橋梁預應力施工技術及原理

橋梁預應力施工技術及原理摘要：預應力混凝土橋的問世時梁式橋梁的跨度飛速增長。在當前全世界的橋梁中，有70％以上都采用了預應力結構。預應力混凝土技術在橋梁中的地位已經(jīng)非常的重要。本文就預應力施工工藝作簡要說明。預應力混凝土是一種緩解混凝土先天上對抗拉力不足的方法。這種方法可以用來制作梁、地板以及常規(guī)鋼筋混凝土難以建造的大垮距的橋梁。預應力混凝土利用鋼索(通常是高抗張力鋼索或者是桿件）來提供兩端的壓力去抵抗和抵消由彎距產(chǎn)生在混凝土部份拉力，而傳統(tǒng)的鋼筋混凝土則是把鋼筋直接置入澆筑了的混凝土之中。預應力混凝土結構的特點：由于采用了高強度鋼材和高強度混凝土，預應力混凝土構件具有抗裂能力強、抗?jié)B性能好、剛度大、強度高、抗剪能力和抗疲勞性能好的特點，對節(jié)約鋼材（可節(jié)約鋼材40％~50%、混凝土20%~40%）、減小結構截面尺寸、降低結構自重、防止開裂和減少撓度都十分有效，可以使結構設計得更為經(jīng)濟、輕巧與美觀?；驹眍A應力混凝土雖然只有幾十年的歷史,然而人們對預應力原理的應用卻由來已久。也有利于恢復預應力筋與混凝土之間的粘結力。如中國古代的工匠早就運用預應力的原理來制作木桶.木桶的環(huán)向預壓應力通過套緊竹箍的方法產(chǎn)生。只要水對桶壁產(chǎn)生的環(huán)向拉應力不超過環(huán)向預壓應力,則桶壁木板之間將始終保持受壓的緊密狀態(tài),預壓應力通過兩端錨具傳給構件混凝土。木桶就不會開裂和漏水?；炷恋目箟簭姸入m高，而抗拉強度卻很低，預應力筋可先穿入套管也可以后穿。通過對預期受拉的部位施加預壓應力的方法，就能克服混凝土抗拉強度低的弱點，達到利用預壓應力建成不開裂的結構。 預應力混凝土簡支梁結構的基本原理（a）預應力作用;(b）使用荷載作用;（c）預應力和荷載共同作用根據(jù)混凝土澆筑和對預加應力材料施加應力的先后次序，將施加預應力方法歸結為兩種基本情況:在混凝土澆筑前對預加應力材料施加應力的方法,簡稱為先張(預壓或預彎）法；而在混凝土澆筑、養(yǎng)護后對預加應力材料施加應力的方法,則簡稱為后張（后壓）法。預應力混凝土構件的施工方法:先張法。在混凝土灌筑之前,先將由鋼絲鋼絞線或鋼筋組成的預應力筋張拉到某一規(guī)定應力，并用錨具錨于臺座兩端支墩上，接著安裝模板、構造鋼筋和零件，然后灌筑混凝土并進行養(yǎng)護。當混凝土達到規(guī)定強度后，放松兩端支墩的預應力筋，通過粘結力將預應力筋中的張拉力傳給混凝土而產(chǎn)生預壓應力.先張法以采用長的臺座較為有利,最長有用到一百多米的,因此有時也稱作長線法。預應力筋的張拉可采用單根張拉或多根同時張拉,當預應力筋數(shù)量不多，張拉設備拉力有限時常采用單根張拉。當預應力筋數(shù)量較多且密集布筋，另外張拉設備拉力較大時，則可采用多根同時張拉。在確定預應力筋張拉順序時,應考慮盡可能減少臺座的傾覆力矩和偏心力，先張拉靠近臺座截面重心處的預應力筋。此外，在施工中為了提高構件的抗裂性能或為了部分抵消由于應力松弛、摩擦、鋼筋分批張拉以及預應力筋與張拉臺座之間溫度因素產(chǎn)生的預應力損失,張拉應力可按設計值提高5％。但預應力筋的最大超張拉值:對于冷拉鋼筋不得大于0。95fpyk（fpyk為冷拉鋼筋的屈服強度標準值）；碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線不得大于0.80fpyk；熱處理鋼筋、冷拔低碳鋼絲不得大于0。75（fpyk為預應力筋的極限抗拉強度標準值)。先張法預應力工藝簡單、工序少、效率高、質量易保證，且能省去錨固預應力筋所用的永久錨具。但其在工廠化或成批生產(chǎn)時,常采用專門的張拉臺座，需要較大的基建投資，還應考慮交通運輸條件.預應力一般采用直線或折線布置,適宜于預制于大批生產(chǎn)的中小型構件。預應力筋的張拉力方法有超張拉法和一次張拉法兩種。超張拉法：0－1。05con持荷2mincon一次張拉法:0－1。03con其中con為張拉控制應力,一般由設計而定.采用超張拉工藝的目的是為了減少預應力筋的松弛應力損失。所謂“松弛"即鋼材在常溫、高應力狀態(tài)下具有不斷產(chǎn)生塑性變形的特性。松弛的數(shù)值與張拉控制應力和延續(xù)時間有關,控制應力高，松弛也大，所以鋼絲、鋼絞線的松弛損失比冷拉熱軋鋼筋大，松弛損失還隨著時間的延續(xù)而增加，但在第一分鐘內可完成損失總值的50％,24h內則可完成80%.所以采用超張拉工藝,先超張拉5％再持荷2min，則可減少50%以上的松弛應力損失。而采用一次張拉錨固工藝，因松弛損失大，故張拉力應比原設計控制應力提高3％。預應力筋放張過程是預應力的傳遞過程，是先張法構件能否獲得良好質量的一個重要環(huán)節(jié),應根據(jù)放張要求,確定合宜的放張順序、放張方法及相應的技術措施。(1）放張要求放張預應力筋時，混凝土強度必須符合設計要求，當設計無專門要求時，不得低于設計的混凝土強度標準值的75%。放張過早由于混凝土強度不足，會產(chǎn)生較大的混凝土彈性回縮而引起較大的預應力損失或鋼絲滑動。放張過程中，應使預應力構件自由壓縮，避免過大的沖擊與偏心。(2)放張方法當預應力混凝土構件用鋼絲配筋時,若鋼絲數(shù)量不多,鋼絲放張可采用剪切、鋸割或氧－乙塊焰熔斷的方法，并應從靠近生產(chǎn)線中間處剪斷，這樣比在靠近臺座一端處剪斷時回彈減小，且有利于脫模.若鋼絲數(shù)量較多,所有鋼絲應同時放張，不允許采用逐根放張的方法，否則，最后的幾根鋼絲將承受過大的應力而突然斷裂,導致構件應力傳遞長度驟增,或使鉤件端部開裂。放張方法可采用放張橫梁來實現(xiàn)。橫梁可用千斤頂或預先設置在橫梁支點處的放張裝置(砂箱或楔塊等）來放張。粗鋼筋預應力筋應緩慢放張。當鋼筋數(shù)量較少時，可采用逐根加熱熔斷或借預先設置在鋼筋錨固端的楔塊或穿心式砂箱等單根放張.當鋼筋數(shù)量較多時，所有鋼筋應同時放張。先張法主要工序示意圖先張法的張拉臺座設備二、后張法.指的是先澆筑水泥混凝土，待達到設計強度的75％以上后再張拉預應力鋼材以形成預應力混凝土構件的施工.先制作構件,并在構件體內按預應力筋的位置留出相應的孔道，待構件的混凝土強度達到規(guī)定的強度(一般不低于設計強度標準值的75％)后，在預留孔道中穿入預應力筋進行張拉，并利用錨具把張拉后的預應力筋錨固在構件的端部，依靠構件端部的錨具將預應力筋的預張拉力傳給混凝土,使其產(chǎn)生預壓應力；最后在孔道中灌入水泥漿,使預應力筋與混凝土構件形成整體。工藝流程：檢查構件（或塊體）→預應力筋制作→穿預應力筋錨具檢驗→安裝錨具及張拉設備→張拉設備預檢張拉→孔道灌漿→制作水泥漿試起吊→壓水泥漿試塊①有粘結預應力混凝土先澆混凝土,待混凝土達到設計度75％以上，再張拉鋼筋(鋼筋束).其主要張拉程序為:埋管制孔→澆混凝土→抽管→養(yǎng)護穿筋張拉→錨固→灌漿(防止鋼筋生銹）.其傳力途徑是依靠錨具阻止鋼筋的彈性回彈，使截面混凝土獲得預壓應力,這種做法使鋼筋與混凝土結為整體，稱為有粘結預應力混凝土.有粘結預應力混凝土由于粘結力（阻力）的作用使得預應力鋼筋拉應力降低，導致混凝土壓應力降低,所以應設法減少這種粘結。這種方法設備簡單，不需要張拉臺座，生產(chǎn)靈活,適用于大型構件的現(xiàn)場施工。②無粘結預應力混凝土其主要張拉程序為預應力鋼筋沿全長外表涂刷瀝青等潤滑防腐材料→包上塑料紙或套管（預應力鋼筋與混凝土不建立粘結力)→澆混凝土養(yǎng)護→張拉鋼筋→錨固.施工時跟普通混凝土一樣,將鋼筋放入設計位置可以直接澆混凝土，不必預留孔洞，穿筋，灌漿，簡化施工程序，由于無粘結預應力混凝土有效預壓應力增大，降低造價,適用于跨度大的曲線配筋的梁體. 預應力張拉應按預張拉、初張拉和終張拉三個階段進行。預制梁張拉時，內模應松開,不應對梁體壓縮造成阻礙.終張拉應在梁體混凝土強度及彈模達到設計值后、齡期不少于10天時進行. 預應力張拉條件為： 預張拉：為防止梁體混凝土開裂，當梁體混凝土強度達到設計強度等級標準值的60％時，松開內模，對梁體進行預張拉.張拉數(shù)量、位置及張拉值符合設計要求. 初張拉：當梁體混凝土強度達到設計強度等級標準值的80%并拆除模板后,方可進行初張拉。初張拉后梁體方可吊離臺座。張拉數(shù)量、位置及張拉