元法（可模擬施工過程、單一結(jié)構(gòu)

8、狀態(tài)）. midas, tdv, ansys 等. 施工階段模擬，成橋狀態(tài)分析，材料非線性、幾何非線性（p-效應(yīng)，拉索垂 度、大變形、混凝土開裂、靜力穩(wěn)固） ；3）結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)模擬方法爭論剛臂（多單元、桿件交叉固結(jié)剛體位移）剛桿（軸向剛度無限大）同位移約束（同一自由度的關(guān)聯(lián)約束）虛擬單元（運算模擬的需要）合龍過程5.施工期的施工技術(shù)和工藝本工程在施工方法上采納常規(guī)的掛籃施工現(xiàn)場澆筑方法，在施工期最重要的仍是施工監(jiān)控技術(shù)，因此施工監(jiān)控是施工過程中最重要的工藝和流程；5.1 混凝土橋梁施工掌握概念與目的1、橋梁施工掌握與設(shè)計、施工的關(guān)系橋梁施工掌握是設(shè)計的連續(xù)， 施工的宏觀掌握是施工質(zhì)量保證的一

9、環(huán)，結(jié)構(gòu)安全牢靠的最終“把關(guān)” ，也是施工方法和工藝等的指導(dǎo)和施工期結(jié)構(gòu)安全、結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)質(zhì)量的指導(dǎo)與檢驗；2、施工掌握的目的與任務(wù)滿意設(shè)計對成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形、橋梁結(jié)構(gòu)線形的抱負狀態(tài)的預(yù)期，確保施工期結(jié)構(gòu)的安全；3、施工掌握主要工作內(nèi)容結(jié)構(gòu)安全掌握；內(nèi)力掌握（應(yīng)力、應(yīng)變） ；結(jié)構(gòu)線形與撓度變形掌握（合龍） ；結(jié)構(gòu)穩(wěn)固掌握；5.2 橋梁施工掌握基本思路與技術(shù)1、挑選合理的掌握方法1）明白橋梁結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)體系特點；施工方法與工藝；2）清晰影響施工掌握的因素結(jié)構(gòu)參數(shù)（構(gòu)造尺寸、材料特性、彈模、容重、預(yù)應(yīng)力等）；施工工藝（如掛藍質(zhì)量） ；施工監(jiān)測；分析模型與運算技術(shù)；環(huán)境影響（溫度等）；施工

10、組織治理（進度、變更、事故） ；3）挑選掌握方法開環(huán)施工掌握適用于簡潔橋梁或非循環(huán)式施工橋梁（事后調(diào)整）反饋施工掌握適用于結(jié)構(gòu)參數(shù)比較穩(wěn)固的橋梁自適應(yīng)施工掌握參數(shù)識別修正法，適用于循環(huán)式施工橋梁目前尚沒有一種算法可直接用于施工掌握，掌握方法只是一種思路的應(yīng)用，應(yīng)依據(jù)結(jié)構(gòu)類型及施工技術(shù)而挑選適用合理的掌握方法；5.3 建立施工掌握系統(tǒng)1）施工掌握分析監(jiān)測系統(tǒng)（ 1）前期設(shè)計復(fù)核；（ 2）施工掌握仿真模擬結(jié)構(gòu)分析猜測掌握運算）；（ 3）現(xiàn)場結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)；（ 4）現(xiàn)場結(jié)構(gòu)分析、理論猜測預(yù)報及監(jiān)測成果分析系統(tǒng)2）施工掌握組織治理成立施工掌握小組；嚴格預(yù)報、分析流程；溝通、和諧暢通；5.4 施工掌握

11、仿真模擬結(jié)構(gòu)分析1、結(jié)構(gòu)設(shè)計 +施工方案確定成橋抱負狀態(tài)成橋抱負狀態(tài)是竣工時全橋應(yīng)有的滿意設(shè)計狀態(tài)的結(jié)構(gòu)外形和內(nèi)力狀態(tài)；施工階段的抱負狀態(tài)是施工各階段結(jié)構(gòu)應(yīng)有的位置和受力狀態(tài)，各施工階段抱負狀態(tài)打算全橋最終的線形與內(nèi)力狀態(tài)；2、制定施工步驟的掌握目標宏觀結(jié)構(gòu)空間位置（撓度變形、高程、平面位置、線形）；微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)力（應(yīng)變應(yīng)力等） ；精度誤差掌握；3、施工過程模擬分析正裝運算（按施工階段前后次序進行結(jié)構(gòu)分析、后一階段結(jié)構(gòu)分析建立在前一施工階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)的基礎(chǔ)上） ；倒裝運算（按正裝分析的逆過程、 對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行倒拆， 分析拆除一個施工階段對剩余結(jié)構(gòu)的影響） ；無應(yīng)力運算（用構(gòu)件或單元的無應(yīng)力長度和曲

12、率保持不變的原理進行結(jié)構(gòu)分析，一般適用于鋼橋的構(gòu)件預(yù)制，不能確定每個施工階段的狀態(tài)）；4、施工掌握分析手段運算程序：有限元國內(nèi)以平面桿系程序，初等梁理論為主，向空間析進展；國外 空間運算程序開發(fā)應(yīng)用較多； 結(jié)構(gòu)分析要求解決的技術(shù)因素：模擬施工構(gòu)件的安裝及拆除過程，單元的死活；結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換、約束條件的變化；各種線形預(yù)應(yīng)力 鋼筋的張拉過程； 不同預(yù)制齡期、 加載齡期下構(gòu)件的收縮徐變；結(jié)構(gòu)的非線性因素；溫度影響；5、掌握過程中誤差分析及參數(shù)識別（ 1）誤差實際狀態(tài)偏離抱負狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的實測值如標高與施工模擬理論運算值間的偏差； 分固定誤差（如重量） 、變動誤差（如測量）；誤差來源包括設(shè)計參數(shù)誤差（材料

13、截面的代表值或標準值） ；施工誤差（模板、千斤頂、孔道誤差等）；測量誤差（儀器精度、主觀）；結(jié)構(gòu)模擬運算模型（邊界、轉(zhuǎn)換） ；（ 2）主要設(shè)計參數(shù)及其對掌握結(jié)果敏銳分析主要設(shè)計參數(shù)：材料特性設(shè)計參數(shù)（實際與規(guī)范偏差）；截面特點參數(shù)；結(jié)構(gòu)體系及幾何構(gòu)造參數(shù)（跨徑、約束、結(jié)構(gòu)線形等）；時間參數(shù)（齡期、溫度場等） ；施工暫時、局部荷載（模板、風力等）（ 3）誤差分析與參數(shù)識別依據(jù)施工中的實測值， 與抱負狀態(tài)的誤差對比分析， 對主要設(shè)計參數(shù)進行誤差緣由分析，然后將修正過的設(shè)計參數(shù)反饋到掌握運算中，得到參數(shù)調(diào)整后重新運算的理論運算掌握值（變位、應(yīng)力等） ，使實測值與理論猜測值一樣，最終得到設(shè)計參數(shù)的正確

14、估量值，使結(jié)構(gòu)實際狀態(tài)與抱負狀態(tài)吻合；5.5 混凝土橋梁施工監(jiān)測目的與技術(shù)手段1、施工監(jiān)測目標變量與內(nèi)容：（ 1）標高激光束、連通管、gps、全站儀；（ 2）垂度激光束、全站儀；（ 3）索力（拉索、吊桿）隨機振動、磁通量法、光纖光柵、穿心式壓力環(huán)傳感器；（ 4）應(yīng)變鋼弦應(yīng)變計、差阻式應(yīng)變計、光纖光柵應(yīng)變計；2、材料特性試驗?zāi)Ａ?、容重，yyl 摩阻系數(shù)等；1）人工手動；測量變量人工收集、人工輸入分析；2）半自動監(jiān)測、自動應(yīng)答；自動接受，人工整理分析3）運算機全自動綜合監(jiān)測；6、預(yù)應(yīng)力的檢測，使用，愛護及耐久性能在預(yù)應(yīng)力施工張拉階段要嚴格掌握預(yù)應(yīng)力張拉大小，即張拉掌握應(yīng)力； 在預(yù)應(yīng)力缺失上可以采納超張拉， 對稱張拉等一些措施削減其缺失，從而保證預(yù)應(yīng)力大小，確保主梁底緣壓應(yīng)力的大小； 在矮塔斜拉索