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浅谈桥梁工程中的预应力混凝土

日期：2015-11-6 13:48:43　来源：互联网　浏览数：
　

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由于混凝土抗拉强度低这一缺陷的存在，导致普通钢筋混凝土构件基本都处于带裂缝工作状态，而预应力混凝土的出现可以解决这一问题。预应力混凝土即为了避免钢筋混凝土构件的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，设法在混凝土结构承受使用荷载前，通过施加外力，使得构件受到的拉应力减小，甚至处于压应力状态下的混凝土构件。预应力混凝土构件在使用阶段，预先施加的压应力可全部或部分抵消载荷所产生的拉应力，从而达到提高结构的承载能力的目的。预应力技术在桥梁工程中的应用最直观的表现是桥梁跨度不断的提高：1957 年，公路部门在北京周口店建造第一座预应力混凝土公路试验桥，为单跨20 米简支T 梁桥；1997 年建成通车的虎门大桥辅航道桥为（150+270+150）m 预应力混凝土连续钢构桥，主跨270m，是目前中国乃至世界范围内跨径最大的PC 连续钢构桥梁。从预应力混凝土桥梁跨度不断被刷新可以看出，预应力技术在桥梁工程中的应用日益广泛、成熟。
    2· 预应力混凝土的特点
    2.1 优点
    ①抗裂性好，刚度大。
    ②节省材料，减小自重。
    ③提高构件的抗剪能力。由斜截面抗剪承载力验算公式 γ0Vd≤ Vs +Vb +Vp 可知控制截面弯起的预应力钢筋对斜截面抗剪承载力有贡献。
    ④提高构件的耐疲劳性能。预应力混凝土桥梁具有强大预应力的钢筋，在运营阶段因加荷或卸荷所引起的应力变化幅度相对较小，故可提高抗疲劳性能。
    ⑤降低构件在正常使用状态下的挠度。在相同受力条件下，构件的挠度与刚度成反比，由于预应力混凝土构件较钢筋混凝土构件刚度大，所以在相同条件下，预应力混凝土可以减少受弯构件的挠度。
    2.2 缺点
    ①工艺较复杂，对质量要求高，需要配备一支技术较熟练的专业队伍。
    ②需要有专门的施工设备，如千斤顶、张拉台座、灌浆设备等；此外先张法施工时需要专门的预制场。
    3· 预应力混凝土的分类
    （1）根据预应力混凝土中预加应力的程度分为：全预应力混凝土（预应力混凝土构件在全部使用荷载的作用下不产生弯曲拉应力）、A 类部分预应力混凝土（预应力混凝土结构物的拉应力不超过规定的允许值，即“拉而不裂”）和B 类部分预应力混凝土（结构在自重作用下不产生拉应力，而在荷载短期效应组合下容许开裂，即“裂而有限”）。
    全预应力混凝土可使构件的控制截面在受拉区边缘不产生拉应力，对结构的承载力和耐久性等均较有利，但全预应力混凝土构件也有自己的不足：①主梁反拱度过大，以至于桥面铺装实际的施工厚度变化较大，可能造成局部铺装厚度较薄，易破损，影响行车顺畅；②施加预应力较大，锚下混凝土应力较大，出现沿预应力钢筋方向不能恢复的裂缝；③由于全预应力混凝土需要施加较大的与压力，所以所用的预应力钢筋较多。部分预应力构件在实际工程中应用较为普遍，设计人员可以根据结构使用要求来选择预应力度；
    （2）根据给预应力筋实施张拉是在预应力混凝土构件形成之前或之后分为：先张法和后张法两种。先张法主要张拉程序为：在台座上按设计要求将预应力钢筋张拉到控制应力→用锚具临时固定→浇筑混凝土→待混凝土达到设计强度75% 以上放张预应力钢筋。其传力途径是依靠钢筋与混凝土的粘结力阻止钢筋的弹性回弹，使构件获得预压应力；端部根据设计要求采用套管的方法使预应力失效，以减小端部的预应力。先张法施工简单，靠粘结力自锚，不必耗费锚具，张拉台座可以重复使用，大批量生产时经济，质量稳定。后张法主要张拉程序为：先浇混凝土，待混凝土达到设计强度75% 以上，再穿筋、张拉预应力钢束。其传力途径是依靠锚具阻止钢筋的弹性回弹，使构件获得预压应力。先张法主要适用于中小型构件工厂化生产，如先张法预应力混凝土空心板等，如预制场离工地较远，梁板的运输成本较大；后张法可就地平整出预制场，在工地附近即可完成预应力的张拉，梁板运输费用相对较少；预制箱梁T 梁、现浇连续梁等通常采用后张法施工。
    （3）根据预应力钢筋与混凝土结构物是否粘结分为：粘结（在预应力施加后，使混凝土构件对预应力筋产生握裹力并固结为一体）和无粘结（将预应力钢筋的外表面涂以沥清，油脂或其他润滑防锈材料，以减小摩擦力并防锈蚀，并用塑料套管或以纸带、塑料带包裹，以防止施工中碰坏涂层，并使之与周围混凝土隔离，而在张拉时可沿纵向发生相对滑移的后张预应力钢筋）两种。桥梁工程中，常见的预应力混凝土构件多为有粘结形式，如先张法空心板，后张法空心板，小箱梁，T 梁等。无粘结预应力混凝土施工时跟普通混凝土一样，将钢筋放入设计位置可以直接浇混凝土，不必预留孔洞，穿筋，灌浆，简化施工程序（与有粘结预应力施工工艺的差别），由于无粘结预应力混凝土有效预压应力增大，降低造价，适用于跨度大的曲线配筋的梁体。
    （4）根据预应力钢筋与构件的位置关系可分为：体内预应力和体外预应力。顾名思义，体内预应力系指预应力钢筋包裹在构件混凝土之内，整个构件形成时，预应力也形成，目前新建桥梁中的构件基本均为体内预应力，如预制空心板、小箱梁，整体现浇连续箱梁等；体外预应力指预应力钢筋位于构件外部，预应力全部靠两端锚固系统传递给构件，目前体外预应力多应用于旧桥加固工程中。体外预应力加固可以称为桥梁的“主动加固”，由于对旧桥施加体外预应力，改变了原构件的应力状态；相对于传统的“被动加固”而言，原构件中钢筋的拉应力和混凝土的压应力得到释放，加固后的构件承载能力明显提高。