橋梁預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁中的應(yīng)用摘要：基于橋梁結(jié)構(gòu)的特殊要求，介紹了相關(guān)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的主要特點(diǎn)以及預(yù)應(yīng)力技術(shù)在混凝土連續(xù)梁橋、斜拉橋、懸索橋、預(yù)彎預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋、橫張橋等橋梁結(jié)構(gòu)中的典型應(yīng)用情況；分析了橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，并指出隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的不斷發(fā)展，未來預(yù)應(yīng)力橋梁必將向更大跨、更重載、更耐久的方向發(fā)展，并且以可靠度基本理論應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)耐久性為出發(fā)點(diǎn)介紹了預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素并提出了耐久性極限狀態(tài)的基本含義及其在結(jié)構(gòu)耐久性研究中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力技術(shù)；耐久性；疲勞；發(fā)展；目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"目錄 2\o"CurrentDocument"1引言 3\o"CurrentDocument"2橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的特點(diǎn) 4\o"CurrentDocument"3預(yù)應(yīng)力橋梁耐久性極限狀態(tài)分析 63.1耐久性極限狀態(tài)的概念 63.2預(yù)應(yīng)力橋梁耐久性極限狀態(tài) 6\o"CurrentDocument"4預(yù)應(yīng)力施工存在的主要問題以及危害 64.1預(yù)應(yīng)力孔道的不規(guī)范施工 64.2預(yù)應(yīng)力張拉的不規(guī)范施工 64.3預(yù)應(yīng)力孔道的堵塞問題 74.4鋼絞線編束混亂 74.5鋼絞線編束混亂 84.6后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)孔道壓漿不密實(shí) 8\o"CurrentDocument"5相應(yīng)的施工政策 8\o"CurrentDocument"結(jié)語 10參考文獻(xiàn) 11引言二戰(zhàn)時(shí)期，由于大批房屋遭到破壞，需要在短時(shí)間內(nèi)修筑大量房屋居住，住宅產(chǎn)業(yè)化由此迅速興起，從法國到日本、加拿大、美國等各個(gè)國家，住宅產(chǎn)業(yè)化開始朝注重住宅功能和多樣化的工業(yè)化方向發(fā)展?，F(xiàn)今國內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)大部分設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，其較常見的結(jié)構(gòu)形式包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)等，其共同特點(diǎn)就是大部分構(gòu)件為現(xiàn)澆，只有少數(shù)比如門窗過梁等二次構(gòu)件采用了預(yù)制，預(yù)制混凝土構(gòu)件技術(shù)帶來了一個(gè)全新的課題，提出了在以上結(jié)構(gòu)形式中的建筑中包括外墻、樓梯、廚衛(wèi)間、梁板甚至柱子等構(gòu)件采用預(yù)先制成的構(gòu)件，在施工中拼裝到一起并做好節(jié)點(diǎn)處理，形成完整建筑的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的初步運(yùn)用階段是從預(yù)制構(gòu)件開始的，1891年巴黎公司巴瑞慈的俱樂部建筑中率先使用了預(yù)制混凝土梁。20世紀(jì)初，美國、德國等西方國家，開始建造由預(yù)制混凝土構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)。預(yù)制構(gòu)件在國內(nèi)起步較晚，預(yù)制構(gòu)件的技術(shù)應(yīng)用是在住建部“住宅產(chǎn)業(yè)化”命題提出后開始試點(diǎn)應(yīng)用，很多房地產(chǎn)企業(yè)開始試點(diǎn)預(yù)制構(gòu)件建筑進(jìn)行住宅產(chǎn)業(yè)化的研究，開發(fā)高端樓盤，比較典型的例子就是萬科和瑞安，萬科已將住宅產(chǎn)業(yè)化列入企業(yè)戰(zhàn)略任務(wù)，2007年11月，集合萬科工業(yè)化生產(chǎn)資源的第一個(gè)市場化項(xiàng)目“上海新里程”進(jìn)入市場，隨后其內(nèi)部進(jìn)行了萬科產(chǎn)業(yè)化預(yù)制混凝土培訓(xùn)，大規(guī)模建設(shè)預(yù)制構(gòu)件建筑加快住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展；瑞安天地作為港屬企業(yè)，對于預(yù)制構(gòu)件技術(shù)有一定的經(jīng)驗(yàn)，在武漢天地開發(fā)中，B地塊大量采用了預(yù)制件裝配式工藝，預(yù)制件主要分布在局部平窗、飄窗、陽臺、樓梯及女兒墻五個(gè)部位。預(yù)制混凝土技術(shù)作為住宅產(chǎn)業(yè)化的建筑生產(chǎn)方式，具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、降低成本等優(yōu)勢，發(fā)達(dá)國家中預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用密度也越來越大。例如：美國占百分之三十五，俄羅斯占百分之五十，歐洲占百分之三十五到四十。在預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)中，柱、梁、板、墻的連接方式是預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的根本區(qū)別、連接方式的不同導(dǎo)致了整體結(jié)構(gòu)性能的差異，因此，深入研究預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的連接對住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展有著重要意義。橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的特點(diǎn)基于橋梁結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)，其預(yù)應(yīng)力技術(shù)也有著鮮明的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）充分體現(xiàn)預(yù)應(yīng)力技術(shù)建造超大跨度結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。由于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)充分利用了高強(qiáng)度材料，所以構(gòu)件截面小，自重彎矩占總彎矩的比例也被大大減小，橋梁的跨越能力得到提高。目前，預(yù)應(yīng)力技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到各種形式的橋梁結(jié)構(gòu)中，以提高其跨徑。懸索橋是目前可以建造最大跨徑的橋梁結(jié)構(gòu)形式。未來的世界第一橋———意大利墨西拿海峽大橋（由于種種原因未能按照預(yù)期建設(shè)，意大利政府于2008年4月重新批準(zhǔn)修建墨西拿海峽大橋計(jì)劃）預(yù)計(jì)在2012年完成建設(shè)。按照設(shè)計(jì)方案，墨西拿海峽大橋的橋身長3690m,加上兩端的引橋，總長度為5070m。此外，還有四根長5300m的鋼索和兩座高達(dá)400m的塔（比埃菲爾鐵塔還高）。這兩座塔的整體結(jié)構(gòu)將聳立在距海平面65m處。大橋一旦建成,根據(jù)設(shè)計(jì)能力,每小時(shí)汽車的通行能力將達(dá)到4500輛,火車日通行量為200列。初步設(shè)計(jì)如圖1所示。墨西拿海峽大橋?qū)⒁宰疃叹嚯x連接西西里島和亞平寧半島上的卡拉布里亞區(qū),火車、汽車通過海峽僅需3min。該橋主跨3300m,建成后將超越目前世界第一大懸索橋一日本明石海峽大橋（主跨1991m），成為世界上跨度最大的懸索橋。[1]西酋里咼 卡拉布里亞圖1墨西拿海峽大橋（懸索橋）布置方案（單位:m）此橋采用4根主纜的預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng),由索股錨固拉桿構(gòu)造和預(yù)應(yīng)力鋼束錨固構(gòu)造組成，每對的兩根主纜間距1175m,每根主纜緊纜后直徑1024m。本橋的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)著預(yù)應(yīng)力技術(shù)在建造超大跨橋梁結(jié)構(gòu)的重要作用。（2）充分體現(xiàn)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)耐疲勞性能的優(yōu)勢。橋梁結(jié)構(gòu)是特殊結(jié)構(gòu)，在車輛等動荷載的作用下，結(jié)構(gòu)體不可避免地產(chǎn)生振動，易使結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞，從而影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。使用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)后，預(yù)應(yīng)力作用可以降低結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力循環(huán)幅度，進(jìn)而改善結(jié)構(gòu)受力情況，提高結(jié)構(gòu)抗疲勞性能。（3）預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù)與施工架設(shè)工藝融為一體。橋梁結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)既是一種結(jié)構(gòu)手段，又是與施工方法結(jié)合形成一整套以節(jié)段式施工為主體的預(yù)應(yīng)力施工方法，主要有預(yù)應(yīng)力懸臂分段施工技術(shù)、分段頂推施工技術(shù)、移動模架逐孔施工技術(shù)、塊體節(jié)段拼裝技術(shù)、大節(jié)段預(yù)制吊裝技術(shù)等。這些施工技術(shù)與預(yù)應(yīng)力技術(shù)是緊密相關(guān)的。預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用，不僅使剛橋采用的一些施工方法（如懸臂拼裝、頂推法和旋轉(zhuǎn)施工法）在預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋中得到新的發(fā)展與應(yīng)用，而且還為現(xiàn)代預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)提供了最有效的接合和拼裝手段。在工程中，根據(jù)需要可在結(jié)構(gòu)縱、橫以及豎向任意分段，施加預(yù)應(yīng)力，即可集成理想的結(jié)構(gòu)整體。此外還發(fā)展了逐段或逐孔現(xiàn)澆施工方法。這種分段現(xiàn)澆或分段預(yù)制拼裝的施工方法，國外統(tǒng)稱為節(jié)段施工法，用這種施工方法建成的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁統(tǒng)稱為預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段式橋梁。（4）便于采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在簡化橋梁施工方面的作用是十分明顯的，由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益也是十分可觀的。采用體外預(yù)應(yīng)力筋取消了繁雜的制孔、穿束和壓漿工序，簡化了施工工藝，加快了施工進(jìn)度。由于鋼束布置在體外，梁肋中不設(shè)管道，避免了截面削弱，有利于混凝土澆注，混凝土質(zhì)量從而可以得到保證。體外預(yù)應(yīng)力筋特別適用于大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的拼裝節(jié)段式施工，而取消孔道灌漿工序，則可實(shí)現(xiàn)全年施工，這對于寒冷地區(qū)的橋梁施工具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過加固和維修原有預(yù)應(yīng)力混凝土體內(nèi)配束橋梁，取得了很多用體外預(yù)應(yīng)力加固的經(jīng)驗(yàn)，使體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)成為舊橋加固的最積極有效的方法，而橋梁施工技術(shù)的發(fā)展也同時(shí)豐富了體外束的應(yīng)用。對于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，采用體外預(yù)應(yīng)力對受拉區(qū)進(jìn)行加固，可以抵消部分自重應(yīng)力，起到卸載的作用，從而能較大幅度地提高橋梁的承載能力。[2]預(yù)應(yīng)力橋梁耐久性極限狀態(tài)分析耐久性極限狀態(tài)的概念預(yù)應(yīng)力橋梁的耐久性極限狀態(tài)為構(gòu)件達(dá)到使用功能允許的限值狀態(tài)，橋梁的耐久性要求和正常使用功能要求是相一致的，結(jié)構(gòu)耐久性極限狀態(tài)的制定可以參考正常使用極限狀態(tài)的方法和內(nèi)容。當(dāng)構(gòu)件出現(xiàn)下列條件就可以認(rèn)為達(dá)到了耐久性極限狀態(tài)：外觀變形影響了正常使用，過大的變形可能導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的開裂，橋面積水等，給人的心理上造成不安全感；局部破壞影響了橋梁使用的耐久性，例如結(jié)構(gòu)開裂，裂縫寬度達(dá)到了限值規(guī)定，出現(xiàn)較大的振動或其他特定狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力橋梁耐久性極限狀態(tài)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性極限狀態(tài)有三種，當(dāng)鋼筋開始發(fā)生銹蝕的極限狀態(tài)，鋼筋發(fā)生適量銹蝕的極限狀態(tài)，混凝土表面有輕微損傷的極限狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力鋼筋處于高應(yīng)力狀態(tài)下，一旦發(fā)生應(yīng)力腐蝕，后續(xù)的應(yīng)力失效會給結(jié)構(gòu)耐久性帶來巨大的隱患。普通鋼筋的銹蝕導(dǎo)致外觀損壞也會造成耐久性的下降，所以耐久性的極限狀態(tài)為預(yù)應(yīng)力鋼筋初銹，普通鋼筋保護(hù)層開裂和預(yù)應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致截面受力開裂三個(gè)階段。預(yù)應(yīng)力施工存在的主要問題以及危害4.1預(yù)應(yīng)力孔道的不規(guī)范施工使用后張發(fā)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工時(shí)，通常使用的是預(yù)埋金屬波紋管或者是塑料波紋管的方式進(jìn)行成孔。預(yù)應(yīng)力技術(shù)的施工過程中，波紋管的定位鋼筋擺放位置的不準(zhǔn)確性以及擺放間距的不定性都會導(dǎo)致定位鋼筋與實(shí)際設(shè)計(jì)有著一定偏差。再加上混凝土的攪拌以及振搗過程中一些不定的人為影響，均會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力孔道與原設(shè)計(jì)出現(xiàn)一定的偏離。另外，錨具的隨意擺放、錨固不牢固也同樣會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力施加的作用點(diǎn)位置與原設(shè)計(jì)出現(xiàn)不符，最終導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力與設(shè)計(jì)值出現(xiàn)了一定偏差。[3]預(yù)應(yīng)力張拉的不規(guī)范施工（1）進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工過程中，由于所使用的機(jī)具使用不規(guī)范，如張拉用油泵的壓力變指示有所偏差、張拉油頂與油表的不合理配套導(dǎo)致張拉設(shè)備的準(zhǔn)確度與可靠度影響、張拉預(yù)應(yīng)力的施加控制有所偏差、張拉機(jī)具的標(biāo)定有所偏差等，這些都會直接導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力張拉的不規(guī)范施工，導(dǎo)致梁體的下?lián)吓c開裂。（2）進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉過程中，張拉所需要控制的一些基本參數(shù)都是通過人工來標(biāo)定的，如張拉同步性、持續(xù)時(shí)間、伸長量等。進(jìn)行人工控制的過程中，總會出現(xiàn)一些偏差導(dǎo)致最終的張拉與設(shè)計(jì)有所區(qū)別，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力張拉值出現(xiàn)一定的偏差。這也是一種預(yù)應(yīng)力張拉過程中的不規(guī)范施工，且一般都難以避免。預(yù)應(yīng)力孔道的堵塞問題由于預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工過程中的一些質(zhì)量問題或者是施工過程中保護(hù)措施不到位，都容易導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力孔道發(fā)生堵塞。孔道一旦發(fā)生堵塞，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋就會受到孔道的水泥砂漿影響，導(dǎo)致阻力變大，這就會使得實(shí)際預(yù)應(yīng)力偏小。特別是當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋已經(jīng)穿過管道時(shí)，對于孔道是否發(fā)生堵塞將會難以分辨，這將會成為后期的橋梁運(yùn)營中預(yù)應(yīng)力損失的主要原因。[4]鋼絞線編束混亂使用后張發(fā)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工時(shí)，通常使用的是預(yù)埋金屬波紋管或者是塑料波紋管的方式進(jìn)行成孔。預(yù)應(yīng)力技術(shù)的施工過程中，波紋管的定位鋼筋擺放位置的不準(zhǔn)確性以及擺放間距的不定性都會導(dǎo)致定位鋼筋與實(shí)際設(shè)計(jì)有著一定偏差。再加上混凝土的攪拌以及振搗過程中一些不定的人為影響，均會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力孔道與原設(shè)計(jì)出現(xiàn)一定的偏離。另外，錨具的隨意擺放、錨固不牢固也同樣會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力施加的作用點(diǎn)位置與原設(shè)計(jì)出現(xiàn)不符，最終導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力與設(shè)計(jì)值出現(xiàn)了一定偏差。（1）進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工過程中，由于所使用的機(jī)具使用不規(guī)范，如張拉用油泵的壓力變指示有所偏差、張拉油頂與油表的不合理配套導(dǎo)致張拉設(shè)備的準(zhǔn)確度與可靠度影響、張拉預(yù)應(yīng)力的施加控制有所偏差、張拉機(jī)具的標(biāo)定有所偏差等，這些都會直接導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力張拉的不規(guī)范施工，導(dǎo)致梁體的下?lián)吓c開裂。（2）進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉過程中，張拉所需要控制的一些基本參數(shù)都是通過人工來標(biāo)定的，如張拉同步性、持續(xù)時(shí)間、伸長量等。進(jìn)行人工控制的過程中，總會出現(xiàn)一些偏差導(dǎo)致最終的張拉與設(shè)計(jì)有所區(qū)別，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力張拉值出現(xiàn)一定的偏差。這也是一種預(yù)應(yīng)力張拉過程中的不規(guī)范施工，且一般都難以避免。由于預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工過程中的一些質(zhì)量問題或者是施工過程中保護(hù)措施不到位，都容易導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力孔道發(fā)生堵塞?？椎酪坏┌l(fā)生堵塞，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋就會受到孔道的水泥砂漿影響，導(dǎo)致阻力變大，這就會使得實(shí)際預(yù)應(yīng)力偏小。特別是當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋已經(jīng)穿過管道時(shí)，對于孔道是否發(fā)生堵塞將會難以分辨，這將會成為后期的橋梁運(yùn)營中預(yù)應(yīng)力損失的主要原因。鋼絞線編束混亂一旦鋼絞線出現(xiàn)編束混亂現(xiàn)象，則會導(dǎo)致進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)鋼絞線在管道內(nèi)部發(fā)生纏繞現(xiàn)象，這勢必會導(dǎo)致單根鋼絞線的長度不一，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋受力不均勻。實(shí)際橋梁運(yùn)營過程中，由于預(yù)應(yīng)力筋的不均勻受力，會導(dǎo)致受預(yù)應(yīng)力大的部分處于一種疲勞狀態(tài)，而預(yù)應(yīng)力小的部分處于承載范圍之內(nèi)。這勢必對于預(yù)應(yīng)力筋整體造成早期疲勞，導(dǎo)致橋梁耐久性變差。與此同時(shí)，張拉預(yù)應(yīng)力筋由于纏繞，可能會導(dǎo)致張拉過程中出現(xiàn)斷絲或者是滑絲，這可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)孔道壓漿不密實(shí)近年來，由于高速公路的升級以及擴(kuò)建，對于一些預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿不密實(shí)現(xiàn)象可見一斑。預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿不密實(shí)，相伴而生的是腹板出現(xiàn)斜裂縫以及連續(xù)箱梁的跨中部位出現(xiàn)下?lián)?。并且后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)孔道的壓漿不密實(shí)容易導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋與空氣接觸而導(dǎo)致銹蝕，這對橋梁結(jié)構(gòu)的下?lián)弦约皵嗔烟峁┝丝赡堋5]相應(yīng)的施工政策通過上述分析可以看