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所属栏目：项目管理论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:235

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　　浅谈预应力混凝土桥梁应用及发展
　　湖南省邵阳市林业调查规划院谢慕龙曹星亚
　　摘要:随着桥梁工程的迅速发展，预应力混凝土桥梁在国内外日益显示显著的应用前景，本文针对预应力混凝土施工技术在桥梁建设中的应用,对预应力混凝土设计及施工中的技术及施工质量控制进行探讨，并展望未来的发展方向。
　　关键词:预应力混凝土桥梁；桥梁施工；质量控制
　　1.概述
　　预应力混凝土经过半个多世纪的发展并随着部分预应力概念的逐步成熟,已经突破了混凝土不能受拉与开裂的约束,大大扩展了它的应用范围。至今，我国预应力桥梁的建设已经有50多年的历史，近十几年来，我国的预应力技术发展较快，在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、预应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异，如体外预应力、后期粘结PC钢材技术，无粘结预应力钢才技术等等。这些技术不仅可以提高结构的安全性、美观性和经济性，还可加强混凝土结构的耐久性。
　　当前国际混凝土结构工程界对预应力混凝土结构的抗震问题给予了重视。特别是四川汶川大地震,造成人员和财产损失是不可估计的。因此很多国家都作了不少研究工作,研究表明预应力结构在地震区是能够应用的和普通钢筋混凝土结构一样,需要的是合理的设计和施工。采用竖向预应力加固普通钢筋混凝土结构可提高结构抗震性能。采用竖向预应力的混凝土结构,可以提高结构抵抗水平荷载的能力,并在地震之后又能很快的复原。在地震作用下,预制的预应力混凝土结构会发生屈服,产生塑性铰,提高整个结构的延性和耗能能力而避免损坏,因而具有良好抗震性能。
　　2.预应力混凝土桥梁的材料
　　2.1预应力钢材
　　目前使用的预应力钢材主要有高强钢丝,钢绞线及高强度粗钢筋三大类。桥梁上使用的预应力钢材一直在朝着高强度、低松弛、大直径的方向发展。现在不少桥梁中已采用每束500t的预应力索。预应力索一般平弯，锚固于箱梁腋上，可以减小板件的厚度，减轻自重，局部应力也易于解决。
　　作为目前普遍使用的预应力钢材，仍有重量大、易锈蚀等弊病。桥梁界希望使用一种强度高、重量轻、耐腐蚀、性能稳定的材料取代钢材。日本已经使用碳素纤维、玻璃纤维等复合材料，生产、加工成预应力拉材，投入使用。这些材料的特点是：具有与PC钢材同等的张力强度、不锈蚀、柔性高。随着技术的进步，这类材料必将向高性能、低成本方面发展，进而取代现在的PC钢材。
　　近几年，国外正在开发一种不需要灌浆作用的PC钢材，却能获得和灌浆后相同的构造，具体的做法是将PC钢材置于套管中，期间填充常温下硬化的环氧树脂，张拉锚固后，树脂硬化，与混凝土构成一体，称为后期粘结的PC钢材，具有施工简单、粘结性好且可节约钢材等技术优点。
　　2.2预应力锚具
　　预应力锚具与所锚固的预应力筋相对应,分为粗钢筋锚具,钢丝束锚具及钢绞线锚具等3类。近年来用于钢绞线锚固的群锚体系,被广泛采用，随着质量地不断提高,其锚固性能也越来越好，使用时可根据需要由多根钢绞线组成一束,整束张拉。
　　2.3混凝土材料
　　从我国已建成的预应力混凝土桥梁来看,大多都采用40#～50#混凝土,进而采用减水剂等添加剂制备塑性混凝土,并发展了泵送混凝土工艺。随着桥梁跨度的增加,为减少桥梁结构的自重,混凝土逐渐向高强、轻质方向发展。我国目前在高强、轻质混凝土方面已经有所成就。
　　3.预应力混凝土桥梁的设计
　　桥梁规范对混凝土和钢材的强度、截面的受压区高度限值、承载能力（强度）、裂缝和挠度指标、施工期和运营期截面的应力控制均有明确的要求和规定，应逐一满足。随着计算机技术的发展，对于大跨预应力混凝土桥梁应多采用空间计算分析软件进行分析，同时加强对计算结果的分析判断能力。
　　许多设计人员设计时习惯简单模仿，造成结构#p#副标题#e#方案、结构尺寸和构造措施不尽合理，设计时经常不加分析认为只要满足规范的基本要求即可，而桥梁规范实际上给出的是最低要求，且具有一定的时效性和局限性，不可能将各类桥梁在设计中遇到的或可能遇到的问题都能给予明确的答复，具体设计时应根据结构的具体情况和计算分析结果具体处理。
　　混凝土的收缩徐变效应本身较难正确估计，实际施工时又常过于追求进度，导致混凝土的早期徐变增大且弹性模量的增长滞后于强度的增长，各种外掺剂混用、滥用，施工控制和施工养护不当，预设立模标高不足，混凝土材料强度不足或材料变异太大，超方现象严重，预应力损耗和失效过多等等，都为预应力混凝土桥梁出现病害埋下伏笔，也严重影响到结构的耐久性。设计时也宜适当考虑这些超出设计范畴的实际现状，适当加强关键部分强度并对材料及施工工艺提出严格要求。
　　4.预应力混凝土桥梁的新预应力技术的应用
　　目前国内外桥梁建设呈现跨径不断增大、桥型不断丰富、结构不断轻型化的方向发展，也促使了新型结构体系的应用。
　　部分预应力在公路桥梁中得到较广泛的采用。不仅允许出现拉应力，而且允许在极端荷载时出现开裂。其优点是，可以避免全预应力时易出现的沿钢束纵向开裂及拱度过大；刚度较全预应力为小，有利于抗震；并可充分利用钢筋骨架，减少钢束，节省用钢量。
　　体外预应力技术作为一种新型结构体系被广泛采用与多跨预应力连续桥梁。所谓体外预应力，就是把预应力钢索布置在结构断面外，锚固于梁端或横梁之上，依靠偏心部来调整索的方向和偏向距。体外预应力方式可以有效减小结构断面尺寸、缩短工期、提高有效预应力、便于换索等优点，此外体外预应力技术还是现存结构加固和重建有效的技术之一。目前，体外预应力可以灵活地应用于各种桥梁设计，并与各种传统的桥梁施工方法相结合，形成了许多高效的桥梁施工新方法，如体外预应力预制节段（或现浇）桥逐跨施工法、体外预应力悬臂施工法、体外预应力节段顶推法等。
　　双预应力，即除用预张拉预应力外，还采用了预压力筋，使梁的载面在预拉及预压力筋作用下工作。简支梁双预应力梁端部的局部应力较大，后来日本将预压力筋设在离端部一定距离的上缘预留槽中，而不是锚在梁端部，使局部应力问题趋于缓和。
　　国外还较多应用预弯预应力梁。预弯预应力梁是在钢工字梁上，对称加两集中力，浇筑混凝土底板，卸除集中力，这样底板混凝土受到预压，然后再浇筑腹板和顶板混凝土。有的国家如日本已有浇筑好底板的梁体作为商品供应。
　　5.预应力混凝土桥梁施工质量控制
　　预应力混凝土桥梁的发展与施工技术的发展是密不可分的,施工技术水平直接影响桥梁的跨径、线型、截面形式等。近年来施工方法不断丰富先进，如悬臂施工法、顶推法、移动模架法、逐孔架设法等，但仍存在不少问题。
　　5.1预应力混凝土桥梁施工的常见问题
　　5.1.1张拉阶段初应力的不足，使有效预应力难以按设计要求建立
　　对于预应力钢束的张拉程序和初应力的建立问题，《公路桥涵施工技术规范》中已有很明确的规定，但在当前的工程实践中，存在的最大问题是：初应力究竟多大才适宜？对不同长度的预应力钢束其初应力的取值大小是否应有区别？施工规范中虽然给出了初应力大小的范围，但这仅仅是一个范围，在实际的张拉操作中，应依据实际情况进行取舍。
　　5.1.2滥用超张拉方法，会使结构处于不安全的状态
　　对预应力混凝土结构而言，最重要的是如何在结构中建立准确的、符合设计要求的有效预应力值。在近年来的工程实践中，有不少工程技术人员不论工程采用何种预应力体系、何种材料和机具设备为了保险起见，一律采用超张拉方法，对张拉时的控制应力采取了一种“宁大勿小”的错误做法，往往使预应力筋在承受使用荷载时#p#副标题#e#经常处于过高的应力状态，破坏前没有明显的预兆，即产生脆性破坏，将严重危及结构的使用安全，另一方面，如果控制应力过大，会导致结构的反挠度过大或张拉区出现裂缝，对结构同样也是不安全的。
　　5.2预应力混凝土桥梁施工质量控制措施
　　除了人为因素，影响预应力混凝土桥梁施工因素还包括混凝土材料参数取值、施工状态的控制、结构计算模型的假定、温度变化对桥梁结构受力及变形的影响及混凝土收缩产生的预应力损失等等。预应力混凝土桥梁预制安装施工质量直接影响桥梁的质量、使用寿命和营运安全，因此需做到以下措施以保证桥梁的施工质量：
　　5.2.1混凝土浇筑质量控制。
　　混凝土应保证具有设计要求的强度、良好的和易性，且质量均匀性要好。必须注意加强养护才能保证混凝土达到高强度。
　　5.2.2预应力管道安装质量控制
　　预应力管道安装准确与否直接影响到梁体的受力情况与设计是否一致，关系到桥梁施工质量，是预应力施工的重点。
　　5.2.3预应力锚具质量控制
　　预应力筋用锚具、夹具和连接器应具有可靠的锚固性能、足够的承载能力和良好的适用性，并应符合现行国家标准《预应力筋锚具、夹具和连接器》的要求。
　　5.2.4预应力张拉质量控制
　　首先应等混凝土达到设计要求的强度后才张拉预应力，减小预应力损失及裂缝病害；其次应严格按照国内外相关规定：跨度大于30M的预应力桥梁，均要求采用两端对称张拉工艺，才能保证跨中有效预应力和抵抗弯矩的建立，否则会导致跨中承载力不足，而产生正截面裂缝；再者就是要避免盲目的超张拉，根据梁的跨径合理的选择初应力及张拉控制应力。
　　5.2.5预应力孔道压浆质量控制
　　应做好压浆前的准备工作，严格按照压浆工艺施工，按设计要求封端，并及时浇水养护。
　　6.结语
　　预应力混凝土桥梁在我国的发展与应用时间并不算长，随着我国经济的发展，国家在基础设施方面投入的加大，预应力混凝土结构的桥梁在公路、城市道路和铁路建设中广泛采用，且应用范围将更加广阔。然而我们必须认清与国际先进水平存在着较大差距，需在设计理论、设计规范、预应力材料、施工技术上不断完善、不断发展，勇于创新，不断提升工程技术人员素质，并做好设计与施工中的联系，以提高我国的预应力技术水平。