高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工實(shí)例

1、隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展,混凝土材料的應(yīng)用技術(shù)越來(lái)越廣泛,由于大跨徑橋梁建設(shè)的需求及發(fā)展以及公路、鐵路交通事業(yè)的蓬勃興起,同時(shí)對(duì)既有建筑物橋梁等的維修、加固的增加,預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛應(yīng)用于多種結(jié)構(gòu)當(dāng)中。高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)即指采用高強(qiáng)度混凝土、高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼材用先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想、先進(jìn)的施工工藝制造的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。我國(guó)自80年代后期以來(lái),特別自進(jìn)入90年代以來(lái)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)得到了很大的發(fā)展,預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展走上了一個(gè)新的臺(tái)階。高強(qiáng)混凝土的采用使橋梁結(jié)構(gòu)的自重大大減輕,可顯著提高橋梁跨越能力,新型預(yù)應(yīng)力技術(shù)的采用以及新的施工工藝的不斷創(chuàng)新,計(jì)算理論的不斷完善、新的設(shè)計(jì)思想的不斷發(fā)展,將推動(dòng)橋

2、梁工程的發(fā)展。1預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的發(fā)展在我國(guó),予應(yīng)力技術(shù)在50年代中期應(yīng)用于公路橋梁,近二十年來(lái),發(fā)展迅速,從預(yù)應(yīng)力砼橋梁的設(shè)計(jì)理論計(jì)算,結(jié)構(gòu)分析、預(yù)應(yīng)力材料、工藝設(shè)備、施工工藝、試驗(yàn)研究等均取得了很大的進(jìn)步。予應(yīng)力技術(shù)不僅應(yīng)用新建工程當(dāng)中,還廣泛應(yīng)用于已建結(jié)構(gòu)的維修、加固等當(dāng)中。1957年在北京至周口店公路的啞吧河上修建了第一座跨徑20米裝配式后張預(yù)應(yīng)力砼簡(jiǎn)支梁橋,為以后公路橋梁應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了先例。60年代中,我國(guó)首次采用平衡懸臂施工法建成一座型剛構(gòu)橋。之后于1971年用此法建成的福建烏龍江大橋,為我國(guó)修建大跨徑預(yù)應(yīng)力橋梁邁出一大步。進(jìn)入80年代,用平衡懸臂法施工的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱

3、形連續(xù)梁橋也獲得了迅速的發(fā)展,1986年建成的湖南常德沅水大橋,主橋跨徑為84+3120+84,全長(zhǎng)1408,1991年建成的云南省六庫(kù)怒江大橋,主橋跨徑85+154+85。用平衡懸臂法施工的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)剛構(gòu)體系橋梁在國(guó)內(nèi)也得到了迅速發(fā)展。1988年建成的廣東省番禺洛溪大橋,主橋?yàn)樗目?65+125+180+110),具有雙壁墩的不對(duì)稱連續(xù)剛構(gòu)橋,其最大跨徑流180居當(dāng)時(shí)亞洲同類橋梁之冠。1996年又建成的湖北黃石長(zhǎng)江大橋,主跨為245,主橋全長(zhǎng)達(dá)標(biāo)1060,1997年建成的廣東虎門(mén)輔航道橋,主跨達(dá)到270,已躍居世界同類橋梁的首位。2高強(qiáng)度混凝土的應(yīng)用用普通水泥、砂石原材料和常

4、規(guī)工藝配制具有良好的工作度(能滿足預(yù)拌運(yùn)輸和泵送要求)、且強(qiáng)度等級(jí)在50100之間的高強(qiáng)混凝土,近年來(lái)在國(guó)際范圍內(nèi)得到迅速的發(fā)展。80年代,在許多跨江、跨河等大型橋梁工程中,應(yīng)用標(biāo)號(hào)為5055號(hào)的泵送砼,如:浙江杭州錢(qián)塘江大橋80跨預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋,開(kāi)封黃河公路大橋單跨50梁,廣東番禺落溪大橋180跨預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)橋,90年代,已廣泛采用標(biāo)號(hào)為5560的泵送砼,如:廣東虎門(mén)大橋,廣東汕頭海灣大橋等。現(xiàn)如今,上海、廣東等地已在橋梁建設(shè)中廣泛采用80砼。高強(qiáng)混凝土具有強(qiáng)度高、耐久性好、變形小等優(yōu)點(diǎn)。它的采用,可降低工程造價(jià)減少截面尺寸,減少混凝土用量和自重,減少預(yù)應(yīng)力和地震力,提高混凝土耐久性

5、,加快結(jié)構(gòu)施工速度等間接的經(jīng)濟(jì)效益。在高層建筑、大跨度橋梁、海上平臺(tái)、漂浮結(jié)構(gòu)等工程中顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性,在工程安全使用性、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境條件的適用性等方面產(chǎn)生了明顯的效益,因此被各國(guó)學(xué)者所接受,被認(rèn)為是今后混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁隨著跨徑的增大,造價(jià)急劇增加,而且隨著梁截面尺寸的增大,橋身自重加大,其所占設(shè)計(jì)內(nèi)力比重日益增大,地震時(shí)遭受較大的地震力。高強(qiáng)混凝土在橋梁的上部結(jié)構(gòu)中應(yīng)用,可以顯著的改善上述不利情況。盡管提高混凝土強(qiáng)度并不能明顯增加受彎構(gòu)件的抗彎能力,但它能降低受彎構(gòu)件截面的壓區(qū)混凝土高度,提高構(gòu)件的延性,允許有較高的配筋率,進(jìn)而通過(guò)提高配筋率來(lái)增加構(gòu)件的抗彎能力

6、;高強(qiáng)混凝土還由于變形小,使構(gòu)件的剛度得以提高,進(jìn)而可以降低構(gòu)件的截面高度。至于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,則能從高強(qiáng)混凝土獲得很多好處,可以施加在更大的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中,盡量采用高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土的好處是:(1)保證預(yù)應(yīng)力筋與混凝土之間要有足夠的粘結(jié)力,(2)能夠施加更高的預(yù)應(yīng)力,(3)可有效減少截面尺寸,減輕重量,節(jié)省材料,(4)增強(qiáng)張拉端混凝土的局部承壓能力,(5)減少徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失,(6)可使混凝土有較高的早期強(qiáng)度,便于提前張拉。與普通強(qiáng)度混凝土相比,高強(qiáng)混凝土在原材料選擇和施工質(zhì)量控制上需要比較嚴(yán)格的要求,其力學(xué)性能呈顯著脆性。隨著建筑材料業(yè)的不斷發(fā)展以及為了滿足更高性能的要求,高強(qiáng)砼

7、正向更高的目標(biāo)邁進(jìn)。摻入少量硅灰和超級(jí)塑化劑,可以大大提高砼的強(qiáng)度。強(qiáng)度高達(dá)100的砼已經(jīng)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家中采用。這些技術(shù)的突破主要是通過(guò)采用高效減水劑和具有高活性的硅灰或其它超細(xì)活性摻合料來(lái)降級(jí)水灰比,目的都是為了減少砼微結(jié)構(gòu)中的孔隙,改善骨料和漿體之間的界面性能,并盡量增加其密實(shí)程度。粉煤灰、礦渣、礦粉(沸石粉)和硅粉等一般還有改善拌料工作度、減少凝結(jié)過(guò)程中體積變化、降低堿骨料反應(yīng)、和增加混凝土耐久性的作用。從而大幅度提高砼的強(qiáng)度。與普通砼相比,高強(qiáng)能砼在成分上主要區(qū)別是:(1)用水量大大減少,(2)減水劑顯著提高,(3)水泥用量提高,(4)最大粗骨料粒徑降低。高強(qiáng)砼所用的水泥一般為不小于5

8、25號(hào)的低堿水泥、硅酸鹽水泥等,水泥用量宜小于500/3,砂易用細(xì)度模量為2.33.3的中砂,含泥量不大于3%,石料宜用花崗巖、石灰?guī)r碎石,石料的比重宜大于2.6,吸水率不大于2%。增強(qiáng)劑可用礦粉,其用量是水泥用量的10%,可提高強(qiáng)度約10%,高效減水劑(5, 25等)的用量是水泥用量的0.51%。此主題相關(guān)圖片如下：從一些統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看,預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)所用的混凝土,正不斷向高強(qiáng)、輕質(zhì)、勻質(zhì)、耐久和多功能的方向發(fā)展,近幾十年來(lái),高強(qiáng)混凝土、人造輕骨料混凝土、纖維混凝土、聚合物浸漬混凝土等的研究和應(yīng)用進(jìn)步較大。隨著混凝土強(qiáng)度的增加,脆性也隨著增加,因此,加入各種纖維材料與有機(jī)高分子復(fù)合、改善鋼筋性能與

9、配筋,采用復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)使高強(qiáng)混凝土在克服脆性上受到了顯著的提高。硅灰是一種很好的超細(xì)礦物摻合料,但數(shù)量有限且價(jià)格昂貴,而粉煤灰量大,價(jià)廉,不須(或稍加工)即可滿足配置高性能砼的要求。近幾年大量的粉煤灰用于配置高強(qiáng)砼。超高強(qiáng)砼強(qiáng)度達(dá)300甚至更高,同時(shí)還具有滲透性低和化學(xué)侵蝕性高等特點(diǎn)?；钚约?xì)料砼()簡(jiǎn)稱,它能減少構(gòu)件尺寸,改變構(gòu)件斷面形狀,減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量,并節(jié)省鋼筋,它的強(qiáng)度介于砼和鋼之間,價(jià)格比一般砼貴很多。主要由粉末和微鋼纖維組成。由于它的優(yōu)異的力學(xué)性能和超強(qiáng)的耐久性,在工程界許多領(lǐng)域得到廣泛使用。如:高抗壓強(qiáng)度的用作鋼絞線預(yù)應(yīng)力錨頭,低強(qiáng)但高耐久性和抗腐蝕的用作工業(yè)污水處理過(guò)濾板。纖維砼

10、用鋼纖維或其它纖維對(duì)改善高強(qiáng)砼延性十分有效。當(dāng)前用于砼的纖維已開(kāi)始采用碳纖維。碳纖維增強(qiáng)砼()具有強(qiáng)度高、模量大、比重小、耐堿,對(duì)人畜無(wú)害,良好的導(dǎo)電性等優(yōu)越性能,在復(fù)合材料領(lǐng)域中占有重要一席。國(guó)外的研制始于70年代,1978年,日本關(guān)羽化學(xué)公司生產(chǎn)了通用級(jí)瀝青基碳纖維之后,才得以迅速發(fā)展,我國(guó)碳纖維的研制工作始于60年代后期,至今已有30年歷史。由此制成的碳纖維增強(qiáng)砼,比不含碳纖維的普通水泥砼的抗拉強(qiáng)度高24倍,彈性模量高1.52倍,具有較高的力學(xué)性能。實(shí)踐表明,對(duì)于自重占較大比例的橋梁結(jié)構(gòu),采用輕混凝土的效果極為明顯,不僅能減輕自重,節(jié)約材料,大大節(jié)省造價(jià),而且能提高隔熱保溫效果和防火等級(jí)

11、,改善結(jié)構(gòu)抗震性能。橋梁自重的減少還使橋墩和基礎(chǔ)得到減少。當(dāng)采用密度為14002000/3的輕砼時(shí),抗壓強(qiáng)度可達(dá)3081,具有令人滿意的收縮與徐變性能。3預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展土木工程建設(shè)的發(fā)展,推動(dòng)新材料,新施工技術(shù)的方法、新理論思想方法的不斷出現(xiàn),并逐步完善原有的設(shè)計(jì)思維模式及施工工藝等技術(shù)的不斷提高,混凝土將朝著高強(qiáng)、高延性、高性能以及新材料的使用等方面發(fā)展,預(yù)應(yīng)力鋼材也將有多方面的發(fā)展,高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力筋、各種規(guī)格、強(qiáng)度的低松弛鋼絲和鋼絞線以及鍍鋅、環(huán)氧涂層鋼絞線、不銹鋼鋼絞線的采用,與之配套的張拉設(shè)備逐步研制,使預(yù)應(yīng)力技術(shù)水平得到了不斷提高,為預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛應(yīng)用于公路橋梁上提供了保證?，F(xiàn)代預(yù)應(yīng)

12、力技術(shù)的發(fā)展主要可概括為三個(gè)方面:3.1高強(qiáng)超高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋的采用在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中,預(yù)應(yīng)力筋本身處于受拉狀態(tài),因此,其抗拉強(qiáng)度及彈性極限越高越好。目前,橋梁上常用的預(yù)應(yīng)力材料有高強(qiáng)鋼絲、高強(qiáng)鋼絞線和高強(qiáng)鋼筋三大類。常用的高強(qiáng)鋼絲直徑有5、7兩種,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度在1570以上。高強(qiáng)鋼絞線是=15.70(75)和=12.0(74)鋼絞線,其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值分別為1470/2和1570/2,延伸率為3.5%,主導(dǎo)產(chǎn)品均符合美國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。為滿足工程建設(shè)需要,近幾年來(lái),抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860/2的低松弛鋼絞線的產(chǎn)量也在迅速增長(zhǎng)。高強(qiáng)鋼筋多采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度750的精軋螺紋鋼筋,直徑有25、32兩種。此主題相關(guān)圖片如下：

13、3.2高效率的張拉錨固體系隨著高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力筋的廣泛應(yīng)用,與之配套的張拉錨固體系技術(shù)已臻完善。預(yù)應(yīng)力施加方便,安全可靠,錨固效率系數(shù)很高。張拉錨固體系按錨具的原理大約可分為三種:支承式-螺絲端桿式錨(用于粗鋼筋及鐓頭錨兩種);鍥緊式-夾片示或錐塞式錨,靠擠壓和摩擦傳力;環(huán)套式-由鋼絞線(或鋼絲)環(huán)和砼組成。與高強(qiáng)鋼絞線對(duì)應(yīng)的夾片式錨具,用于接長(zhǎng)鋼絞線的連接器,可實(shí)現(xiàn)橋梁預(yù)應(yīng)力束的分段張拉與接長(zhǎng)。預(yù)應(yīng)力扁錨也屬夾片式群錨體系,主要用作箱形梁橋的橫向預(yù)應(yīng)力,連續(xù)梁局部加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力等地方。3.3預(yù)應(yīng)力施工工藝不斷創(chuàng)新(1)、70年代普遍采用的抽拔橡膠管成孔技術(shù),目前已被預(yù)埋金屬波紋管取代,橡膠管道成孔在

14、特別需要減少摩阻損失的大曲率布束場(chǎng)合也獲得應(yīng)用。(2)、在后張法孔道灌漿中,灌漿技術(shù)有了很大的突破,特別是灌漿設(shè)備的改進(jìn)及真空灌漿技術(shù)的應(yīng)用,確保了孔道灌漿的密實(shí)性。(3)、無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的使用使預(yù)應(yīng)力工藝大為簡(jiǎn)化。無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋可與普通非預(yù)應(yīng)力筋同時(shí)布筋然后澆搗砼,待砼達(dá)到預(yù)定的強(qiáng)度后,便可在構(gòu)件端部張拉錨固預(yù)應(yīng)力筋。它的優(yōu)點(diǎn)在于可在結(jié)構(gòu)內(nèi)按照需要任意布設(shè),不需預(yù)留孔道,大量地減少現(xiàn)場(chǎng)施工工藝,降低了成本,提高了結(jié)構(gòu)的施工水平和施工速度。(4)、體外預(yù)應(yīng)力配筋,減少了摩擦損失,在箱梁的壁內(nèi)不存在預(yù)應(yīng)力管道,使得砼容易澆注,對(duì)于某類型的結(jié)構(gòu),使用體外索可以加速橋梁的建設(shè)速度以及降低建造成本。此

15、主題相關(guān)圖片如下：3.4預(yù)應(yīng)力材料的新進(jìn)展:3.4.1纖維增強(qiáng)塑料筋 纖維增強(qiáng)塑料筋是當(dāng)前國(guó)際上的研究熱門(mén),但仍然處于研制與試驗(yàn)階段。用于預(yù)應(yīng)力砼的纖維增強(qiáng)塑料筋(),所用的非金屬纖維主要有玻璃纖維()、碳纖維()和芳綸纖維(),其由多股連續(xù)纖維以環(huán)氧樹(shù)脂等作為基底材料膠合后,經(jīng)過(guò)特制的模具擠壓,拉拔成型。塑料筋的應(yīng)力 應(yīng)變曲線沒(méi)用條件屈服點(diǎn)而直到拉斷都呈線彈性,它們的彈性模量?jī)H為50150,而抗拉強(qiáng)度則接近于高強(qiáng)鋼絞線。纖維增強(qiáng)塑料筋與鋼材相比特點(diǎn)如下:抗腐蝕性能好,且為非磁性材料,熱膨脹系數(shù)低,能耗低,強(qiáng)度與質(zhì)量密度之比很高,約比鋼材高5倍,但它的缺點(diǎn)為價(jià)高,拉斷時(shí)應(yīng)變低,極限伸長(zhǎng)率僅為2

16、%3%,長(zhǎng)期的靜力強(qiáng)度比短期的低,尤以為甚,吸收水分后性能容易衰退。此主題相關(guān)圖片如下：3.4.2環(huán)氧涂層鋼絞線環(huán)氧涂層鋼絞線,是在正常的裸鋼絞線表面上涂覆了有機(jī)環(huán)氧樹(shù)脂,涂層厚度為0.641.4之間,涂層過(guò)薄,易受損傷,涂層過(guò)厚,則楔塊及錨具尺寸將加大。涂層方法有兩種:一種是光滑型,另一種是表面沉砂型。光滑型有較低的粘結(jié)特性,用于無(wú)粘結(jié)后張?bào)w系,外部后張?bào)w系和斜拉索,表面沉砂型用于粘結(jié)先張法和后張法體系。目前,應(yīng)用的較多的其它鋼絞線是鍍鋅鋼絞線和外表環(huán)氧涂層鋼絞線,鍍鋅鋼絞線與環(huán)氧噴涂鋼絞線的主要區(qū)別是所用防腐材料與工藝不同,因而防腐效果與性能有所差別。3.4.3塑料管1985年在英國(guó)曾發(fā)生

17、因預(yù)應(yīng)力腐蝕而引起的橋梁倒塌事故,此后,英國(guó)運(yùn)輸部決定19921996年暫停使用壓漿的后張法預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu),此決定引起國(guó)際上對(duì)預(yù)應(yīng)力砼耐久性的廣泛重視,英國(guó)做出決定;后張預(yù)應(yīng)力筋必須密封在耐磨和防滲漏的塑料管中,以形成多層防護(hù)。在選擇預(yù)應(yīng)力鋼索管道的壁厚和半徑時(shí),必須考慮其強(qiáng)度,耐久性、作業(yè)性、使用性能等,同時(shí),在任何環(huán)境下,都不能與灌漿材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。它的基本特點(diǎn):耐腐蝕性好、強(qiáng)度高、不導(dǎo)電等4結(jié)語(yǔ)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,我國(guó)預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計(jì)、施工總體技術(shù)已接近世界水平。近年來(lái),隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施的投資加大,預(yù)應(yīng)力技術(shù)在公路橋梁結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用更為廣泛,同時(shí),預(yù)應(yīng)力技術(shù)本身也在不斷向前發(fā)展,各種預(yù)應(yīng)力體系更加完善,我們憑借現(xiàn)代材料科學(xué)的發(fā)展,高強(qiáng)、超高強(qiáng)混凝土技術(shù)的應(yīng)用,加上高強(qiáng)鋼筋的開(kāi)發(fā),將大力推動(dòng)重量輕,跨度大、承載力大、延性好的橋梁結(jié)構(gòu)的建造。參考文獻(xiàn):1陳惠玲.高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工實(shí)例應(yīng)用手冊(cè).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997.2林太珍,饒斌,夏靖華,陳惠玲.高效預(yù)應(yīng)力混凝土工程實(shí)踐.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1993.3杜