健康監(jiān)測在橋梁工程中的應(yīng)用

健康監(jiān)測在橋梁工程中的應(yīng)用健康監(jiān)測在橋梁工程中的應(yīng)用健康監(jiān)測在橋梁工程中的應(yīng)用V:1.0精細整理，僅供參考健康監(jiān)測在橋梁工程中的應(yīng)用日期：20xx年X月健康監(jiān)測在橋梁工程中的應(yīng)用中國橋梁建設(shè)取得的成就 作為四大文明古國的一員，中國有著極其悠久和燦爛的文化。在橋梁工程領(lǐng)域，我國在周秦時期，梁索浮三種橋型就已經(jīng)基本具備；兩漢時期，以棧橋建設(shè)為主；隋唐時期，技術(shù)日益成熟，達到飛躍；兩宋時期，全面開展，大規(guī)模進行；元明清時期，日趨鼎盛，清朝中后期技術(shù)開始落后。與同期世界水平相比，我國在相當(dāng)長的歷史時間內(nèi)一直處于世界先進水平，建造了無數(shù)的各式橋梁，并有大量的優(yōu)秀作品傳世至今。始建于公元605－616年的趙州橋，不僅是我國而且也是世界上現(xiàn)存最早、保存最完整的空腹式石拱橋，對世界后代的橋梁建筑有著十分深遠的影響。它橫跨于趙縣洨河之上，是一座大拱兩端疊加分流用小拱的敞肩單孔弧形石橋，由28道石拱券縱向并列砌筑而成，其建筑結(jié)構(gòu)之奇特，自古有“奇巧固護，甲于天下”的美稱，1991年，趙州橋被美國土木工程師學(xué)會選定為世界第十二處“國際土木工程歷史古跡”。有著“世上無橋長此橋”美譽的安平橋建于800多年前的南宋時期，全長兩千多米，不僅是我國最長的石梁橋，也是世界上最長的石梁橋。另外還有位列中國三大古代名橋之首盧溝橋；在世界造橋史上開創(chuàng)性采用筏型基礎(chǔ)及種蠣固基的洛陽橋（又稱萬安橋）；跨徑達到103米的瀘定橋；作為中國乃至世界上最早的一座開關(guān)活動式大石橋的廣濟橋等等。時值近代錢塘江大橋，武漢長江大橋，南京長江大橋吹響了我國向現(xiàn)代化橋梁大國進軍的號角。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2009年底，我國已建成公路、鐵路、公鐵兩用橋梁總數(shù)已達60余萬座，僅在長江、黃河上就有250余座。其中，長江及其支流沱沱河、通天河、金沙江上有近130座，黃河上有120余座。在已建成的斜拉橋、懸索橋、拱橋、梁橋中，分別位居世界同類型橋梁跨徑排行榜前十名之列的有24座，占60％。其中：斜拉橋6座，蘇通長江大橋(主跨1088m鋼箱)、香港昂船洲大橋(主跨1018m分離鋼箱)分別位居第一、第二；懸索橋4座，舟山西堠門大橋(主跨1650m分體式鋼箱;為世界首座)、潤揚長江大橋(主跨1490m鋼箱)分別位居第二、第四；拱橋8座，重慶朝天門長江大橋(主跨552m連續(xù)鋼桁系桿拱)、上海盧浦大橋(主跨550m鋼箱提籃系桿拱)分別位居第一、第二；梁橋6座，重慶石板坡長江大橋(主跨330m鋼—混凝土混合剛構(gòu)—連續(xù))位居第一。跨海橋梁中的寧波杭州灣大橋總長36Km，為跨海橋梁世界之最；東海大橋總長32．5Km；舟山大陸連島工程總長；上海長江隧橋工程———南隧北橋，隧道長度8．9Km、橋長，為世界迄今為止最大的隧橋結(jié)合工程。不管什么形式的橋梁，其基本材料大多可歸為石材，木材，混凝土，鋼材等類型，而這些材料在耐久性方面均存在不同程度的問題，需要給予特別關(guān)注。所以隨著我國橋梁建設(shè)高潮的來臨，對重要橋梁運營狀況進行實時監(jiān)測顯得愈發(fā)迫切，加上國際橋梁領(lǐng)域最新發(fā)展動態(tài)的引導(dǎo)，橋梁健康監(jiān)測日益成為國內(nèi)發(fā)展的一大熱點。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展簡介雖然健康監(jiān)測是最近一二十年才興起的一個技術(shù)方向，但追尋歷史我們發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)監(jiān)測概念古已有之：在中國，古塔上通常安裝有各種各樣的鈴鐺，而這些鈴鐺就兼具結(jié)構(gòu)強烈晃動時提醒游人撤離的預(yù)警功能。另外，中國的監(jiān)測傳感技術(shù)也源遠流長：漢代的古籍中就有大氣溫度和風(fēng)速風(fēng)向測量的記載。而1969年，Lifshitz和Rotem所寫的論文則被視為闡述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測理念——通過動力響應(yīng)監(jiān)測評估結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)——的第一篇論文；由此，橋梁健康監(jiān)測在世界范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展起來。在工程領(lǐng)域：1987年，英國在總長522m的三跨連續(xù)鋼箱梁橋Foyle橋上布設(shè)傳感器監(jiān)測大橋運營階段在車輛與風(fēng)載作用下主梁的振動、撓度和應(yīng)變等響應(yīng)，該系統(tǒng)是最早安裝的較為完整的健康監(jiān)測系統(tǒng)之一。挪威的Skamsundet斜拉橋，丹麥的Faroe跨海斜拉橋和主跨1624m的GreatBeltEast懸索橋，加拿大的Confederation連續(xù)剛構(gòu)橋，日本的明石海峽大橋等大跨橋梁上也相繼安裝了監(jiān)測系統(tǒng)；1997年，香港的青馬大橋、汲水門大橋和汀九大橋等三座大橋上安裝了風(fēng)和結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)。隨后，內(nèi)地的東海大橋、虎門大橋、徐浦大橋、江陰長江大橋等橋梁上也建立了不同規(guī)模的結(jié)構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)。在學(xué)術(shù)領(lǐng)域：1988年在日本東京舉行的第九屆世界地震工程會議（9WCEE)上，首次在國際范圍內(nèi)討論土木工程主動控制。1994年，國際結(jié)構(gòu)控制學(xué)會（IASC)正式成立，同年召開第一屆國際結(jié)構(gòu)控制會議（1stWorldConf.onStructuralControl）。為了應(yīng)對形勢發(fā)展的需要，2006年以后，國際結(jié)構(gòu)控制學(xué)會（IASC)會議改名為國際結(jié)構(gòu)控制與監(jiān)測會議（WorldConf.onStructuralControlandMonitoring）。健康監(jiān)測主要研究進展綜合橋梁健康監(jiān)測的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀來看，主要有以下技術(shù)難題和研究進展：第一，健康監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計。健康監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計原則包括以下幾項：（1）根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)易損性分析的結(jié)果及養(yǎng)護管理的需求進行監(jiān)測點的布設(shè)；（2）從結(jié)構(gòu)安全性、耐久性、使用性的需求出發(fā)對結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測，采用實時監(jiān)測和定期監(jiān)測相結(jié)合的方法，力求用最少的傳感器和最小的數(shù)據(jù)量完成工作；（3）以結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測為主，以力、應(yīng)力、模態(tài)分析為輔助。監(jiān)測內(nèi)容主要是荷載源、系統(tǒng)特性和結(jié)構(gòu)響應(yīng)。目前對于健康監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計更主要的是基于經(jīng)驗和項目經(jīng)費的限制來確定傳感器系統(tǒng)得設(shè)計，而沒有一種確定性標(biāo)準(zhǔn)來進行傳感器系統(tǒng)的設(shè)計，同時對需要通過健康監(jiān)測系統(tǒng)獲得哪些能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的狀態(tài)評估發(fā)揮關(guān)鍵作用的數(shù)據(jù)還沒有明確的方法。第二，傳感傳輸技術(shù)。傳統(tǒng)傳感測試技術(shù)易受干擾、傳輸導(dǎo)線過長等缺點已不再滿足橋梁健康監(jiān)測的發(fā)展要求，加上現(xiàn)代科技支撐，近年來發(fā)展起來了許多新型的傳感技術(shù)，其中以光纖傳感、無線傳感、GPS技術(shù)和Internet數(shù)據(jù)通信技術(shù)為主要技術(shù)代表。關(guān)于傳感器優(yōu)化布置的問題也愈發(fā)引起人們的關(guān)注，傳感器的類型、數(shù)量和布置位置對監(jiān)測效果有著非常大的關(guān)系，客觀條件中傳感器的數(shù)量總是有限的，如何將有限的傳感器合理布置以發(fā)揮其最大的效用是是健康監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是以后大力發(fā)展的方向之一。第三，數(shù)據(jù)融合技術(shù)。多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)以其強大的時空覆蓋能力和對多源不確定性信息的綜合處理能力,可以有效地進行結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的監(jiān)測和診斷。目前已經(jīng)發(fā)展起來的數(shù)據(jù)融合技術(shù)主要有：加權(quán)平均、卡爾曼濾波、貝葉斯估估計、統(tǒng)計決策理論、證據(jù)理論、模糊推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)有健康監(jiān)測系統(tǒng)多停留在數(shù)據(jù)采集和簡單數(shù)據(jù)分析階段，同時橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)會產(chǎn)生大量測試數(shù)據(jù),對這些測試數(shù)據(jù)與信息進行整合與解釋，以及對結(jié)構(gòu)真實狀態(tài)的進行合理評估仍存在很大困難。第四，系統(tǒng)與損傷識別理論研究。目前主要的研究方法有基于振動的結(jié)構(gòu)損傷識別方法和模型修正方法。結(jié)構(gòu)損傷識別作為結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估的重要組成部分，是近年來健康監(jiān)測方向的研究熱點之一，出現(xiàn)了如基于結(jié)構(gòu)頻率、位移模態(tài)、應(yīng)變模態(tài)、曲率模態(tài)、應(yīng)變能、剛度、柔度、能量法、頻響函數(shù)等一系列損傷識別方法。而模型修正方法主要是基于運動方程、測試結(jié)果和有限元模型構(gòu)造約束優(yōu)化問題不斷修正結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量和阻尼分布，使其響應(yīng)盡可能的接近實際響應(yīng)。結(jié)構(gòu)的模型修正能夠為健康監(jiān)測提供基準(zhǔn)模型，同時也為基于測試結(jié)果的反演進行結(jié)構(gòu)損傷識別和性能模擬提供了很好的基礎(chǔ)。第五，結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評估。結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法主要是運用可能獲得的反映結(jié)構(gòu)性能的內(nèi)部信息對結(jié)構(gòu)的施工運營等工作狀態(tài)進行評估，目前主要有可靠度理論、層次分析法、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng)等。健康監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估需要從結(jié)構(gòu)監(jiān)測的大量數(shù)據(jù)中提取能夠反映結(jié)構(gòu)特性的特征，以完成對結(jié)構(gòu)實時和定期的評估，而這其中必然會涉及到結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的特征提取、數(shù)據(jù)融合及性能決策等方面，但目前這個方面所作的工作較少。橋梁健康監(jiān)測實例---東海大橋東海大橋工程2002年6月26日正式開工建設(shè)，歷經(jīng)35個月的艱苦施工，于2005年5月25日實現(xiàn)結(jié)構(gòu)貫通，是我國第一座真正意義上的跨海大橋。東海大橋起始于上海南匯區(qū)蘆潮港，北與滬蘆高速公路相連，南跨杭州灣北部海域，直達浙江嵊泗縣小洋山島，全長約公里，其中陸上段約公里，蘆潮港新大堤至大烏龜島之間的海上段約公里，大烏龜島至小洋山島之間的港橋連接段約公里。大橋按雙向六車道加緊急停車帶的高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，橋?qū)捗?，設(shè)計車速每小時80公里，設(shè)計荷載按集裝箱重車密排進行校驗，可抗12級臺風(fēng)、七級烈度地震，設(shè)計基準(zhǔn)期為100年。東海大橋是上海國際航運中心洋山深水港區(qū)一期工程的重要配套工程，為洋山深水港區(qū)集裝箱陸路集疏運和供水、供電、通訊等需求提供服務(wù)。東海大橋的建成通車，為洋山深水港建成開港和進一步發(fā)展，加快上海國際航運中心的建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。東海大橋當(dāng)時被上海市政府列為“一號工程”，其重要性不言而喻，在進行結(jié)構(gòu)建設(shè)的同時，健康監(jiān)測系統(tǒng)的布設(shè)也提上了日程。2006年10月，東海大橋的監(jiān)測系統(tǒng)順利布置到位，并于2007年正式投入使用。東海大橋的監(jiān)測內(nèi)容主要是環(huán)境參數(shù)，結(jié)構(gòu)靜力和動力響應(yīng)和結(jié)構(gòu)的耐久性。其中環(huán)境參數(shù)主要包含風(fēng)速，地震，波浪和沖刷等，結(jié)構(gòu)響應(yīng)主要監(jiān)測內(nèi)容包括斜拉橋橋塔的變形，連續(xù)梁的撓曲，阻尼器和伸縮縫的變形，主梁的損傷，主梁和塔的振動以及斜拉索的應(yīng)力。結(jié)構(gòu)的耐久性監(jiān)測包含鋼結(jié)構(gòu)的疲勞和混凝土結(jié)構(gòu)的慢性腐蝕。東海大橋上使用的基本監(jiān)測手段有：用FBG傳感器測量應(yīng)力和溫度；用GPS監(jiān)測結(jié)構(gòu)變形；用疲勞傳感器測量橋梁主梁的疲勞。全橋一共使用了478個傳感器，包括使用在主跨上的169個。數(shù)據(jù)評價體系分為聯(lián)網(wǎng)評估和脫機評估。聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測是一種自動監(jiān)測系統(tǒng)，這一系統(tǒng)不僅可以判斷結(jié)構(gòu)的安全性，還可以進而對采集的數(shù)據(jù)進行分析。自動監(jiān)測系統(tǒng)還可以自動決定是否需要向管理者預(yù)警并立即開始脫機評估。脫機評估系統(tǒng)可以進行一些更加高級的分析，比如結(jié)構(gòu)靜力分析，模態(tài)分析，橋梁力學(xué)行為和環(huán)境因素的校正分析等等。這一系統(tǒng)需要大量的結(jié)構(gòu)分析并由專家進行判斷進而對橋梁的狀態(tài)給出一個全面的評估。橋梁結(jié)構(gòu)的監(jiān)測數(shù)據(jù)不僅包含正常運營狀態(tài)，還包括在極端荷載（比如臺風(fēng)，地震，爆炸，船撞等）下的橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)。得到大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)以后，需要對其進行更多的深入分析和整理，首先區(qū)分出數(shù)據(jù)中的哪些部分是由于環(huán)境改變引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，哪些又是由于結(jié)構(gòu)破壞產(chǎn)生的等，然后通過圖表等形式把數(shù)據(jù)中蘊含的內(nèi)在規(guī)律及變化情況表現(xiàn)出來，再對結(jié)構(gòu)的整體狀況進行評估。引言預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁自出現(xiàn)以來的每次重大技術(shù)發(fā)展，都和材料、結(jié)構(gòu)體系和施工工藝等創(chuàng)新密切聯(lián)系在一起，它們相互促進不斷發(fā)展：預(yù)應(yīng)力材料高強、高性能及輕質(zhì)混凝土技術(shù)發(fā)展，使混凝土受力性能改善、耐久性提高、澆筑更方便，也使預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)自重荷載下降。高強、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼材發(fā)展，使預(yù)應(yīng)力混凝土的效率大大提高，也促進了預(yù)應(yīng)力器具和設(shè)備發(fā)展纖維增強聚合物預(yù)應(yīng)力筋技術(shù)發(fā)展，使預(yù)應(yīng)力筋兼輕質(zhì)、高強、耐腐蝕、耐疲勞、非磁性等優(yōu)點于一體，一些鋼材難以克服的弱點得到消除，將預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁帶入了一個嶄新的發(fā)展領(lǐng)域。預(yù)應(yīng)力材料利用現(xiàn)代傳感和通訊等技術(shù)的智能化預(yù)應(yīng)力混凝土材料，不間斷監(jiān)視結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)、生命軌跡，將對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁健康、安全運行提供有利保障。預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)體系部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，兼有預(yù)應(yīng)力和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，克服了全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的缺點無粘結(jié)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，消除了后張預(yù)應(yīng)力筋管道的壓漿，降低了預(yù)應(yīng)力摩阻損失。預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)體系雙向預(yù)應(yīng)力、預(yù)彎預(yù)應(yīng)力體系是預(yù)應(yīng)力概念的新發(fā)展，它們使結(jié)構(gòu)的高跨比顯著減小，滿足了一些特殊的使用要求體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，構(gòu)造簡化、補索方便、施工簡單，維護方便、總體經(jīng)濟性優(yōu)越，逐步成為在經(jīng)濟、施工質(zhì)量和安全性方面最有競爭力的方案。預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)體系鋼—混凝土組合式預(yù)應(yīng)力橋梁，利用鋼腹、預(yù)應(yīng)力混凝土頂板與底板在受力、構(gòu)造及施工等方面的優(yōu)點，成為預(yù)應(yīng)力橋梁一種新的發(fā)展方向。預(yù)應(yīng)力橋梁施工技術(shù)節(jié)段施工法使大跨徑橋梁輕松跨越深險的江海和山谷，通過分段施工、預(yù)應(yīng)力逐段連續(xù)，最終形成結(jié)構(gòu)整體利用現(xiàn)代化設(shè)備，橋梁采用標(biāo)準(zhǔn)化分段、系列化預(yù)制方法，使其適合不同跨徑組合的要求，大大提高了施工速度，并對環(huán)境的不利影響降低到最小程度。預(yù)應(yīng)力橋梁施工技術(shù)通過預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展起來頂推施工法、轉(zhuǎn)體施工法分別適用于不同的橋型結(jié)構(gòu)。一、預(yù)應(yīng)力混凝土材料(一)混凝土材料1.高性能混凝土HPC（HighPerformanceConcrete）高性能混凝土含有三種關(guān)鍵摻料：極細顆粒的硅灰、飛灰、粒狀高爐堿礦渣，以此達到填充、潤滑及增強的作用。高性能混凝土具有很多優(yōu)良的特點：易澆筑、易密實、不離析；高早強、韌性好、低徐變、耐疲勞；高密水、耐磨損、抗化蝕；實用強度可達100MPa。其中高強并不是混凝土的唯一指標(biāo)，另外有一系列的質(zhì)量要求，比如：自密實，水灰比小于，28天收縮小于2×10-4和56天設(shè)計強度達到60～100MPa等。高性能混凝土應(yīng)用研究課題主要在于混凝土材料力學(xué)性能，設(shè)計有效應(yīng)變和徐變、收縮等。2.活性粉混凝土RPC（ReactivePowderConcrete）活性粉混凝土現(xiàn)在還處于研究階段，主要成分包含：水泥，硅灰，石英粉，硅砂，細鋼纖維等。同時具有以下優(yōu)良特性：強度200~800MPa，實用150MPa以上，優(yōu)良的韌性、抗疲勞性，較高的彎拉強度，抗循環(huán)凍融、鹽、碳酸化作用性和長壽命、低維護費等。3.輕質(zhì)混凝土LWC（LightweightConcrete）限制混凝土橋梁跨徑增大的一個關(guān)鍵因素就是自重過大。為此，輕質(zhì)混凝土應(yīng)運而生，它的骨料容重為14~19kN/m3，同時強度與一般混凝土相當(dāng)，可大大提高混凝土橋梁的極限跨徑，國內(nèi)已有這一類型的實驗橋誕生。綠色環(huán)?；炷帘M可能少地采用水泥熟料，更多地采用工業(yè)廢渣，大大減少二氧化碳的排放量綠色環(huán)?；炷潦腔炷涟l(fā)展方向?；炷敛牧习l(fā)展預(yù)測（2050年左右將出現(xiàn)替代混凝土的新材料）結(jié)合當(dāng)今科技和工程實踐的發(fā)展來看：5年后人類將開發(fā)出能適合高寒和高熱地區(qū)施工的混凝土，商品混凝土將分為高、中、低流動性三類；10年后可以向混凝土中加入或表面粘貼特殊材料，使其隨時顯示應(yīng)力狀態(tài)的變化彩圖，開發(fā)彩色高強混凝土，并實現(xiàn)化學(xué)預(yù)應(yīng)力的實用化；25年后開發(fā)半透明混凝土，以方便施工與管理，普遍采用彩色高強混凝土；50年后開發(fā)出適應(yīng)地球溫暖化的熱電轉(zhuǎn)化混凝土，并開發(fā)出在地震中能大變形，但震后能恢復(fù)原狀的形狀記憶混凝土，無徐變、收縮的混凝土得到實際應(yīng)用，同時出現(xiàn)水泥混凝土的替代材料；100年后開發(fā)出能使新澆混凝土保持良好和易性的時間設(shè)定裝置或材料；開發(fā)出能與鹽份反應(yīng)后形成保護膜從而提高耐久性的材料；開發(fā)通過分子間張拉技術(shù)在水泥分子之間施加預(yù)應(yīng)力的超高抗拉混凝土。(二)預(yù)應(yīng)力材料1.預(yù)應(yīng)力鋼筋正在研發(fā)的預(yù)應(yīng)力鋼筋各項性能均有不同程度的提高，比如：熱鍍鋅鋼絲強度達2000MPa級，鋼絞線強度達2300MPa級，且其它性能指標(biāo)不低于現(xiàn)有材料，與之配套的錨固體系也在加緊研制之中。另外還有高抗腐蝕高強鋼絞線，主要用于斜拉索；將鋼絞線鍍鋅－鋁（5％），抗腐、錨固性能將明顯好于鍍鋅鋼絞線；采用不銹鋼絞線，也能達到良好的抗腐效果。對鋼絞線進行環(huán)氧涂覆也能達到很好的技術(shù)效果，根據(jù)涂覆方式的不同可分為單絲涂覆式和整體涂覆式兩種。其中，單絲涂覆的工藝主要是：除銹—>單絲涂覆—>重新絞合；整體涂覆式的工藝主要為：除銹—>整體涂覆—>（涂砂）。經(jīng)過環(huán)氧涂覆，可以大大提高鋼絞線的耐久性能，但也存在一定的技術(shù)缺陷，比如：錨具錨固回縮量大，預(yù)應(yīng)力松弛大，粘結(jié)錨固與傳遞長度大等。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的開發(fā)將大大方便預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的施工。運用這一技術(shù)，預(yù)應(yīng)力張拉后在常溫下經(jīng)過特定時間，樹脂能自動硬化，并達到設(shè)計強度，具有防腐性好、免壓漿、施工方便等技術(shù)優(yōu)勢。2.纖維增強聚合物FRP筋（FibreReinforcedPloymerTendon）常用的FRP材料包含：碳纖維CFRP（CarbonFibreReinforcedPloymer），芳綸纖維AFRP（AramidFibreReinforcedPloymer）和玻璃纖維GFRP（GlassFibreReinforcedPloymer）FRP筋具有優(yōu)良的力學(xué)性能，將FRP預(yù)應(yīng)力筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋對比可以發(fā)現(xiàn)：FRP筋強度—質(zhì)量比為鋼材的5倍，疲勞應(yīng)力幅為鋼材的3倍（GFRP外），抗腐性能好、非磁性、非導(dǎo)電、熱膨脹系數(shù)小。同時也存在一定的局限性：極限延伸率低，破壞呈脆性；抗剪強度為鋼材的1/5~1/4；靜載長期與短期強度的比值低；FRP預(yù)應(yīng)力筋錨具也更為復(fù)雜，需專門設(shè)計。FRP預(yù)應(yīng)力體系的研究課題主要分為以下幾個方面：材料短期和長期性能；粘結(jié)性能、物理性能；疲勞性能、耐久性等；FRP預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)性能和錨具及體外FRP索的應(yīng)用技術(shù)。3.預(yù)加應(yīng)力材料發(fā)展預(yù)測（2025年前高強、高耐久鋼材將有新發(fā)展）5年后，六角形套管和六角形預(yù)應(yīng)力鋼絞線組合，提高管道空隙，改善灌漿充實度；10年后，將開發(fā)出替代鋼板的纖維增強塑料板，出現(xiàn)腹板為FRP的預(yù)應(yīng)力橋梁；25年后，開發(fā)出超高強極細的預(yù)加應(yīng)力材料，開發(fā)出能在混凝土澆筑后自應(yīng)力的張拉材料，無需施加預(yù)應(yīng)力；50年后，開發(fā)極薄自應(yīng)力張拉材料，能方便地粘貼在結(jié)構(gòu)表面進行修補，開發(fā)出網(wǎng)格狀的張拉材料，從而可以方便地施加空間預(yù)應(yīng)力，把形狀記憶合金作為施加預(yù)應(yīng)力的材料。(三)預(yù)應(yīng)力筋管道1.塑料波紋管塑料波紋管主要由高密度聚乙烯或聚丙烯制成，具有摩擦系數(shù)低（鋼絞線μ=~，鋼絲μ=~）；耐腐性好（防水、耐候、抗氧化及化蝕）；強度高、剛度大、成孔質(zhì)量好可彎性好（半徑）；重量輕，方便運輸和安裝；與混凝土粘結(jié)好；配套部件齊全等優(yōu)勢。2.體外索透明套管透明套管主要由離子鍵樹脂“HIMILAN”制成，透明度達85％（PVC為78％），可以目測檢查灌漿質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問題可以鉆孔補漿。將其用于箱梁內(nèi)，可以免受紫外線輻射影響；同時具有高抗堿、油污的性能；預(yù)應(yīng)力鋼絞線摩擦損失也小于普通（PVC）套管；另外還不含氯離子和塑化劑，為環(huán)保材料。3.管道灌漿材料發(fā)展預(yù)測5年后將開發(fā)出大張拉力、預(yù)灌漿、后粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力筋；開發(fā)出不取決于溫度的預(yù)灌漿后粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋；開發(fā)預(yù)涂在管道內(nèi)壁的呈粉末、固體、凝膠狀的灌漿基體材料，預(yù)應(yīng)力筋張拉后灌水即成完全填充的灌漿物二、預(yù)應(yīng)力橋梁體系(一)體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁1.標(biāo)準(zhǔn)化、系列化體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁發(fā)展的一個顯著特點就是標(biāo)準(zhǔn)化，系列化。主要表現(xiàn)在：標(biāo)準(zhǔn)化梁高、分段、系列跨徑；標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)應(yīng)力索構(gòu)造；工廠系列化生產(chǎn)；標(biāo)準(zhǔn)化裝配施工2.輕巧化輕巧化也是現(xiàn)代體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁發(fā)展的一大特色，具體表現(xiàn)有：構(gòu)造優(yōu)化，受力明確，高強薄壁和結(jié)構(gòu)輕巧等。3.新型化即出現(xiàn)了一種特殊的體外預(yù)應(yīng)力梁橋現(xiàn)實：部分斜拉橋，又稱矮塔斜拉橋。(二)鋼腹混凝土組合梁橋1.為解決混凝土腹板開裂的問題，提出了用鋼板來替換混凝土腹板方案。這一方案具有如下特點：結(jié)構(gòu)重量比PC橋梁減輕約30%；采用體外預(yù)應(yīng)力體系；鋼腹板受力優(yōu)于混凝土；收縮、徐變影響較大；鋼板受壓、加勁板較多2.波紋鋼腹板混凝土組合箱梁橋在鋼腹板混凝土組合箱梁橋的基礎(chǔ)上，為了減少腹板加勁，增強腹板穩(wěn)定性，方便頂?shù)装孱A(yù)應(yīng)力的施加，又發(fā)展出波紋鋼腹板的方案，這一方案具有如下特點：結(jié)構(gòu)重量比PC橋梁減輕約30%；體外預(yù)應(yīng)力體系；波紋腹板軸向剛度小、主要抗剪；收縮、徐變影響大大減?。讳摳拱宀辉O(shè)穩(wěn)定加勁板；聯(lián)結(jié)處構(gòu)造應(yīng)予重視。2.鋼桁腹混凝土組合箱梁橋結(jié)構(gòu)重量比PC橋梁減輕約30~40%體外預(yù)應(yīng)力體系桁腹軸向剛度可忽略、主要抗剪免除收縮、徐變帶來的危險裂縫加拿大魁北克Sherbrooke人行橋（L=60m）活性粉混凝土鋼桁腹組合結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力、無非預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)重量只有PC的1/2~1/3，與鋼結(jié)構(gòu)相差無幾在蒸汽養(yǎng)護條件下，活性粉混凝土強度達到200MPa，鋼管內(nèi)約束混凝土強度350MPa，材料抗壓等性能直逼鋼材?；钚苑刍炷僚浜媳扰淞系某煞輸?shù)量(1/m3)波特蘭水泥705kg硅粉230kg石英粉210kg硅砂1010kg鋼纖維190kg超塑劑kg水200lit水泥用量高水灰比低鋼纖維骨料瑞士近Baden的Baregg公路橋（+4×+(m)）鋼管桁梁、混凝土橋面板組合結(jié)構(gòu)橋面板體內(nèi)雙向預(yù)應(yīng)力體系結(jié)構(gòu)重量約PC的1/2鋼管桁梁分段預(yù)制、吊裝連接橋面板縱向一段(35t)預(yù)制、吊裝連接橫向每隔60cm設(shè)一根4φ預(yù)應(yīng)力鋼絞線，吊裝時張拉50%預(yù)應(yīng)力縱向預(yù)埋22根HDPE管，設(shè)22束7φ預(yù)應(yīng)力鋼絞線橋面板與桁梁聯(lián)成整體前先施加縱向預(yù)應(yīng)力結(jié)合縫隙內(nèi)壓漿防腐(三)鋼混凝土填充組合橋梁1.鋼管混凝土連續(xù)梁橋在中支點處鋼管填充混凝土在跨中段鋼管填充加氣混凝土鋼管強度充分發(fā)揮、延性好無加勁構(gòu)造，焊接量大減2.部分預(yù)應(yīng)力U形鋼混凝土連續(xù)梁橋鋼板冷加工彎折成U形少量加勁板，焊接量、成本大減中支點段填充混凝土中支點段橋面板內(nèi)設(shè)預(yù)應(yīng)力筋跨中段不填充混凝土3.鋼管混凝土斜拉橋分段填充一般、輕質(zhì)混凝土或不填混凝土靜力、動力性能良好用鋼量低于鋼箱梁，構(gòu)造簡單經(jīng)濟性優(yōu)于大跨鋼箱梁斜拉橋(四)預(yù)彎預(yù)應(yīng)力梁橋(四)預(yù)彎預(yù)應(yīng)力梁橋采用鋼梁預(yù)彎反彈作用施加預(yù)應(yīng)力建筑高度低（約為L/35）、剛度大無支架施工、吊裝重量小適合于低建筑高度的跨線、跨河橋、多層立交橋，以及軌道交通站臺橋梁等結(jié)構(gòu)日本建造的預(yù)彎預(yù)應(yīng)力橋已達幾百座，我國也在立交橋結(jié)構(gòu)中采用用于跨線公路橋用于跨線鐵路橋用于高架橋用于跨河橋用于軌道交通站臺橋梁等結(jié)構(gòu)(五)雙預(yù)應(yīng)力橋梁在混凝土的拉、壓區(qū)同時配置預(yù)拉和預(yù)壓預(yù)應(yīng)力筋、形成拉、壓雙向作用預(yù)應(yīng)力體系的結(jié)構(gòu)突破了單一在混凝土受拉區(qū)配置預(yù)拉預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計概念，使混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)加應(yīng)力的效率大為提高，也使預(yù)應(yīng)力技術(shù)獲得更大的發(fā)展空間(五)雙預(yù)應(yīng)力橋梁后壓預(yù)應(yīng)力工藝為了充分發(fā)揮鋼筋的強度，避免其在千斤頂?shù)捻攭合掳l(fā)生失穩(wěn)，同時保證鋼筋與混凝土的粘結(jié)力與孔道壓漿便利，預(yù)埋管道制作成沿縱向逐段正交變化的橢圓形截面(五)雙預(yù)應(yīng)力橋梁后壓預(yù)應(yīng)力工藝頂壓預(yù)應(yīng)力筋的錨固可采用兩種方式(五)雙預(yù)應(yīng)力橋梁先壓預(yù)應(yīng)力工藝采用先壓法的預(yù)壓應(yīng)力管為高強度合金無縫鋼管。因不可避免的偏心作用，鋼管預(yù)壓時將發(fā)生彎曲變形，依其長短不同而表現(xiàn)為剛性或柔性特點(五)雙預(yù)應(yīng)力橋梁先壓預(yù)應(yīng)力工藝預(yù)壓應(yīng)力管通過與混凝土之間的粘結(jié)作用實現(xiàn)錨固(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁20世紀(jì)80年代起，國際工程界開始將FRP材料用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁1980年第一座采用GFRP絞線的后張預(yù)應(yīng)力混凝土人行橋在德國建成1986年，第一座采用GFRP粗筋的后張預(yù)應(yīng)力混凝土公路橋也在德國建成1991年第一座采用GFRP絞線的后張預(yù)應(yīng)力混凝土公路橋也在德國建成(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁1988年第一座采用CFRP絞線的先張預(yù)應(yīng)力混凝土公路橋在日本建成1989年第一座采用CFRP粗筋的后張預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁也在日本建成1991年第一座采用CFRP絞線的后張預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在德國建成。(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁1990年第一座采用AFRP編織筋的先張預(yù)應(yīng)力混凝土公路橋、采用AFRP帶筋的后張預(yù)應(yīng)力混凝土人行橋均在日本建成同年及次年，采用AFRP粗筋的先張及后張預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁也在日本建成(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁作為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的預(yù)加應(yīng)力材料，CFRP材料具有更多的優(yōu)點美國第一座CFRP橋梁—密歇根州南菲爾德市（Southfield）布里奇街（BridgeStreet）橋，在2002年P(guān)CI設(shè)計獎的評選中贏得哈利.愛德華茲工業(yè)進步獎。(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁該橋由兩座平行的、跨越魯杰（Rouge）河的結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)A和結(jié)構(gòu)B）所組成。橋梁采用三跨斜交15°構(gòu)造，跨徑布置為＋＋，全長為62m橋梁結(jié)構(gòu)A上部結(jié)構(gòu)由5根等距布置的常規(guī)AASHTOⅢ型混凝土工字梁、現(xiàn)澆連續(xù)混凝土橋面板組成；結(jié)構(gòu)B由4個特別預(yù)制的預(yù)應(yīng)力混凝土雙T形簡支梁組成。(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁每根雙T形梁的縱向與橫向，均采用先張CFRP筋和后張CFRP絞線在橋面和梁肋內(nèi)的非預(yù)應(yīng)力筋由CFRP彎曲形絞線、直線筋、網(wǎng)格筋及不銹鋼箍筋構(gòu)成優(yōu)化橋梁的耐久性，實施對材料質(zhì)量進行復(fù)檢，取用高質(zhì)量混凝土和采用的金屬筋僅為不銹鋼材料(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加拿大HI（HollowcoreIncorporated）公司為這座橋梁提供了所有預(yù)制梁，施工期間美國伊利諾州斯科基施工技術(shù)實驗室對該橋安裝了長期監(jiān)測儀器南菲爾德市勞倫斯技術(shù)大學(xué)結(jié)構(gòu)試驗中心、加拿大溫澤大學(xué)對該橋進行了多方面的研究，從1/3縮尺的多組正交和斜交橋模型試驗中獲得大量數(shù)據(jù)(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁由于這種類型橋梁以前尚未建造過，早期通過測試系統(tǒng)與遙測方法對其各種關(guān)鍵參數(shù)進行識別是需要的梁的監(jiān)測是從其制造開始的，經(jīng)歷架設(shè)施工連續(xù)至以后5年。在這個過程的最后，將對采用CFRP材料橋梁的使用性能做出相應(yīng)結(jié)論(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在制造階段的預(yù)加應(yīng)力施工中，12根雙T形梁均被測試與監(jiān)測內(nèi)力與應(yīng)力。同時，在6根梁的內(nèi)部與外部設(shè)置了長期監(jiān)測傳感器大多數(shù)測試儀器在梁制造期混凝土澆筑前已安裝(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁先張CFRP預(yù)應(yīng)力筋非張拉端測力傳感器(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁先張CFRP預(yù)應(yīng)力筋埋入式鋼弦測力傳感器(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁后張體外CFRP預(yù)應(yīng)力絞線及錨固端傳感器(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁后張體外CFRP預(yù)應(yīng)力絞線的傳感器混凝土應(yīng)變傳感器設(shè)置(六)纖維增強預(yù)應(yīng)力混凝土