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【摘 要】本文分析了预应力技术在现代公路桥梁建设中的应用,以及在施工过程中预应力的具体技术,最后重点说明了预应力在混凝土箱梁、混凝土简支T梁中的技术应用。
【关键词】桥梁施工;预应力;技术探讨
一、预应力技术在现代公路桥梁建设中的应用
(1)钢筋混凝土预制梁、板中预应力技术在的应用
预应力,顾名思义就是预先给构件施工加应力。就现代桥梁中、小型预制梁板而言,预应力用得越来越来多。90年以前,云南多数地区小跨径梁板,使用最多的是钢筋混凝土实心板,钢筋混凝土空心板,钢筋混凝土T梁。钢筋混凝土实心板、空心板跨径一般为13m以下,T梁一般为13m~20m。这些梁板有一共同的特点,均为简支梁,跨中弯矩较大,多数梁板特别是T梁由于自重、气温等原因,就已经产挠度,梁底中部就已经产生裂缝,均为带裂缝工作。在使用预应力后,使得受压区产生一定的拉应力、受拉区产生一定的压应力,有效抵消了梁体内力,减小了跨中挠度。现如今,13m~20m预应力空心板、20m~30m预应力T梁、20m~30m预应力工梁的使用已经非常普遍了。
(2)钢筋混凝土多跨连续梁中预应力技术的应用
在多跨梁施工中,为解决提高预应力梁或预应力预制梁、板的整体性,提高承载力,便于施工安装的问题,许多梁或板均做成先简支后连续形式。目前用得最为普遍的是多跨连续T梁、或是多跨连续小箱梁。共同特点为多跨连续梁有正弯矩区和负弯矩区,通常在支座部位为负弯矩,跨中部位为正弯矩。预制梁或板时,已经在梁中安装了预就力筋或预应力钢绞线;在连续墩采用现浇湿接头将相邻的梁、板连接起来,一般用钢绞线将相邻梁、板连接起来,在负弯矩区形成预应力,使梁正弯矩区和负弯矩区都有预应力。
在大跨径连续梁中,如大跨径变载面连续箱梁、T型连续刚构箱梁、现浇多跨连续箱梁中,采用三向预预应力能够大幅度提高箱梁的承载力。普遍采用的方法是底板、顶板、腹板、横肋均采预应力筋或钢绞线以形成纵向、横向、竖向预应力。
(3)墩台施工中预应力技术的应用
桥梁墩台施工中预应力一般用墩台盖梁或台帽。盖梁或台帽采用预应力,可增大墩柱之间的距离或增大盖梁悬臂段长度,可以达到增大桥面宽度的效果。一般常见于城市桥梁,多采用独柱蓋梁或双柱盖梁上。
(4)加固施工中预应力技术的应用
在公路桥梁加固施工中,公路桥梁的承载能力通常是通过对结构性能的改善和对构件的补强来实现的,从而达到适应现代公路运输要求及满足现行通行荷载的要求,并且延长桥梁使用寿命的目的。普遍采用卸载、构件补强、转变结构体系及施加体外预应力的方法。然而,实际上卸载的目的就是为了减小加固施工时混凝土的初始应变,可达到一定效果,但效果不明显,不通解决根本问题;构件补强,采用粘贴钢板、碳纤维等,效果也是一般,仅能达到封缝,维持现状,保证桥梁使用寿命设计的要求;结构体系转换,对梁体结构要求较高;唯有体系应力力,能够大幅度提高大跨径混凝土桥梁的承载力。在加固时预先对构件施加预应力,使受压区产生拉应力,受拉区产生压应力,减小构件在初弯矩作用下的拉应变和压应变,从而在构件达到极限承载力时,提高应变增量和加固钢筋的应力,使构件承载力得到提高。以怒江大桥变载面连续箱梁加固为例,就采用体外预应力,在箱梁内增加了8束TW.B15-19(FECS15.2-GP型)钢绞线,有效控制了此座特大桥的跨中挠度,提高了承载力。
二、公路桥梁预应力技术施工工艺
预应力技术施工工艺在公路桥梁施工的过程中,主要有两种方法,不论是先张法还是后张法,均需要注重以下几个施工环节:
(1)钢绞线的位置
在公路桥梁工程实践的过程中,墩顶的导向槽和横梁端部的横肋共同决定着钢绞线的位置,而且其极限荷载也受到索形和张拉应力的大小影响。在实际施工过程中,如果墩顶的导向槽和横梁端部横肋存在着一定偏差,则就会直接导致钢绞线承受的挤压应力增大。所以,我们在实际的操作中,首先会对墩顶预埋部位和锚端部的横梁锚垫板给以明确,对墩顶的导向槽和横肋的制作过程,都要严格按照施工设计图的要求。在施工中,不仅要考虑端部位置要保持平整度,还要对弯折位置曲率半径进行维护。事实证明,加强该施工工艺的运用,可以有效保障钢绞线在张拉过程中,不会受到端部的卡滑或者挤压。
(2)穿索与下料
在公路桥梁工程实践的过程中,在对钢管以及锚垫板实施灌浆的过程中会经常出现粘结段。由此考虑,我们在在钢绞线下料的过程中,要对出现的粘结段上的PE层以及上面的油脂进行清理。钢绞线穿索时,不但要充分地考虑钢绞线的下垂因素可能会产生的严重影响,同时还要充分考虑对张拉伸长所产生的影响,只有这样才能保证张拉两端的伸长一致,才能保证各粘结段上的粘结力一样。我们具体的施工过程中,要对钢绞线的位置和长度实施控制是很难的。钢绞线穿索过程中,由于其长度相对较长,而且还存在着一些跨中横肋及墩顶导向槽等结构的设置问题,因此导致多根钢绞线难以在箱梁预应力施工中实现整束穿索,为有效地解决这一客观问题,实践中最常用的就是单根穿索法。实践证明,预应力的建设可能会在一定程度上受到钢绞线的影响,因此在公路桥梁全桥长度的范围之内进行全面控制,以免钢绞线缠绕问题的出现。在钢绞线施工过程中,应当对密封盖上的小孔和工作锚板孔进行统一编号,同时还要在单根穿索过程中尽可能地使用多根钢绞线,并将其拧成一束,利用橡胶垫来控制钢绞线的实际位置,当完成张拉以后,再检测每束钢绞线,以免出现缠绕问题。
(3)预应力张拉
在公路桥梁工程实践中,预应力筋张拉工艺是关键工序,同时预应力筋将在很大程度上影响预应力结构的安全性。从预应力筋在施工中的张拉实践来看,张拉之前应当对实际施工中所需的千斤顶等设备和装置进行严格的标定,一般所使用的油压表其精密度是0.4级;根据标定值,对千斤顶的回归直线方程推算,以保证张拉强度对应的压力值能够实现合理运算。同时,还要注意对钢绞线束上的锚具进行合理的安装。当千斤顶的安装到位以后,再对其尾部的锚具进行严格的安装,根据张拉的程序的规定,应当对千斤顶同时进行施力;同时,按照千斤顶油缸的行程,在张拉之前应当对最初的伸长值进行计算。当张拉应力达到设计值以后,应当持荷2分钟,再对千斤顶进行回油。在施工中,预应力筋采用应力控制方法张拉时,并以伸长值进行校核,实际伸长值与理论伸长值的差值应符合设计要求,设计无规定时,实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在6%以内,否则应暂停张拉,待查明原因并采取措施予以调整后,方可继续张拉。 (4)灌漿工艺
在公路桥梁工程实践中,后张预应力筋混凝土结构会经常产生预应力筋及混凝土结构问题,同时还可能出现预应力筋生锈或者腐蚀等问题,如果不及时采取有效的措施予以处理,则很可能会对预应力混凝土及其结构带来严重的影响。实际中为有效地解决这一问题,通常采用压力灌浆的方法进行处理,并对预应力管道与预应力筋之间的孔隙进行有效地填充。一般而言,如果后张预应力筋有出于非水平倾斜状态,多跨度弯曲状态,则很可能会导致预应力筋受到一定的伤害。如果预应力筋经常处于高压状态,则其很容易会出现腐蚀或者生锈病害,当预应力筋遭受腐蚀以后,该位置会出现缺损或者断面现象,进而会对混凝土结构的耐久性与安全性产生严重的影响。实践中为有效地避免预应力筋出现腐蚀现象,以保证其结构的安全性与耐久性,最重要的就是要保证灌浆的质量。在实际灌浆过程中,因水泥浆体硬化后而导致的收缩和孔道壁相互分离、水泥浆的强度与要求不符以及水泥浆没有有效地充满孔道、有空隙存在等现象,都是灌注过程中需要特别注意的事项,也是重点需要解决的问题。对于四十米以上的预应力筋而言,实际施工过程中应当有效地通过真空灌浆法来提高施工的密实度,同时还要保证预应力筋以及混凝土结构的施工质量。
三、预应力在混凝土结构中的技术应用
目前,我国公路桥梁混凝土结构的预应力应用范围主要包括:预应力混凝土箱梁、预应力混凝土盖梁、预应力混凝土空心板、预应力混凝土多跨连续T梁和预应力混凝土简支T梁等,经常使用到的预应力混凝土梁施工技术包括悬臂施工技术、,移动模架施工技术和顶推施工技术,下面将分别介绍:
(1)移动模架施工技术
移动模架施工技术与传统施工技术有很大不同,集模板、过孔功能、支撑系统于一体,是目前最先进的桥梁施工技术之一。它适用于等高和等跨的连续桥梁,同时要求桥梁的跨径范围是大于20米且小于50米。优点是施工速度快,缺点是配套设备的投入成本高。移动模架施工技术的具体施工流程为:一是在承载梁上架设支架和模板支撑。二是在桥跨的内部开展现混凝土现浇作业。三是等到混凝土强度符合质量标准后进行脱模即可。四是顺养导梁,移动模架到下个需浇注的桥孔进行混凝土浇筑施工,直到全桥施工完毕。
(2)顶推施工技术
顶推施工技术通常在等截而的连续桥梁的施工建设中应用,在
实际施工过程中,应先设置预制场地,场地位置最好是在桥沿纵轴
方向的后台处,然后加入纵向预应力筋进行梁身的分节段混凝土浇
注作业,接着利用由不锈钢板和四氟乙烯模压板所制成的滑动装置
借助水平液压千斤顶的预应力把桥梁逐段顶进,直到完成全部施工
(3)悬臂施工技术
悬臂施工技术的施工起点为桥中的墩处,然后逐步对称接长,最后直到悬出梁部分完全合拢为止。根据混凝土的不同制作方法,悬臂施工技术也主要分为两种:一是悬臂浇筑技术,通常施工的方式是利用挂篮设备进行接长。二是悬臂拼装技术:通常的施工方式是利用吊机设备进行接长。
(4)预应力盖梁的施工
预应力盖梁一般有两种常见形式,独柱墩与双柱墩,后张法预应力施工较为普遍。盖梁张拉前施工一般采用现浇,与一般盖梁浇筑无异,混凝土强度达到设计75%~90%时,采用对称张拉。
结语:随着预应力技术在公路桥梁中的广泛应用,我们要根据公路桥梁工程项目的具体特点,科学选择适用的预应力钢材,开展有效的预应力效应分析,不断加强技术创新,才能有效提高我国桥梁建设效率,保证我国公路桥梁质量安全。
参考文献:
【1】成扬公路桥梁施工中预应力技术探讨【J】内蒙古公路与运输2011(12)
【2】刘永公路桥梁施工中预应力技术研究【J】四川水泥2014(11)
【3】王亮公路桥梁施工预应力技术问题与对策【J】交通标准化2014(05)
【关键词】桥梁施工;预应力;技术探讨
一、预应力技术在现代公路桥梁建设中的应用
(1)钢筋混凝土预制梁、板中预应力技术在的应用
预应力,顾名思义就是预先给构件施工加应力。就现代桥梁中、小型预制梁板而言,预应力用得越来越来多。90年以前,云南多数地区小跨径梁板,使用最多的是钢筋混凝土实心板,钢筋混凝土空心板,钢筋混凝土T梁。钢筋混凝土实心板、空心板跨径一般为13m以下,T梁一般为13m~20m。这些梁板有一共同的特点,均为简支梁,跨中弯矩较大,多数梁板特别是T梁由于自重、气温等原因,就已经产挠度,梁底中部就已经产生裂缝,均为带裂缝工作。在使用预应力后,使得受压区产生一定的拉应力、受拉区产生一定的压应力,有效抵消了梁体内力,减小了跨中挠度。现如今,13m~20m预应力空心板、20m~30m预应力T梁、20m~30m预应力工梁的使用已经非常普遍了。
(2)钢筋混凝土多跨连续梁中预应力技术的应用
在多跨梁施工中,为解决提高预应力梁或预应力预制梁、板的整体性,提高承载力,便于施工安装的问题,许多梁或板均做成先简支后连续形式。目前用得最为普遍的是多跨连续T梁、或是多跨连续小箱梁。共同特点为多跨连续梁有正弯矩区和负弯矩区,通常在支座部位为负弯矩,跨中部位为正弯矩。预制梁或板时,已经在梁中安装了预就力筋或预应力钢绞线;在连续墩采用现浇湿接头将相邻的梁、板连接起来,一般用钢绞线将相邻梁、板连接起来,在负弯矩区形成预应力,使梁正弯矩区和负弯矩区都有预应力。
在大跨径连续梁中,如大跨径变载面连续箱梁、T型连续刚构箱梁、现浇多跨连续箱梁中,采用三向预预应力能够大幅度提高箱梁的承载力。普遍采用的方法是底板、顶板、腹板、横肋均采预应力筋或钢绞线以形成纵向、横向、竖向预应力。
(3)墩台施工中预应力技术的应用
桥梁墩台施工中预应力一般用墩台盖梁或台帽。盖梁或台帽采用预应力,可增大墩柱之间的距离或增大盖梁悬臂段长度,可以达到增大桥面宽度的效果。一般常见于城市桥梁,多采用独柱蓋梁或双柱盖梁上。
(4)加固施工中预应力技术的应用
在公路桥梁加固施工中,公路桥梁的承载能力通常是通过对结构性能的改善和对构件的补强来实现的,从而达到适应现代公路运输要求及满足现行通行荷载的要求,并且延长桥梁使用寿命的目的。普遍采用卸载、构件补强、转变结构体系及施加体外预应力的方法。然而,实际上卸载的目的就是为了减小加固施工时混凝土的初始应变,可达到一定效果,但效果不明显,不通解决根本问题;构件补强,采用粘贴钢板、碳纤维等,效果也是一般,仅能达到封缝,维持现状,保证桥梁使用寿命设计的要求;结构体系转换,对梁体结构要求较高;唯有体系应力力,能够大幅度提高大跨径混凝土桥梁的承载力。在加固时预先对构件施加预应力,使受压区产生拉应力,受拉区产生压应力,减小构件在初弯矩作用下的拉应变和压应变,从而在构件达到极限承载力时,提高应变增量和加固钢筋的应力,使构件承载力得到提高。以怒江大桥变载面连续箱梁加固为例,就采用体外预应力,在箱梁内增加了8束TW.B15-19(FECS15.2-GP型)钢绞线,有效控制了此座特大桥的跨中挠度,提高了承载力。
二、公路桥梁预应力技术施工工艺
预应力技术施工工艺在公路桥梁施工的过程中,主要有两种方法,不论是先张法还是后张法,均需要注重以下几个施工环节:
(1)钢绞线的位置
在公路桥梁工程实践的过程中,墩顶的导向槽和横梁端部的横肋共同决定着钢绞线的位置,而且其极限荷载也受到索形和张拉应力的大小影响。在实际施工过程中,如果墩顶的导向槽和横梁端部横肋存在着一定偏差,则就会直接导致钢绞线承受的挤压应力增大。所以,我们在实际的操作中,首先会对墩顶预埋部位和锚端部的横梁锚垫板给以明确,对墩顶的导向槽和横肋的制作过程,都要严格按照施工设计图的要求。在施工中,不仅要考虑端部位置要保持平整度,还要对弯折位置曲率半径进行维护。事实证明,加强该施工工艺的运用,可以有效保障钢绞线在张拉过程中,不会受到端部的卡滑或者挤压。
(2)穿索与下料
在公路桥梁工程实践的过程中,在对钢管以及锚垫板实施灌浆的过程中会经常出现粘结段。由此考虑,我们在在钢绞线下料的过程中,要对出现的粘结段上的PE层以及上面的油脂进行清理。钢绞线穿索时,不但要充分地考虑钢绞线的下垂因素可能会产生的严重影响,同时还要充分考虑对张拉伸长所产生的影响,只有这样才能保证张拉两端的伸长一致,才能保证各粘结段上的粘结力一样。我们具体的施工过程中,要对钢绞线的位置和长度实施控制是很难的。钢绞线穿索过程中,由于其长度相对较长,而且还存在着一些跨中横肋及墩顶导向槽等结构的设置问题,因此导致多根钢绞线难以在箱梁预应力施工中实现整束穿索,为有效地解决这一客观问题,实践中最常用的就是单根穿索法。实践证明,预应力的建设可能会在一定程度上受到钢绞线的影响,因此在公路桥梁全桥长度的范围之内进行全面控制,以免钢绞线缠绕问题的出现。在钢绞线施工过程中,应当对密封盖上的小孔和工作锚板孔进行统一编号,同时还要在单根穿索过程中尽可能地使用多根钢绞线,并将其拧成一束,利用橡胶垫来控制钢绞线的实际位置,当完成张拉以后,再检测每束钢绞线,以免出现缠绕问题。
(3)预应力张拉
在公路桥梁工程实践中,预应力筋张拉工艺是关键工序,同时预应力筋将在很大程度上影响预应力结构的安全性。从预应力筋在施工中的张拉实践来看,张拉之前应当对实际施工中所需的千斤顶等设备和装置进行严格的标定,一般所使用的油压表其精密度是0.4级;根据标定值,对千斤顶的回归直线方程推算,以保证张拉强度对应的压力值能够实现合理运算。同时,还要注意对钢绞线束上的锚具进行合理的安装。当千斤顶的安装到位以后,再对其尾部的锚具进行严格的安装,根据张拉的程序的规定,应当对千斤顶同时进行施力;同时,按照千斤顶油缸的行程,在张拉之前应当对最初的伸长值进行计算。当张拉应力达到设计值以后,应当持荷2分钟,再对千斤顶进行回油。在施工中,预应力筋采用应力控制方法张拉时,并以伸长值进行校核,实际伸长值与理论伸长值的差值应符合设计要求,设计无规定时,实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在6%以内,否则应暂停张拉,待查明原因并采取措施予以调整后,方可继续张拉。 (4)灌漿工艺
在公路桥梁工程实践中,后张预应力筋混凝土结构会经常产生预应力筋及混凝土结构问题,同时还可能出现预应力筋生锈或者腐蚀等问题,如果不及时采取有效的措施予以处理,则很可能会对预应力混凝土及其结构带来严重的影响。实际中为有效地解决这一问题,通常采用压力灌浆的方法进行处理,并对预应力管道与预应力筋之间的孔隙进行有效地填充。一般而言,如果后张预应力筋有出于非水平倾斜状态,多跨度弯曲状态,则很可能会导致预应力筋受到一定的伤害。如果预应力筋经常处于高压状态,则其很容易会出现腐蚀或者生锈病害,当预应力筋遭受腐蚀以后,该位置会出现缺损或者断面现象,进而会对混凝土结构的耐久性与安全性产生严重的影响。实践中为有效地避免预应力筋出现腐蚀现象,以保证其结构的安全性与耐久性,最重要的就是要保证灌浆的质量。在实际灌浆过程中,因水泥浆体硬化后而导致的收缩和孔道壁相互分离、水泥浆的强度与要求不符以及水泥浆没有有效地充满孔道、有空隙存在等现象,都是灌注过程中需要特别注意的事项,也是重点需要解决的问题。对于四十米以上的预应力筋而言,实际施工过程中应当有效地通过真空灌浆法来提高施工的密实度,同时还要保证预应力筋以及混凝土结构的施工质量。
三、预应力在混凝土结构中的技术应用
目前,我国公路桥梁混凝土结构的预应力应用范围主要包括:预应力混凝土箱梁、预应力混凝土盖梁、预应力混凝土空心板、预应力混凝土多跨连续T梁和预应力混凝土简支T梁等,经常使用到的预应力混凝土梁施工技术包括悬臂施工技术、,移动模架施工技术和顶推施工技术,下面将分别介绍:
(1)移动模架施工技术
移动模架施工技术与传统施工技术有很大不同,集模板、过孔功能、支撑系统于一体,是目前最先进的桥梁施工技术之一。它适用于等高和等跨的连续桥梁,同时要求桥梁的跨径范围是大于20米且小于50米。优点是施工速度快,缺点是配套设备的投入成本高。移动模架施工技术的具体施工流程为:一是在承载梁上架设支架和模板支撑。二是在桥跨的内部开展现混凝土现浇作业。三是等到混凝土强度符合质量标准后进行脱模即可。四是顺养导梁,移动模架到下个需浇注的桥孔进行混凝土浇筑施工,直到全桥施工完毕。
(2)顶推施工技术
顶推施工技术通常在等截而的连续桥梁的施工建设中应用,在
实际施工过程中,应先设置预制场地,场地位置最好是在桥沿纵轴
方向的后台处,然后加入纵向预应力筋进行梁身的分节段混凝土浇
注作业,接着利用由不锈钢板和四氟乙烯模压板所制成的滑动装置
借助水平液压千斤顶的预应力把桥梁逐段顶进,直到完成全部施工
(3)悬臂施工技术
悬臂施工技术的施工起点为桥中的墩处,然后逐步对称接长,最后直到悬出梁部分完全合拢为止。根据混凝土的不同制作方法,悬臂施工技术也主要分为两种:一是悬臂浇筑技术,通常施工的方式是利用挂篮设备进行接长。二是悬臂拼装技术:通常的施工方式是利用吊机设备进行接长。
(4)预应力盖梁的施工
预应力盖梁一般有两种常见形式,独柱墩与双柱墩,后张法预应力施工较为普遍。盖梁张拉前施工一般采用现浇,与一般盖梁浇筑无异,混凝土强度达到设计75%~90%时,采用对称张拉。
结语:随着预应力技术在公路桥梁中的广泛应用,我们要根据公路桥梁工程项目的具体特点,科学选择适用的预应力钢材,开展有效的预应力效应分析,不断加强技术创新,才能有效提高我国桥梁建设效率,保证我国公路桥梁质量安全。
参考文献:
【1】成扬公路桥梁施工中预应力技术探讨【J】内蒙古公路与运输2011(12)
【2】刘永公路桥梁施工中预应力技术研究【J】四川水泥2014(11)
【3】王亮公路桥梁施工预应力技术问题与对策【J】交通标准化2014(05)