现代预应力结构

现代预应力结构（精选10篇）

现代预应力结构 篇1

“现代预应力结构”是为结构工程学科和建筑与土木工程领域的研究生开设的一门专业选修课,与本科生的预应力课不同,这门课更加注重对基本原理的讲解,注重科研创新能力的培养,注重工程技术方面的训练。笔者在讲授“现代预应力结构”课程中,进行了一系列改革与探索,现与广大同仁分享。

一、课程改革意义

以特定的方式在结构构件上预先施加的,能产生与构件所承受的外荷载效应相反的应力状态的力称为预加力。预加力在结构构件上引起的应力称为预应力。预应力技术是结构工程中的一项关键技术,施加了预应力后,能使结构处于更好的受力状态,充分利用材料,减小截面尺寸,实现绿色环保;同时,预应力结构也能实现更大的跨度,增加结构的适用范围,建筑技术的发展和人们对绿色环保的需求,使预应力技术在现代建筑中体现出了越来越重要的作用。

“现代预应力结构”正是在这种大背景下,为研究生开设的一门专业选修课。由于研究生的培养目标与本科生不同,在这门课中,不仅要弄清基本原理,还要讲明其来龙去脉,将基本知识点与科研创新和工程应用相结合,让研究生更多地参与到课程当中,成为课程的主体,真正做到知识传授与能力培养并重。基于上述原因,有必要对这门课进行课程改革,以便更好地适应现代建筑的需求,出色完成人才培养。

二、课程改革目标

1.理论深度与工程应用相结合。研究生课程不再像本科生课程一样以知识讲授为主,而是要讲清各个知识点的基本原理、各种设计方法的来龙去脉,比如新旧规范设计方法的对比,预应力混凝土结构与普通混凝土结构设计方法的对比,在讲授基本理论的过程中,要做到深入浅出,并与实际工程应用相结合,引导学生掌握并运用基本理论,提高其解决实际工程问题的能力。

2.知识掌握与能力培养相结合。经过本科阶段的学习,研究生已经掌握了一定的基本知识,在这个阶段,应更加注重能力的培养,做到知识掌握与能力培养相结合。比如在课程伊始,让每个研究生准备一个时长约20分钟的演讲,演讲内容应体现自己的科研方向,并应与预应力课程相结合,在准备过程中,培养学生查阅资料、制作PPT和组织演讲内容等方面的能力;在演讲结束后鼓励其他同学进行讨论,并进行点评,调动学生的积极性,使其真正成为课堂的主体。再比如,在讲解预应力基本理论的过程中,结合自身的研究方向,告诉学生如何把预应力技术和木结构结合起来,从而形成一些新的结构体系,培养学生的科研创新能力。

3.平时训练与期末考核相结合。为了达到更好的教学效果,避免出现学生只注重结果而忽视过程的现象,采用平时训练与期末考试相结合的模式对学生进行综合考核。授课期间,根据课程进度,对课程内容进行小结,并对学生进行有针对性的训练,比如在讲完“等效荷载与线型”这一章以后,对预应力混凝土板设计的荷载平衡法进行介绍和总结,并布置一个以工程实例为背景的大作业;授课结束后,为了防止学生死记硬背,采用开卷形式进行期末考试,在期末试题中着重考察学生对基本概念的理解和应用。

三、课程改革措施

1.课程内容。作为结构工程学科和建筑与土木工程领域研究生的主要专业课程之一,“现代预应力结构”共计32个学时。根据实际情况,笔者将其分为八个部分进行讲授,这些部分的内容相对独立又彼此关联,基本涵盖了预应力理论体系的主要内容。课程的具体内容包括:第1章预应力专家、预应力建筑与桥梁作品、预应力参考书及预应力基本原理的介绍;第2章预应力材料;第3章预应力锚具及机具;第4章预应力施工工艺;第5章张拉控制应力与预应力损失;第6章等效荷载与线型;第7章预应力构件的裂缝与变形;第8章预应力构件的承载力计算。

3.考核模式。为了避免出现高分低能的现象,不同于传统单一的考核方法,笔者又将演讲及设计加入到总分计算中,最终总分由三部分组成,即PPT制作及演讲占总成绩的20%,预应力混凝土板的设计总成绩的20%,开卷考试占总成绩的60%。

首先,PPT制作阶段,通过严格要求PPT制作的质量,来训练和考察学生对基本office软件的应用水平,例如:PPT要做到用图片来体现讲述内容的主线,文字部分作为辅助或解说。其中,PPT中所用图片不应过少,图片内容应与文字直接相关,清晰、满布、不改变长宽比例,鼓励自行绘制的cad插图,绘制后应用墨水瓶插件插入到PPT中;PPT中的文字应能使听众看清,字号不应小于32号,并且做到分条叙述,不能出现整段的文字。演讲过程中,通过严格控制演讲时间和脱稿演讲来锻炼学生上台演讲的能力。

其次,预应力混凝土板的设计考察了学生对所讲荷载平衡法的实际掌握及运用程度,同时也应用到本科所学的知识,例如平法的表达、相关软件探索者的操作、板的构造措施的掌握等。

最后,开卷考试能够有效避免学生死记硬背的情况。它设置题型灵活,包括判断、简答、画图三种题型,通过判断考察大家对基本知识点的理解是否准确、扎实,通过简答考察大家对相关概念的熟悉程度和语言组织能力,通过画图题考察大家对实际工程中预应力筋线型布置情况的理解和掌握。

4.小结。在为期32学时的“现代预应力结构”课程中,笔者进行了较为系统的改革与探索,如通过将预应力技术与木结构相结合,启发学生进行科研创新;通过布置预应力混凝土板的设计作业,训练学生的工程能力;通过课堂演讲,提高学生查阅资料,整理信息和综合表达能力等。在课程结束以后,部分学生对教学效果进行了反馈,普遍反应这些改革措施效果良好,有利于培养研究生的综合能力。在今后的教学和科研工作中,笔者将继续进行大胆改革和创新,把学生培养好,不辜负自己的使命。

公路桥梁预应力箱梁结构施工探析 篇2

关键词：公路桥梁;预应力箱梁;结构施工

引言

近年来，随着社会的不断进步，国内交通方面的建设也有着突飞猛进的发展。尤其是在公路桥梁预应力箱梁这一点上，结构施工流程中的优点和传统的施工技术相比而言，提高了公路桥梁预应力箱梁的饱满度，大大加强了质量的保证。

一、设置台座的施工工艺

在箱梁施工中，为了避免台座会有不均匀沉降产生，在台座修建之前，应先在台座基底对深度为30cm，宽度超过箱梁宽度的基础进行开挖，端部对深度为50cm，长为500cm的枕梁基础进行设置，运用C30混凝土实施浇筑。然后对台座骨架钢筋进行安装，运用C30混凝土浇筑台座。确保台面的尺寸应符合梁底尺寸大小。在台面上进行钢板的铺设，并根据设计要求设置反拱度。采用角钢对台座外露的棱角进行包边处理，避免在使用过程中有掉角问题出现，台座上对两侧边模的对拉螺丝孔和吊梁钢丝绳槽进行预留。要求台座顶面和两侧必须达到平整光滑，使侧模的安装就位及箱梁底的平整度得到有效保障。对台座间的地面开展混凝土硬化和排水沟设置的施工，避免在施工过程中出现养生水向台座基底内渗入，从而导致台座下沉和开裂问题发生^[1]。

二、钢筋绑扎的施工工艺

1、在绑扎梁体钢筋时，应运用定位架和台座标红漆的方式对梁体钢筋的位置进行准确确定。在安装骨架的过程中，若钢筋对波纹管造成妨碍时，应运用钢筋避让的原则，禁止采用截断钢筋的方法，要求箍筋始终处于闭合状态。

2、运用梳形板作为行车道板模板，其构成是由厚度为8mm的钢板产生的，对其顶部进行挂线调整，之后再运用φ16通长钢筋绑扎加固顶部，避免有波浪及参差不齐的不良现象产生^[2]。

3、运用梅花形高强砂浆垫块对保护层进行控制。

三、波纹管安装的施工工艺

1、运用半圆形定位筋对波纹管实施固定，平直部分之间应有1.0m的间距存在，弯起部分则应保持0.5m的间距。为了使每一根定位筋的位置得到准确控制，在施工时应运用尺杆刻度定位法，即根据设计图将钢绞线的坐标给出，计算出波纹管底部定位筋的坐标，在方木尺杆上进行刻出，并在腹板处运用该尺杆将定位筋的位置划出，再焊接定位筋，这样即可使定位筋的准确性得到有效保障。

2、运用套接的方法对波纹管的接头进行处理，使其长度控制在30cm以上，同时由塑料胶布实施包裹，避免波纹管有漏浆问题形成。

3、波纹管安装好之后，应采用6cm外径的塑料管从波纹管穿过，使其发挥衬管的作用，避免波纹管有漏浆问题产生。

四、安装模板的施工工艺

1、运用定型钢模板作为箱梁进行安装时，应先彻底清除模板，使其达到干净状态，再对隔离剂进行涂刷，运用乳胶粘贴薄海绵对每节模板接缝间、模板与台座结合部进行操作，避免该部位有漏浆问题出现。运用整体式模板作为横隔板和封端，运用橡胶海绵在预留钢筋和模板之间进行止浆。运用粘胶条封堵或泡沫剂封堵的方式对两端预留钢筋和模板之间进行二次靠模止浆。

2、在安装模板之前，应必须实施报验，确保钢筋和模板达到合格要求之后即可进行扣模。

3、在加工负弯矩张拉槽模板时，为了将模板对预应力管道和钢筋的干扰得到避免，应结合预应力管道和钢筋的布置，将模板底部加工成梳子状。当安装完负弯矩预应力管道和钢筋之后，即可对张拉槽口模板进行安装，并运用有效的方法对模板实施加固。对负弯矩张拉槽口的梳型钢板安装的止浆情况进行检查，使槽口混凝土的密实状况得到有效保障。

4、在安装模板之前，必须开展一次抛光处理，并对隔离剂进行涂抹，对模板是否有变形、翘曲等问题进行仔细检查，要求侧楞始终处于顺直状态。

五、浇筑箱梁的施工工艺

1、结合混凝土的标号、腹板位置钢筋最小间距对混凝土的配合比进行确定，合理设计砂、石料、外加剂及水泥等级的选用，除了与混凝土强度和弹模要求得到满足以外，还应对混凝土浇筑的顺利以及混凝土外观质量得到有效保障。在施工过程中，应对混凝土的坍落度实施严格控制，通常保持在10～14cm范围内最为适宜。

2、避免混凝土表面有干缩裂缝产生，在梁体完成混凝土振捣浇筑之后，再运用木抹子对梁顶实施抹光，初凝之前再进行二次收浆处理，最后运用扫帚进行拉毛操作。

六、模板的拆除施工工艺

1、设置专业人员负责拆模施工，在拆除难度较大的位置，应对野蛮拆除进行尽可能避免，防止对混凝土的几何尺寸造成影响，会有缺边掉角的问题产生。

2、在拆除模板之后，对需要再次浇筑混凝土的梁段结合面运用专用的凿毛锤实施凿毛，避免由于较高强度造成施工工作難以展开。凿毛施工要彻底，全部找出光面和松散的混凝土。对梁端实施挂线凿毛，凿毛后应有新鲜骨料露出即可。

3、对横隔板底模对独立支撑进行设置，促使在侧模拆除之后，横隔板的底模仍能发挥支撑作用，避免横隔板和翼缘、腹板交界处有横隔板过早悬空导致裂纹的产生。

七、孔道压浆的施工工艺

1、完成张拉施工以后，应运用水泥砂浆对锚塞周围预应力钢筋间隙实施封锚，当封锚砂浆抗压强度小于10MPa时，不得开展压浆施工。

2、为了使孔道压浆达到流畅，并使浆液与孔壁得到良好结合，在压浆之前，应运用压力水对孔道实施冲洗，并将积水彻底清除。通过压风机进行吹干。

3、运用砂浆搅拌机对水泥浆进行拌和，根据配合比在压浆时开展灰浆的配制，使灰浆能够向孔道内的顺利压入得到保障，应对灰浆实施过筛，并在浆桶内进行储放，通过低俗搅拌使其有足够数量存在，应该一次连续地将每根孔道压浆进行完成。对灌入孔道的延续时间得到有效调制，根据实际气温的情况进行确定，通常应不得超过30～45min。

4、应缓慢均匀地开展压浆施工，运用一端压浆的施工工艺，当另一端排水孔有浓浆冒出以后，对排水孔实施封口加压，通常情况下，压浆的最大压力应保持在0.5～0.7MPa范围内，进行3～5min的持压，将压浆阀关闭，向另一束转入，对全梁进行压浆处理^[3]。

八、封端施工

完成孔道压浆之后，应对梁段水泥浆进行彻底清洗，同时将支承垫板、端面、锚具混凝土表面的污垢进行彻底清除，并凿毛端面混凝土，然后对端部钢筋网实施焊接固定，等短模板支撑和立模之后，对梁体全长实施复核，使其满足允许误差的标准规定。拌制与梁体混凝土标号相同的封端混凝土，开展封锚操作。在浇筑过程中，应对振捣工作进行仔细运用，确保锚具位置的混凝土密实得到保障。当封锚混凝土达到要求强度之后，再对架梁施工进行运用。

结束语

综上所述，在预应力箱梁施工中，预应力能够正确建立并达到设计要求的关键是预应力张拉施工和孔道压浆施工，对构件的使用安全产生直接联系，必须严格按照设计规范要求进行施工，通过中介该工程施工过程，对宝贵的经验得到积累，为后期相同工程质量的提升产生极为重要的作用。

参考文献：

[1]赵渝.公路桥梁预应力施工管理措施[J].交通世界（建养.机械），2013（07）：276-277.

[2]吴勇.论预应力箱梁结构施工质量管理[J].民营科技，2010（10）：230.

现代预应力结构 篇3

预应力技术从工程实际应用到现在才半个世纪多, 但是由于预应力混凝土具有结构安全可靠、节约材料、自重较小、构件的抗裂性好、刚度大等优点, 得以迅速发展, 应用范围越来越广泛, 应用数量日益增多。预应力技术在20年代40世纪后得到广泛发展, 在轨枕、电杆、压力水罐、水塔、单层多层高层建筑、地下建筑、高耸建筑、海洋结构、桥梁、公路、机场跑道、核电站压力罐等各领域得到广泛应用。这种新颖结构技术的应用涉及到预应力高强钢材、混凝土的性能、工艺、设备、设计、制作、施工等方面的诸多问题, 经历了较长的发展过程。

我国在20世纪50年代开始试验研究预应力混凝土结构。最初试用于预应力混凝土轨枕, 之后于1956年在陇海线成功建成一座28×23.8 m跨新沂河的预应力混凝土铁路梁;1957年京周公路上也修建了一座跨径为20m的装配式后张预应力混凝土简支梁桥。此后预应力混凝土结构在我国桥梁建设中的应用发展迅速, 应用范围也扩大到高层建筑、海洋工程压力容器、基础工程等新领域, 并随着高性能混凝土的采用, 施工工艺的不断创新, 计算理论的不断完善, 设计思想的不断发展而发展。

2 预应力技术在桥梁工程中的应用特点

预应力技术应用广泛, 现代预应力技术在桥梁中的应用, 体现的桥梁形式分别为:钢筋混凝土梁式桥、斜拉桥、悬索桥 (吊桥) 等。正是基于预应力技术的日益成熟和完善, 使得更大跨径混凝土梁桥的建造成为可能。桥梁结构领域中, 预应力技术既是一种结构手段, 又是与施工方法结合形成一整套以节段式施工为主体的预应力施工工法或专利, 主要有预应力悬臂分段施工技术、分段顶推施工技术、移动模架逐孔施工技术、块体节段拼装技术、大节段预制吊装技术等。这些施工技术与预应力技术是紧密相关的。现有桥梁的改造、加固技术亦是研究开发方向。

预应力混凝土梁桥, 除了具有钢筋混凝土梁桥的所有优点外, 它的主要特点是:

1) 预应力混凝土结构, 由于能够充分利用高强度材料 (高强度混凝土、高强度钢筋) , 所以构件截面小, 自重弯矩占总弯矩的比例大大下降, 桥梁的跨越能力得到提高。

2) 与钢筋混凝土梁桥相比, 一般可以节省钢材30~40%, 跨径愈大, 节省愈多。

3) 全预应力混凝土梁在使用荷载下不出现裂缝, 即使部分预应力混凝土梁在常遇荷载下也无裂缝, 鉴于全截面参加工作, 梁的刚度就比通常开裂的钢筋混凝土梁要大。因此, 预应力梁可显著减少建筑高度, 使大跨径桥梁做得轻柔美观。由于能消除裂缝, 这就扩大了对多种桥型的适应性, 并提高了结构的耐久性。

3 预应力技术在桥梁工程中的应用

3.1 预应力混凝土连续梁桥

3.1.1 预应力混凝土连续梁桥发展

预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种它具有整体性能好结构刚度大变形小抗震性能好特别是主梁变形挠曲线平缓, 桥面伸缩缝一般仅设二道, 行车舒适等优点。加上这种桥型的设计施工较成熟, 施工质量和施工工期能得到控制, 成桥后养护工作量小。预应力混凝土连续梁的适用范围一般在150m以内, 上述种种因素使得这种桥型在我国公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。

3.1.2 工程实例泸溪沅水大桥

泸溪沅水大桥是长沙至重庆公路通道湖南省常德至吉首高速公路跨越沅水上的一座特大型桥梁。大桥桥面分两幅布置:1.5m (人行道) +0.5 m (防撞墙) +10.75 m (行车道) +2.0 m (中央分隔带) +10.75m (行车道) +0.5 m (防撞墙) +1.5 m (人行道) , 桥面总宽29.00 m。航道等级Ⅳ- (1) 级;设计洪水频率1/300, 设计荷载:汽车-超20级, 挂车-120级, 人群荷载3.5k N/m2。主桥设有0.5%的纵坡和竖曲线, 有部分平曲线进入大桥, 桥面设双向2%的横坡。

泸溪沅水大桥主桥设计为68m+3×110m+68m预应力砼变截面悬浇连续箱梁, 引桥设计为17×40 m预制预应力砼先简支后连续T梁, 大桥全长1161.80m。桥型布置见图1。

主桥悬浇连续梁预应力体系采用三向预应力。纵向预应力束根据张拉的时间与形状不同可分为前期直束、前期下弯束和后期束, 前期直束与前期下弯束在浇筑“T”时进行张拉, 后期束在“T”浇注完毕以及前期直束和前期下弯束张拉完成后, 主桥合拢时或成桥后进行张拉。

本例中使用预应力连续箱梁, 预应力混凝土连续箱梁桥的跨径可达300m左右, 在这个跨径领域内, 它可与钢桥竞争。箱形梁的优点是抗扭刚度大, 适用于曲线桥及承受较大偏心荷载的直线桥。箱形梁主要有预应力混凝土箱形连续梁和钢箱形梁。从预应力混凝土连续梁桥的受力特点分析, 连续梁的立面以采用变高度的布置为宜。同时, 采用悬臂法施工的连续梁, 变高度梁又与施工的内力状态相吻合。另外, 采用的变高度梁使梁体的外形和谐, 节省材料并增大桥下净空。

在设计上, 箱形截面可极大地发挥预应力的效用。可提供很大的混凝土面积用于预应力束的通过, 更关键的是可提供较大的截面高度, 使预应力束有较大的力臂。

3.2 斜拉桥

3.2.1 斜拉桥的发展

斜拉桥又称斜张桥, 属于组合体系桥梁, 其上部结构由主梁、拉索、塔三类构件组成, 是种桥面体系以加劲梁受压 (密索) 或受弯 (稀索) 为主、支承体系以斜拉索受拉及桥塔受压为主的桥梁。其主要特点是利用索塔引出斜拉索悬吊梁跨。这种悬吊作用相当于在梁跨下面设置若干弹性中间支承。这样可以大大减小梁跨的弯矩, 提高梁的跨越能力。

3.2.2 工程实例郑州黄河公铁两用大桥

郑州黄河公铁两用大桥是京广客运专线及河南郑州-新乡城际公路跨越黄河的特大公铁两用桥。主要技术标准:一是铁路, 双线客运专线, 设计速度350km/h。二是公路, 一级公路, 双向6车道, 设计速度100km/h。两岸大堤之间为公铁合建段, 长约9.2km, 采用上下层布置方式, 公路在上层, 铁路在下层。主桥分两联布置, 总长1 684 m。第一联采用120m+5m×168m+120m六塔单索面部分斜拉连续钢桁结合梁方案。第二联采用5m×120m连续钢桁结合梁方案。

上层公路桥面宽32.5m, 设双向6车道, 下层铁路桥面为双线客运专线。主桁采用无竖杆的三角形桁式, 桁高14m, 节间距12m。横向布置为三片桁, 中桁垂直, 边桁倾斜, 下弦桁间距8.5m, 上弦桁间距12 m, 见图7。斜拉索为单索面布置, 桥塔布置在桥梁中心线上, 索、塔与中主桁相接, 桥塔采用钢箱结构, 塔高37 m, 主塔立面布置为“人”字形, 每个主塔布置有5对斜拉索。

本桥采用了预应力箱梁, 同时体外预应力索。体外索在预应力混凝土结构中的使用是近来建筑工业发展的方向之一。使用体外预应力技术的桥梁工程具有以下优点:1) 由于板内没有安装管道, 减小了板的厚度, 从而减轻了桥梁的重量;2) 预应力索安装简便;3) 易于检查预应力索, 有利于索的养护;4) 预应力索的替换或者再次张拉成为可能;5) 大大地缩短施工工期, 特别是使用预制分段拼装方法施工的桥梁。高性能轻质材料的使用减轻了结构的自重。

3.3 悬索桥

3.3.1 悬索桥的发展

悬索桥又名吊桥, 是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁。由于悬索桥可以充分利用材料的强度, 并具有用料省、自重轻的特点, 因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大, 跨径可以达到1000米以上。悬索桥的主要缺点是刚度小, 在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动, 需注意采取相应的措施。

预应力钢筋混凝土吊桥是将预应力梁中的预应力钢丝索作为悬索, 并同加劲梁构成自锚式体系, 1963年建成的比利时根特的梅勒尔贝克桥和玛丽亚凯克桥, 主跨径分别为56米和100米, 就是预应力钢筋混凝土吊桥。

3.3.2 工程实例 (日本明石海峡大桥)

日本明石海峡大桥, 位于本州岛与四国之间, 主跨1991米 (960+1991+960) , 全长3910米, 为三跨二铰加劲桁梁式吊桥, 钢桥283米, 高出333米桥宽35.5米, 双向六车道, 加劲梁14米, 抗震强度按1/150的频率, 承受8.5级强烈地震和抗150年一遇的80m/s的暴风设计, 为目前世界上跨度最大的悬索桥。

该桥2根主缆直径为l122mm, 为世界上直径最大的主缆;主缆钢丝的极限强度为1800MPa, 也是世界记录。主缆由预制平行钢丝束组成, 这项工艺也适用于同样规模的悬索桥。牵引钢丝由直升飞机牵引跨越明石海峡, 这是世界上首次应用的新工艺。

4 预应力技术在桥梁工程中应用的展望

4.1 预应力技术的优势与发展

我国钢筋混凝土桥梁建设相对于发达国家相比发展缓慢, 已建成的桥梁现在也慢慢产生问题, 对已建桥梁加固维修成为现实。桥梁加固自然成了必须考虑的方案, 而运用体外预应力加固桥梁结构是目前比较新颖的技术, 尤其是在大桥的加固方案必选中往往成为首选。

4.2 未来第一桥

悬索桥被认为是目前可以建造跨径最大的桥梁结构形式, 未来的世界第一桥意大利墨西拿海峡大桥:

据有关资料, 意大利政府是在2003年8月1日正式批准修建墨西纳海峡大桥计划的。按照设计方案, 墨西拿海峡大桥的桥身长3, 690米, 加上两端的引桥, 总长度为5, 070米。此外, 还有四根长5, 300米的钢索和两座高达400米的塔 (比埃菲尔铁塔还高) , 这两座塔的整体结构将耸立在距海平面65米处。大桥一旦建成, 根据设计能力, 每小时汽车的通行能力将达到4, 500辆, 火车日通行量为200列。

建成后的墨西拿海峡大桥将以最短距离连接西西里岛和亚平宁半岛上的卡拉布里亚区, 火车、汽车通过海峡仅需3分钟。该桥主跨3, 300m, 建成后将超越目前世界第一大悬索桥———日本明石海峡大桥 (主跨1, 991m) 成为世界最长的悬索桥。

这么大型的工程不是一朝一夕能够实现的, 长达24年的设计工作终于拿出了最后设计方案, 选择了3300m的单跨悬索桥。

体外预应力技术是将预应力筋束布置在主体结构外部, 通过锚固端和转向装置来传递预加应力。很多伟大的工程得以实现, 体外预应力起着非常关键性的作用。

5 结语

我国自五十年代以来, 预应力技术发展迅速, 特别是近十年来改革开放以后, 迎来了我国桥梁建设的黄金时期。21世纪将会对预应力张锚机具、预应力结构的防腐蚀、耐久性、防火性能、抗震性能及结构设计创新等方面取得更大的成就。

摘要：本文介绍了预应力技术在桥梁工程中的应用特点, 并且通过举具体工程实例进一步进行分析说明。最后展望了未来预应力技术的发展。

关键词：预应力混凝土桥梁,预应力技术,发展趋势

参考文献

[1]彭德运, 王立新.意大利墨西拿海峡大桥设计概述[J].铁道建筑技术, 2003.

[2]李青松, 田安国.预应力CFRP技术在桥梁加固中的应用[J].世界桥梁, 2008.

[3]吕忠达.杭州湾跨海大桥关键技术研究与实施[J].土木工程学报, 2006.

现代预应力结构 篇4

关键词：框架预应力;锚杆边坡支护结构;抗震简化设计

1 引言

我国是一个地震高发国家，尤其是对于部分地区的山区道路来说，如果出现等级较高的地震，那么则将会对道路边坡造成非常大的影响，且直接会对当地的公路、铁路、建筑以及水利水电工程等造成非常大的影响。以我国2008年发生的汶川地震为例，其在地震过程中由于道路边坡失稳而出现的事故占据整个地震总损失的30%左右。而在我国目前各地区大力开展道路桥梁建设的背景下，就更需要我们能够对边坡的抗震性引起充分的重视，从而以此来保证建筑的安全运行。

2 支护结构震害分析

在边坡支护发生震害情况时，其主要的表现就是其锚杆、锚头容易出现被损坏的情况，且会使框架以及挡土板也会随之出现一定的破坏，其中，锚头之所以出现破坏的情况主要是因为其钢垫板位置的混凝土强度承载力不足而在地震情况下时容易出现破碎的情况，且垫板也会因为强度问题而出现变形以及凹陷的情况、锚头螺栓也会出现滑脱的情况。其中，锚杆出现被破坏情况的非常重要的一类形式就是因为锚杆自身会因为其所具有的强度不足而出现被拉断的问题，且会使土地同锚固体间因为摩阻力不足而受到破坏。而对于挡土板来说，其出现破坏则是因为在地震较强的冲击作用下，使其因为受剪、受弯以及受冲而使局部承压能力不足而出现被破坏的情况。

对于框架破坏问题而言，其分为弯曲破坏、剪切破坏以及局压破坏，当地震发生时，其节点位置则是整个框架受到损害最大，也是最容易受到损坏的位置。由于框架梁柱节点位置所出现的破坏问题经常出现在弯曲变形且剪跨比较大的区域，这就会使其在地震发生时在剪力以及弯矩的共同作用下使保护层脱落、混凝土开裂，进而造成较大的损坏。而在梁柱的接点位置，梁所受到的地震影响要较轻于柱的影响，且柱底震害也没有柱顶位置的震害严重，其发生破坏的位置也通常处于框架梁柱中间以及立柱接点附近。另外，支护结构的外部以及内部失稳情况共同组成了失稳问题，如果锚固段土体情况较为稳定，且长度够，则容易出现内部失稳，而如果边坡土体不是非常稳定，而锚杆长度不足，则容易出现外部失稳的情况。

3 支护结构抗震简化设计

3.1 地震作用计算

根据我国建筑边坡的相关技术规范，其明确的规定了在岩石基坑边坡处可以根据情况不同对地震荷载进行考虑，而对于我国目前7以及7度以上的边坡、以及中等风化、强风化以及全风化的岩质边坡来说，则应当能够对地震荷载作用力进行考虑，并可以在设计时忽略地震竖向加速度因素。根据拟静方式的计算，我们则可以将土地在地震情况下所产生的地震力划为静荷载，并将其作用在相关的支护结构之中。在这种前提下，我们则将地震情况下水平面同边坡滑移面的夹角设为：

在上式中：

其中，δ为挡土结构同土体间具有的摩擦角、g为加速度，ψ为土体摩擦角。

而当边坡属性为弹性时，地震响应则会根据坡高度的提升而出现放大的情况，而为了能对我们的设计方式进行简化，我们则通过边坡加速度的相应系数对其进行计算，并将其相应系数在7、8、9防烈度下分别设置为3、2.5以及2。

3.2 框架锚杆抗震计算

在锚杆的框架结构中，其主要由立柱、横梁以及挡土板这三者所组成，且由这三者共同形成一种形似楼盖的竖向梁板结构体系。对于框架锚杆支护结构来说，我们对其计算时主要有下列几个方面：

3.2.1 挡土板计算

在一般情况下，横梁间距同立柱间距的值较为相近，且我们也可以通过双向板结构的形式对挡土板进行计算。首先，我们需要对其支撑情况进行分类：第一种是一边简支、其它三边固定的方式;第二种则是四边都固定的形式，以此来作为具有临时性的支护，且在不计算其面板的基础上根据其构造情况来选择适当的配筋数量以及混凝土厚度。而在永久性支护方式中，我们则需要对其挡板进行全面的验算以及抗震设计，并保证挡板厚度应当大于10cm以上。

3.2.2 横梁及立柱的计算

在对两者计算前，首先我们需要能够在联系其所具有荷载情况的基础上将结构分为横梁以及立柱两个计算点，之后再将两者以不同的计算方式画出不同的计算简图来进行计算，其计算单元如下图所示：

图1 横梁、立柱划分单元情况

在上图中，S_x为立柱的间距，通常我们会以均匀的方式对其进行布置。而S_y则为横梁间距，我们在实际布置时可以根据其锚杆位置的不同而对其灵活布置;η₁和η₂则分别为立柱计算系数以及横梁计算系数，而根据荷载等效的原理，我们将这两个值都取为0.75。

3.2.3 锚杆计算

对于地震所出现的锚杆破坏情况来说，其可以根据损坏情况的不同而分为断裂以及拔出这两种类型。

对于断裂情况的验算，其公式如下所示：

在上式中，f_y为锚杆抗拉强度，d_j为不同根锚杆钢筋所具有的直径，E_j则为不同根锚杆其动土、静土压力所具有的组合值。

而对于拔出情况的验算，其公式如下所示：

这是因为在地震力的作用之下，满足上述条件才能够保证锚杆在具有足够摩阻力的条件下避免出现拔出的情况，其中，τ_j为不同层锚杆土地同锚固间的剪应力，D_j为不同锚固体所具有的直径，而L_j则为不同锚杆所具有的锚固段长度。

4 结束语

在上文中，我们对于框架预应力锚杆边坡支护结构抗震简化设计方法进行了一定的研究，而在实际设计时，也需要我们能够从多方入手，以更为合理的设计方式保证边坡防震质量。

参考文献：

[1]叶海林，郑颖人，陆新，李安洪.边坡锚杆地震动特性的振动台试验研究[J].土木工程学报.2011（S1）：152-157.

[2]石玉成，秋仁东，孙军杰，胡明清.地震作用下预应力锚索加固危岩体的动力响应分析[J].岩土力学.2011（04）：1157-1162.

预应力箱梁结构设计分析 篇5

预应力箱梁结构设计的基本原理就是在钢梁的受拉侧位置上进一步的配置具有较高强度的钢索, 这样对比于一般的组合梁的受力情况, 这种钢梁的预应力便更大了, 同时钢梁对外荷载所产生的挠度与弯矩会有一定的相互抵消, 这样便是相对的提高了钢梁的抗荷载能力, 也大大降低了钢梁在外荷载的作用下所。

2 预应力箱梁的结构构造

2.1 箱梁腹板及厚度

一般情况下, 箱梁钢束及腹板内各钢筋的构造决定了箱梁腹板的厚度, 同时箱梁的腹板的支点附近还应满足箱梁截面抗剪的强度要求, 箱梁的厚度一般采取渐变的处理方式, 箱梁支点段厚度为60cm, 跨中段腹板厚度为45cm左右。

2.2 箱梁顶底板及厚度

箱梁箱室的宽度决定了顶底板的厚度, 通常情况下, 箱梁顶底板的厚度必须大于20cm。当箱梁为变高连续箱梁时, 箱梁的顶板及底板均为24cm等厚, 支点处厚度渐变为48cm;当箱梁为等高箱梁时, 顶板及底板均为等厚22cm, 则箱室变宽处厚度为24cm。另外在确定箱梁顶底板厚度时, 还用注意满足箱梁内部的普通钢筋及预应力钢筋的保护层的保护要求。

2.3 箱梁悬臂及其长度

一般情况下, 箱室数及桥宽决定了箱梁悬臂的长度, 箱梁悬臂的长度通常都小于3cm。

2.4 箱梁的跨径布置与横断面

箱梁的跨径布置方式一般有不等跨布置和等跨布置两种处理方式。通常情况下, 等截面的连续箱梁的高跨比为1比15到1比20, 边中跨比为1比15到1比25。而变截面箱梁的支点截面处的高跨比一般为1到15和1到25, 跨中截面处的高跨比为1比25到1比40, 同时在对变截面箱梁箱底进行设计时, 一般采用二次变化抛物线的形式, 这种形式不但满足了受力的要求, 也使整个箱梁梁体更加美观及匀称。

箱梁主要有四种截面形式, 分别为单箱单室、多箱单室、单箱多室和多箱多室。实际工程中, 桥宽小于13cm的采用单箱单室, 13到17cm的采用单箱双室, 17到21cm的为单箱三室, 大于21cm的为单箱四室。进行箱梁结构设计时, 注意箱梁与底板和顶板的连接处设置圆弧角并且箱梁边腹板使用斜腹板。

3 箱梁的钢束的配束方式

不同的箱梁的施工方法对钢束的配束方式有着至关重要的影响, 另外, 不同的桥梁结构体系、不同的结构形式甚至是不同的受力情况都会影响预应力箱梁的配束方式。

3.1 施工方法的确定

中小跨径的预应力连续箱梁由于其配束形式比较简单并且不存在质量转换, 因此采用满堂支架整体现浇的施工方法进行施工。为了避免由于张拉过大的钢束而导致预应力的过度损失, 施工箱梁的联长应在150米以内。如果联长超过了150米, 则应该分阶段施工, 分阶段张拉并且使钢束设置连接器, 施工缝的位置大约设置在4分之一的联长处。在实际的施工过程中, 大部分都采用一次性的满堂支架整体现浇, 只有5跨一联和4跨一联分两个阶段进行施工。

施工时, 应尽量在靠近腹板的位置配置钢束, 为了提高钢束的利用率, 仍然不够是可以腹板的倒角处进行布置。采用通常钢束并且减少短束, 这样可以有效的减少齿轮数量及张拉次数。钢束的布置形式应考虑施工顺序及施工缝并且应根据钢束的张拉空间及锚固进行布置。

3.2 箱梁钢束张拉端的处理方式

在工期安排比较紧张的情况下, 张拉端主要有以下三种处理方式:

3.2.1 在端横梁处开槽口会对横梁的受力产生负面影响。

3.2.2 钢束通常在腹板弯起时并直接在腹板顶部进行锚固。

最小的锚固尺寸是锚固面根据钢束大小所决定的, 如果同一排钢束同时弯起就会整个截面受力产生极为不利的影响。如果分开弯起, 则弯起段就会很长, 若对腹板开口就必须切断腹板的箍筋膜, 对受力也是不利的。

3.2.3 腹板钢束必须在腹板的范围内平弯直至张拉完成。

所以实际状况中采用第二和第三种相结合的办法对钢束张拉端进行处理。当工期不紧的时候, 采用正常的张拉端处理方式并有效的安排浇筑顺序, 确保对结构的受力影响最小就可以了。

3.3 箱梁钢束施工缝的处理方式

采用满堂支架施工时, 为了避免预应力的过度损失, 张拉钢束的长度不要过长, 所以在施工缝处应合理而有效的处理钢束的布置形式。在实际对箱梁进行结构设计时, 一般有对施工缝的处理有两种处理方式:一是钢束在腹板处直接进行平弯操作, 并且跟梁端的张拉方式一样进行锚固。注意在需要施工缝处按要求对腹板进行加厚处理。二是钢束在腹板处进行平弯以及竖弯, 在平弯和竖弯操作时注意梁高及钢束的大小, 不宜过大。当进行平弯以及竖弯时, 腹板的锚固面上会呈现竖排排列的形式, 这样会多出钢束, 多出的钢束需要在腹板底板位置处进行张来, 注意施工缝需要局部加厚。对比这两方法, 第一种相对简单, 第二种由于需要平弯以及竖弯的操作, 不宜进行操作, 所以从是否容易操作的角度来讲, 建议选择第一种处理方式。

3.4 预应力箱梁配束计算时需要考虑的问题

3.4.1 箱梁的内力分析一般有空间分析以及平面杆系两种分析方法。

半径较小的桥梁一般选用空间分析的方法进行内力分析;而半径较大或者是直线的桥梁采用平面杆系的方法进行内力分析。鉴于整个工程的计算量大并且类型也较多, 为了使调束更方便, 建模更迅速, 通常选用Midas或是桥梁博士等软件进行结构内力分析。

3.4.2 预应力箱梁构件设计有两种设计方法:

部分预应力A类构件设计以及全预应力构件设计。由于新出台的新桥规对桥梁的耐久性能要求更高, 对截面应力的控制要求也更高, 因此现阶段的大部分工程均采用全预应力构件设计进行计算。

3.4.3 结构内力的计算包括两部分:

可变荷载内力计算以及永久荷载内力计算。可变荷载内力通常受温度梯度、人群荷载以及汽车荷载等外力影响。而永久荷载内力则主要受桥梁自重、收缩徐变、桥面系自重等客观条件所影响。

通过以上论述, 对预应力箱梁的结构设计进行了分析, 并对预应力箱梁的基本原理、结构构造及配束方式等问题进行了较为详细的探讨及研究。目前, 我国的预应力箱梁结构设计还并不完善, 施工工艺也并谈不上绝对的成熟, 这就需要所有的工程设计以及施工人员共同努力。只有的不断的总结并完善现有的结构设计以及施工工艺, 才能够建造出更耐用、更经济、更完美的精品工程项目。

参考文献

[1]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社, 2002.

[2]周先念.预应力混凝土斜拉桥[M].北京:人民交通出版社, 1994.

[3]唐环澄.桥梁建筑艺术[M].上海:明文书局出版社, 1987.

[4]洪锦如.桥梁结构计算力学[M].上海:同济大学出版社, 1998.

预应力钢管混凝土结构 篇6

尽管钢管混凝土结构在承受压力作用时, 由于钢管约束了混凝土, 使混凝土三向受压, 提高了混凝土的抗压承载力, 使混凝土由脆性变为塑性;钢管由于核心混凝土的存在, 其局部屈曲失稳得到了有效的防止, 其纵向承载力也得到充分发挥, 但是钢管混凝土结构也有其工作上的缺陷, 极大地限制了其应用, 具体的缺陷表现在以下几个方面:

1) 钢管混凝土仅适用于小长细比的轴心受压和小偏心受压构件, 对于大长细比的轴心受压、受弯和大偏心受压构件, 承载力的提高效果并不显著;而作为受拉构件时, 核心混凝土不参加工作, 只是钢管受力, 承载力与空钢管轴心受拉基本相同。2) 钢管对核心混凝土的被动箍紧力出现太迟, 构件在弹性阶段和弹塑性阶段的承载力没有提高, 塑性阶段承受荷载的能力虽能得到大幅度提高, 但是也将产生很大塑性变形。此外, 受荷初期增加的侧向拉应力还将使核心混凝土提早开裂。3) 一些承受移动荷载作用的构件如桥墩、拱肋、吊车柱等往往存在偏心受压状态, 这些因素的综合影响, 使构件的受压性质发生了变化, 从而进一步降低构件的承载力。

2 预应力钢管混凝土的提出

为了扩展钢管混凝土结构的应用范围, 进一步发挥它的特点, 研究者们将预应力技术运用到钢管混凝土结构中, 充分发挥两者的优越性, 提出了“预应力钢管混凝土结构”。这种结构是指在钢管混凝土构件中加设高强钢部件, 施加预应力, 从而改变构件中的内力分布, 使钢管混凝土构件部分承受轴心压力或小偏心受压。这样, 预应力钢管混凝土结构不仅可以作为长细比较大的长柱和大偏心受压构件, 而且还可用于受弯构件, 这就使得钢管混凝土的应用领域大为扩展。

3 预应力钢管混凝土的特点

预应力钢管混凝土结构除具有钢管混凝土结构的优点外还具有以下特点:1) 通过预应力技术传递部分荷载, 减小结构内力, 对于预应力连续梁还能够调整整个结构的内力分布;2) 针对内力大的杆件施加预应力, 预应力筋通过钢管混凝土承担绝大部分使用荷载, 用高强钢材代替普通钢材, 能使预应力筋强度高的优势得到充分发挥;3) 多采用无粘结预应力结构, 钢管和混凝土对预应力筋具有明显的保护作用;4) 在预应力施加阶段, 借助钢管对核心混凝土的套箍约束作用, 可使核心混凝土获得较大的预紧力, 核心混凝土在使用荷载作用下不出现裂缝, 构件刚度变大;5) 增加结构刚度和自振频率, 减少结构变形和动力影响, 增大结构跨度, 提高结构承载力;6) 对桁架、网架等结构施加整体预应力, 可调整结构内力, 结合支座位移和反力调整, 减小内力峰值, 使结构受力更合理、更优化。

4 预应力钢管混凝土的结构形式

4.1 轴心受力构件

将预应力筋放于管轴内, 并在钢管内灌注混凝土, 形成预应力钢管混凝土轴心受力构件。它既能提高抗压性能, 又能提高抗拉性能, 可用于轴压或轴拉构件。为方便施工, 也常将预应力筋放于钢管外, 形成撑杆式预应力钢管混凝土柱。施加预应力后, 撑杆对构件产生扭转约束和线位移约束, 从而提高其临界压力和稳定性。

4.2 受弯构件

当构件承受弯矩时, 可根据弯矩分布图形, 配置直线形、折线形、抛物线形预应力筋, 就像普通预应力混凝土结构一样。若弯矩较大或为方便施工, 可将预应力筋配置在体外。配筋的原则是获得最大的反向弯矩及最小的轴向压力。根据荷载的形式不同, 在构件上布置不同线形的预应力筋, 这样做可以平衡掉对结构构件产生弯曲应力和变形的那部分荷载。若外荷载全部被预应力所平衡, 则构件在外荷载和预应力共同作用下将成为一个轴向受压的结构, 即只受到轴压力的作用而没有弯矩, 也没有竖向挠度, 但这只是理论上的假设, 实际上一般很难完全抵消外弯矩, 故只能使构件由受弯改变为压弯构件, 充分利用钢管混凝土的受压特性和预应力筋的高强抗拉特性。

4.3 压弯构件

钢管混凝土特别适合用于轴心受压或小偏心受压构件, 但抵抗大偏心荷载的性能却不如钢筋混凝土柱出色。因为偏心率、含钢率和混凝土强度等级对钢管混凝土偏压短柱的力学性能有影响, 其中以偏心率的影响最大。偏心率较小时, 套箍力产生较早、发挥较充分, 其受力性能与轴压短柱类似。随着偏心率的增大, 受压区钢管混凝土的组合材料泊松比不断降低, 钢管对混凝土的套箍作用受到削弱。为了有效地提高偏心受压柱的承载力, 可在体内加偏心预应力, 使钢管产生预压偏心, 其方向与荷载偏心方向相反, 这样可减小荷载的偏心距使柱接近承载力较高的小偏心受压柱。为此, 采用在钢管内部预先施加反向偏心预应力筋的方法, 发挥钢管混凝土抗压强度高的特点, 克服截面惯性矩相对较小的弱点;同时改变其受力状态, 使大偏压接近小偏压, 减小偏心率, 增大柱子的承载能力。

4.4 拱结构

拱属于有推力的结构体系, 当拱轴线选择合理时, 拱体主要承受压力, 适合于采用钢管混凝土结构。拱的推力对拱身工作有利, 但却增加了支座的负担, 特别是在平原地区地基基础不能抵抗水平推力的情况下, 极大地增加了支座造价。为此, 利用内力平衡原理, 在拱脚处设置拉杆, 以承受拱的部分推力;如果再在拉杆中施加预应力, 将水平推力由预应力体系来平衡, 与压拱组成无推力或小推力的拱架结构体系, 成为内超静定外静定的结构, 可以大大减轻支座负担, 取得最大的经济效益。

4.5 桁架结构

在钢桁架中施加预应力, 可以把个别构件 (主要是拉杆) 做成预应力杆, 也可以对整个桁架施加预应力。根据计算分析, 对于预应力钢结构而言, 不论采用何种形式桁架和何种预应力索布置, 与未施加预应力的桁架相比, 腹杆和下弦杆比较省钢, 而上弦杆并不省钢。原因是钢压杆需要承担强度和稳定的要求。为此, 在压杆内灌注高强度混凝土, 协助钢压杆承受压力, 从而解决了强度、刚度和稳定问题, 大大节约用钢量, 改善结构的特性;同时由于利用了混凝土良好的抗压能力和索的高抗拉能力, 并可调整整个结构内各部分内力的分配, 使构件内力分布合理, 改善结构的性态, 使受力变形性能达到最佳状态。

5 结语

预应力技术的引进, 使得钢管混凝土的受力性能得到改善, 扩大了其应用的领域, 推动了钢管混凝土结构的进一步发展。

摘要：尽管钢管混凝土结构在承受压力作用时, 由于钢管约束了混凝土, 使混凝土三向受压, 提高了混凝土的抗压承载力, 使混凝土由脆性变为塑性;钢管由于核心混凝土的存在, 其局部屈曲失稳得到了有效的防止, 其纵向承载力也得到充分发挥, 但是钢管混凝土结构也有其工作上的缺陷, 极大地限制了其应用。

关键词：预应力,钢管混凝土,结构形式

参考文献

[1]钟善桐.钢管混凝土结构应用范围的扩展[J].哈尔滨建筑工程学院学报, 1994.

预应力混凝土结构配筋计算 篇7

关键词：预应力混凝土,配筋,预应力度,拉应力综合系数

预应力混凝土结构具有抗裂性能好、刚度大、耐久性好、综合经济效益高等优点,在工程中应用越来越广泛。在其设计理论中,合理选配预应力筋是关键。总结常用的配筋计算方法,可归纳为三种:内力比(应力比)预应力度法、荷载平衡法、强度比预应力度法。预应力筋数量计算公式可根据相应的预应力度定义推导。

1 以往常用方法

1.1 内力比(应力比)预应力度法

内力(弯矩或轴力)比预应力度λ,对受弯构件,定义为构件控制截面的消压弯矩与使用荷载作用下的弯矩之比;对轴心受拉构件,定义为构件控制截面的消压轴力与使用荷载作用下的轴力之比[5,6],表达式为:

式中,M0(N0)为消压弯矩(轴力),使受弯(轴心受拉)构件控制截面受拉边缘混凝土预压应力抵消至零时的弯矩(轴力),可按下式计算:

式中,σpc为由有效预应力引起的控制截面边缘预压应力;W0(A0)为换算截面的弹性抵抗矩(面积);M(N)为使用荷载(不包括预应力)标准组合下控制截面的弯矩(轴力)值。如果截面不开裂,可按下式计算:

式中,σck为使用荷载标准组合下控制截面边缘的混凝土拉应力。

由以上定义可知,如果在使用荷载作用下截面不开裂,可进行如下转化:

得到统一的应力比预应力度λ,定义为有效预压应力σpc与使用荷载产生的应力σck的比值[8],表达式为:

可见,两种预应力度都是基于消压状态定义的,本质上是一样的。

由该法求预应力筋数量时,须先求使用荷载产生的混凝土拉应力σck:

对受弯构件,σck=M/W0(4)

对轴心受拉构件,σck=N/A0(5)

对偏心受力构件,σck=N/+A0+M/W0(6)

式中的N和M均已带正负号。

然后根据结构的工作条件选择适当的预应力度λ:对全预应力混凝土λ≥1;对部分预应力混凝土0<λ<1,为使卸载后裂缝有一定的闭合性能,进而提高耐久性,文[5]建议对建筑结构取λ≥0.5,对桥梁结构取λ≥0.7。

最后根据σck和λ就可求有效预拉力Np和预应力筋面积Ap,

式中,σcom为张拉控制应力;σl为预应力总损失;ep为预应力筋中心对截面形心的偏心距。

1.2 荷载平衡法

预应力筋对结构的作用,可用一组等效荷载来代替。等效荷载有四种:在锚固端或张拉端产生的集中压力和集中弯矩,曲线预应力筋产生的横向均布荷载,折线预应力筋在转折点处产生的横向集中力,这是一组自平衡力系。

荷载平衡法就是让等效荷载部分或全部与外荷载平衡,根据这一条件去反求预应力筋的分布、弯曲形状以及预拉力的大小等。这样无论是静定还是超静定预应力结构,都可看作是受到外荷载和等效荷载作用的非预应力结构,非常便于分析和计算。

应用荷载平衡法有两个关键点:

第一是预应力筋束形的选择。要点是让预应力筋束形与外荷载弯矩图相似。在调整各控制点的偏心距时,可根据线性变换原理进行,即当预应力筋保持其形状(曲线的曲率和折线的转折角度)不变,并固定其在边支座上的位置,只改变其在中间支座上的位置时,预应力等效荷载完全一样,因此预应力综合弯距也相同,但预应力次弯矩不相同。这样,就可在综合弯矩满足使用性能的同时,使预应力次弯矩尽量对结构极限承载力有利。

第二是平衡荷载大小的选择,亦即让预应力等效荷载抵消多少外荷载。主要应考虑结构抗裂控制、挠度及反拱控制、延性控制等要求。当恒荷载与活荷载的比值较大时,可只平衡一部分恒载;当恒荷载与活荷载的比值较小时,文献[7]建议平衡全部恒荷载和活荷载的一半,这种处理对于分析计算都较方便,但当活荷载以短期为主时,就可能产生较严重的反拱。建议平衡荷载可取恒荷载加活荷载的准永久部分,这样的取值将使结构长期处于水平状态而无挠度和反拱,受力性能较好。

平衡荷载确定以后,就可按下式计算预应力筋面积Ap:

当需要平衡均布荷载q时,

当需要平衡集中荷载P时,

式中,κ为预应力筋曲线的曲率,若曲线为圆弧,则κ=1/R,若曲线为抛物线,由于工程中用到的抛物线都非常平缓,可取κ=8e/l2;θ为预应力筋折点处的转角,以弧度为单位。

1.3 强度比预应力度法

强度比预应力度PPR的定义为在承载能力极限状态下,预应力筋提供的抗弯承载力与预应力筋和非预应力筋提供的总抗弯承载力的比值,即

式中,(Mu)p为预应力筋抵抗弯距;(Mu)p+s为预应力筋和非预应力筋提供的总抵抗弯距;fpy(fy)为预应力筋(非预应力筋)的抗拉强度设计值,若为无黏接预应力结构,可用预应力筋的极限强度σpu代替fpy;hp(hs)为预应力筋(非预应力筋)合力点到截面受压区边缘的距离。

对式(11)作了不同的简化就可得到文[1]、[3]定义的强度比。由于强度比预应力度是基于承载力极限状态定义,因此可根据不同的延性和耗能要求选择PPR级,对于一级抗震,一般要求PPR≤0.55～0.6,对于二级、三级抗震,一般要求PPR≤0.75。令(Mu)p+s等于弯矩设计值M,就可由式(12)求预应力筋截面积Ap:

式中,M为控制截面的弯矩设计值;x为截面受压区高度,可由截面弯矩平衡方程求得。

2 应力综合系数法

拉应力综合系数αc可定义为:

式中,ftk为混凝土抗拉强度标准值;σck,σpc意义同前。

首先需根据结构类型、工作环境以及使用要求,选择合适的αc。对于一级抗裂构件,αc≤0;对于二级抗裂构件,0<αc≤1;对于三级抗裂构件,αc>1。对矩形截面和T形截面,当αc>5时,最大裂缝宽度一般会超过0.2mm,建议对于三级抗裂构件取1<αc≤5。

然后初步估算预应力总损失σ1:对单跨支座和跨中截面可取σl=0.2σcon;对双跨边支座和跨中截面取σl=0.2σcon,内支座截面取σl=0.3σcon;对三跨或三跨以上的边支座、边跨跨中截面取σl=0.2σcon,与边跨相邻的内支座截面取σl=0.3σcon,内跨跨中和其它内支座截面取σl=0.4σcon。

确定了αc和σl后,先不考虑次弯矩影响,按式(14)估算预应力筋截面积Ap:

再根据有关规范或研究成果较准确地计算预应力损失值σl,并由弯矩—面积法或等效荷载法等求得预应力次弯矩M2,最后考虑次弯矩影响,按式(15)求预应力筋截面积Ap:

式(15)的推导如下:

由αc的定义式(13)得σck=σpc+αcftk

式(15)中的次弯矩M2是代数值,已带正负号,如不考虑M2,即可得到用于估算Ap的式(14)。

还可按本方法编制电算程序,在给定拉应力综合系数αc的前提下,对预应力总损失σl、次弯矩M2、预应力筋面积Ap循环计算,以求得最优的预应力筋截面积。

3 各方法的比较分析及结论

1)根据各方法的基本概念和所采用的公式,可将它们分为两大类,即基于正常使用极限状态或承载能力极限状态。其中,属于正常使用极限状态的有荷载平衡法、内力比(应力比)预应力度法、拉应力综合系数法,它们分别从荷载、内力、应力(宏观到微观)三个层面来求解问题。属于承载能力极限状态的有强度比预应力度法,它是从内力层面来求解问题的,而是否也存在能从荷载或应力层面来求解的方法,值得思考。任何结构都要满足安全、适用、耐久等功能要求,以上各求解方法都是把满足某一功能要求作为突破口,然后以点带面、逐个突破,最终达到满足正常使用和承载能力的各项要求。当然,一个结构之所以采用预应力技术,非常重要的一点是要提高结构的抗裂度和刚度,以满足使用性能,此时,从该点出发的求解方法更为主动。

2)强度比预应力度法计算简便,只要知道了预应力度PPR和设计弯矩值,就能方便的求出预应力筋和非预应力筋的数量,它还能直接保证构件达到极限状态后的延性和耗能能力,这同时也决定了它不能反映有效预应力对使用性能的影响。此外,用该法只能对同时配有预应力筋和普通钢筋的结构进行设计,无法求解全配预应力筋的混凝土结构。

3)荷载平衡法有较直观的物理概念,对超静定结构避开了预应力次弯矩这一难点,大大简化了计算,适用于初步估算和用来检验电算结果。预应力等效荷载是应用该法的关键概念,而等效荷载的推导是以弹性材料假设为基础的,在承载力极限状态,等效荷载的概念并不成立,因此,荷载平衡法是基于正常使用状态的。等效荷载也不能考虑沿构件长度的预应力摩擦损失。

4)如前所述,提高结构的抗裂度和刚度是采用预应力技术的重要原因。从这一角度看,由于事先一般无法准确知道取定的平衡荷载是否满足结构抗裂要求,因此,荷载平衡法只能被动地校核抗裂度,可能需要多次试算才能满足结构的使用性能要求,强度比预应力度法也是如此,只能被动验算。而拉应力综合系数法和从消压状态出发的内力比(应力比)预应力度法均可根据结构的使用性能选用合适的拉应力综合系数αc或预应力度λ,主动进行抗裂设计。因此,也可以说这两种方法是荷载定量的且满足使用性能的荷载平衡法,不必多次假设和试算平衡荷载。拉应力综合系数αc与内力比(应力比)预应力度λ还可以通过公式αc=(1-λ)σck/ftk相互转化。

5)当拉应力综合系数αc>1(严格说是αc>αctγ)时,在使用阶段构件截面将会开裂,此时αc与容许名义拉应力[σck]有如下关系:σct≤[σct]/ftk,因此可根据[σct]的相关结论来控制裂缝,当然也可由文[1]规定的最大裂缝宽度来校核。从这一角度来看,拉应力综合系数法对不同抗裂等级的表述及计算取得了一定程度的统一。

6)文献[1]较文献[2]对构件的抗裂要求作了适当放宽,体现在两方面:将某些构件的裂缝控制等级由二级改为三级或由一级改为二级;放松二级抗裂构件的抗裂度。这两种变化都可以通过改变拉应力综合系数αc来完成,对前者,只要放大αc并使αc>1或0<αc≤1;对后者分析如下:在文[2]中,二级抗裂的拉应力限制系数αct=0.5、0.3,而受弯构件的受拉区混凝土塑性影响系数γ=1.75、1.5、1.25、1.1,因此αctγ=0.875、0.75、0.625、0.55、0.525、0.45、0.375、0.33,轴拉构件的受拉区混凝土塑性影响系数γ=1.0,因此αctγ=0.5、0.3,由αc的定义及文献[2]对二级抗裂的要求可知αc≤αctγ,而根据文献[1]对二级抗裂的要求可知αc≤1,所以文献[1]、文献[2]对二级抗裂的不同要求可由αc来反映。文[4]也规定,对裂缝控制等级为二级的无黏结预应力混凝土受弯构件αct=0.6,相应于γ=1.75、1.5、1.25、1.1,可知αc≤αctγ=1.05、0.9、0.75、0.66,因此用拉应力综合系数法求预应力筋数量时,只须改变αc的上限就可适应不同的规范,改变αc的取值就可满足不同工程的要求。

参考文献

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[8]陈惠玲.部分预应力混凝土结构设计的应力比“预应力度法”[J].建筑结构,1993(1).

[9]陶学康.无黏结预应力混凝土设计与施工[M].北京:地震出版社,1993.

预应力技术在超长结构中应用 篇8

该工程位于江苏南方某城市为五星级酒店项目, 由1幢39层主楼及4层的商业裙房组成, 主楼及裙房间设缝断开, 主楼建筑屋面高度158.2 m, 地下3层;裙房屋面高度22.2 m, 总长为135.7 m, 地下1层, 地上4层, 裙房建筑功能要求不设缝, 其顶层设大跨度宴会厅, 屋面设游泳池, 结构体系为框架结构。。因因建建筑筑总总长远超规范要求, 属超长结构。该裙房抗震设防烈度6度, 安全等级为二级, 框架抗震等级为四级, 裙房结构封顶时间为7月份, 因此第一年冬天降温因素对混凝土结构影响较大, 需重点分析。

2 理论依据

根据《钢筋混凝土设计规范》要求一般框架结构伸缩缝最大间距为55 m, 同时规范也规定对超长结构可采取包括施加预加应力等措施用来抵消混凝土温差产生的应力作用, 混凝土具有热胀冷缩特性, 因其抗拉能力差, 而温度降低使混凝土产生拉应力, 因此应重点考虑温度降低对钢筋混凝土结构产生的影响, 在梁板内施加预应力与因温差产生拉应力叠加后小于混凝土抗拉强度, 确保混凝土表面不产生裂缝。本工程中沿建筑物长向布置预应力钢筋, 预加应力有效抵抗温度拉应力作用, 从而避免混凝土表面的破坏。

3 计算

对结构影响最大的温差计算主要包含两部分内容, 分别为季节温差和混凝土收缩当量温差。

建筑整体计算模型见图1。

3.1 收缩应力与温度应力设计指标

3.1.1 混凝土收缩当量温差计算

根据王铁梦《工程结构裂缝控制》计算时选取混凝土浇筑后的15 d, 30 d, 60 d, 90 d, 180 d作为时间计算参数。

1) 混凝土收缩引起的应变。

应变εy (t) =3.24×10-4× (1-e-0.01×t) ·M1·M2·…·Mn。

其中, M1, M2, …, Mn均为条件系数。在本次计算中, 混凝土等级为C35, 普通525水泥, 水泥细度3 000, 花岗岩骨料, 水灰比0.4, 水泥浆量25%, 初期自然养护4 d, 环境相对湿度25%, 水力半径倒数0.05, 采用机械振捣, 配筋率0.20%。

查《工程结构裂缝控制》p22~p23表2-1~表2-4可得:

计算出t=15 d, 30 d, 60 d, 90 d, 180 d, 应变分别为0.32×10-4, 0.596×10-4, 0.037×10-4, 1.364×10-4, 1.919×10-4。

2) 混凝土的弹性模量。

取混凝土成龄的弹性模量E0=3.0×104N/mm2。

混凝土弹性模量公式, E (t) =E0 (1-e-0.09×t) 。

3) 收缩引起的等效当量温差。根据王铁梦的当量温差理论, 考虑到混凝土的徐变引起的应力损失, 因此需考虑到应力松弛系数H (t) , 可取0.3~0.5, 本工程取0.5。

在有限元程序计算中, 作为简化计算, 本次计算对混凝土材料做弹性计算, 故把混凝土弹性模量看作一个常量, 并未考虑时间对混凝土弹性模量的影响。因此, 混凝土收缩引起的应变等效成的温差也按定值考虑。

上述计算结果表明, 混凝土收缩引起的应变并考虑到徐变的影响以及时间因素后等效得到的当量温差可认为在9℃左右。

本工程地上框架混凝土收缩应力的当量温差取9℃。

3.1.2 地上部分最不利温差

据当地资料和该城市年气象变化, 夏季 (最热) 月平均气温26.4℃, 冬季 (最冷) 月平均气温4.9℃。因此, 本工程2层~4层楼面降温取20℃[ (26.4-4.9) ×0.5+9=19.75℃], 屋面降温取25℃ (20×1.25=25℃) 。

采用有限元分析软件SAP2000进行计算分析, 对结构模型中二级次梁作了简化处理, 消除其对分析的不利影响, 简化后的结构模型见图1。梁、柱采用Frame单元;楼板采用Shell单元, 膜及弯曲厚度按楼板厚度输入;不考虑自重影响。

3.2 荷载工况

降温情况一般按3个工况考虑:Temp (楼板降温) 、Pres1 (楼板铺放直线预应力筋) 、Pres2 (框架梁及次梁铺放直线预应力筋) 。

3.3 分析工况

分别对降温Temp工况、施加预应力工况Pres1, Pres2及三者之间叠加工况Add=Temp+Pres1+Pres2进行分析。

3.4 结果说明

3.4.1 Temp工况

2层sx应力洞口左右大部分在2.6 MPa~2.7 MPa之间, 近洞口上下部分约有3.8 MPa, 另外半圆区域则有3.4 MPa, 因为SAP2000网格划分对结果影响很大, 尤其是不规则形状, 楼面左边缘约2.1 MPa;3层sx应力与2层分布类似, 只是值相对小些。洞口左右大部分在2.1 MPa~2.2 MPa, 近洞口上下部分约有2.6 MPa, 另外半圆区域则有3.0 MPa, 楼面左边缘约2.0 MPa;4层sx应力基本在2.1 MPa~2.3 MPa范围内, 半圆区域亦有应力集中现象;屋面sx应力则大部分在3.0 MPa~3.5 MPa之间, 左边缘应力在2.5 MPa左右, 见图2, 图3。

注:此次模型仅考虑了屋面降温25℃的最不利情形, 平面中水池、洞口及型钢梁上翻等基本符合实际情形, 网格剖分尽可能不产生奇异点。预应力损失按《无粘结预应力混凝土结构技术规程》规范取值, 考虑了张拉端锚具变形和无粘结预应力筋内缩σl1、无粘结预应力筋的摩擦σl2、无粘结预应力筋的应力松弛σl4、混凝土的收缩和徐变σl5、张拉后批无粘结预应力筋所产生的混凝土弹性压缩损失取50 MPa (采用分批张拉时) 。

3.4.2 Pres1工况

单根无粘结预应力筋张拉控制应力0.75fptk=0.75×1 860=1 395 MPa。2层配置1UΦs15@600, 3层、4层均配置1UΦs15@800;屋面配置1UΦs15@400, 在屋面板上产生sx应力约为-1.3 MPa~-1.5 MPa, 见图4。

3.4.3 Pres2工况

2层与屋面主次梁配置4UΦs15, 3层、4层主梁均配4UΦs15、次梁均配2UΦs15。在屋面板上产生sx应力约-0.7 MPa~-0.8 MPa, 见图5。

3.4.4 Add工况

2层sx应力在0.2 MPa~0.6 MPa之间, 3层sx应力在0.15 MPa~0.6 MPa之间;4层sx应力在0.15 MPa~0.5 MPa之间;屋面sx应力左半部分在0.75 MPa~1.25 MPa之间, 右半部分在1.70 MPa~2.15 MPa之间, 见图6。

C35混凝土抗拉应力值为ftk=2.20 MPa, 因此配置的预应力筋量基本可以满足抗裂要求。

4 温度应力对竖向构件影响

降温对端跨柱变形影响较大, 对中间跨柱影响较小, 对顶层柱影响较大, 对底层柱影响较小, 对1层柱底部几乎没有影响。设计时对竖向构件尤其是顶层柱配筋应予以加强。

5 控制温度应力的其他切实有效措施

可对混凝土外表面增加保温措施, 减少环境温度变化对结构的影响 (减小Δt) ;因为混凝土降温收缩的破坏影响大于膨胀, 且加上混凝土自身收缩的影响, 应尽量降低合龙时温度, 例如可选择温度较低的季节 (减小Δt) 。

另外本工程还采取控制混凝土材料如降低水灰比、采用低水化热水泥品种, 改善混凝土和易性、增加其密实度、保证浇筑和养护质量控制, 同时设置两道后浇带并控制后浇带浇筑时间尽量在较低温度下, 减少温差带来的变形。

6 实配预应力钢筋及施工要求

预应力筋采用1860级 (国标GB/T 5224—2003) 高强低松弛钢绞线, 钢绞线抗拉强度标准值fptk=1 860 MPa, 弹性模量Es=1.95×105MPa, 直径d=15.20 mm, 预应力筋分两批张拉, 第1批张拉未跨越后浇带的预应力筋, 第2批张拉跨越后浇带的预应力筋, 预应力筋张拉控制应力σ=0.75fptk。板中预应力筋居板中直线布置, 梁中预应力筋居梁中直线布置, 因张拉需要弯曲预应力筋, 该预应力筋各向偏移的曲率半径均不得小于6.5 m。遇洞口的无粘结预应力筋可分两侧绕过开洞处铺放;且距洞口不得小于150 mm。预应力筋应结合后浇带分段张拉, 一端张拉时筋长不得超过36 m, 两端张拉时筋长不得超过60 m, 起始预应力筋距布置范围边缘的尺寸不得大于1/2@值。

7 结语

对于超长结构, 为控制由于温差和混凝土收缩产生的裂缝, 在裙房2层~4层楼面及屋面沿纵向梁板内采用加预应力钢筋措施对控制沿长度方向裂缝是非常有效的。屋面加屋面隔热保温层, 加强屋面板配筋, 双层双向拉通配置;采用计算软件进行温度应力分析计算, 对温度应力影响较大的部位加强配筋是行之有效的措施。本项目已投入使用3年, 对建筑物季节性变形检测, 温差引起变形小于计算值, 构件表面未出现裂缝问题, 说明科学综合运用预应力及后浇带技术并合理选用材料及优化施工确能阻止超长大型钢筋混凝土结构裂缝产生。

摘要：依据相关设计规范, 对已建复杂的超长结构进行分析计算, 研究探讨了温度作用取值问题, 采取了专门的预加应力或增配构造钢筋的措施, 并通过工程实例验证其有效性。

关键词：温差,超长结构,预应力,补偿收缩混凝土

参考文献

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.

[2]GB 50010—2010, 混凝土结构设计规范[S].

现代预应力结构 篇9

【关键词】预应力；特种混凝土结构；施工方法

前言

我国预应力技术是在20世纪50年代后期起步的，当时采用冷拉钢筋作预应力筋，生产预制预应力混凝土屋架、吊车梁等工业厂房构件。70年代在民用建筑中推广，80年代，结合我国现代多层工业厂房与大型公共建筑发展的需要，高强预应力干菜配筋的现代预应力混凝土出现，我国预应力技术从单个构件发展到预应力混凝土结构新阶段。近几天来，随着我国大跨度公共建筑兴建的需要，预应力技术与空间钢结构相结合，创造出了预应力网架、网壳、索网、斜拉、索膜等结构新体系，充分发挥受拉杆件的潜力，结构轻盈，时代感强。

1.环向预应力筋施工方法

1.1环向预应力筋布置：根据预应力筋在桐壁内环向分段情况有以下两种布置方式。（1）设置四根扶壁柱方式。珠江水泥厂生（熟）料库德内径为25mm，壁厚为400mm，总高度为64m，筒壁外侧有四根扶壁柱，筒壁内的环向预应力筋采用9Фδ15.2钢绞线束，间距为0.3～0.6m，包角为180°，锚固在相对的二根扶壁柱上，上下束错开90°，采用QM型锚固体系。（2）设置三根扶壁柱方式。泰山核电站安全壳的内径为36m，壁厚为1m，外侧有三根扶壁柱，总高度为73m。筒壁内的环向预应力筋采用11Фδ15.7钢绞线束，双排布置，竖向间距为350mm，包角为250°，锚固在壁柱侧面，相邻束错开120°。

1.2环向孔道留设。环向预应力筋孔道，宜采用预埋金属螺旋管成型。该管柔性好，如遇到壁体开洞，可绕过洞口形成下凹或上隆德空间曲线孔道，其曲率半径不宜小于3m。环向孔道向上隆起的高位处和下凹孔道的低点处设排气口、排水口及灌浆口，为保证孔道位置正确，沿圆周方向每隔2～4m设置一榀管道定位支架。该支架可用Ф12圆钢按预应力筋间距变化焊成梯格，长3m，每根扶壁柱两侧均应设置一榀定位支架。

1.3环向预应力筋穿入。大吨位环形预应力筋，宜采用单根穿入。如泰山核电站安全壳环向钢绞束为9～11根Фδ15.7钢绞线，长度为82.4m，其中，有些为空间束；采用穿束机单根穿入，其流程为：钢绞线从放线盘架中引出，经导向滑轮出穿束机推送，再经组合导管进入孔道，待钢绞线到达孔道另端碰到定位器后停止推送，用砂轮切割机切断，钢绞线应外露适当长度。穿束时钢绞线端头应套有“子弹形”帽罩。

1.4环向预应力筋张拉。采用四根扶壁柱时，对包角180°的预应力筋，需要配备4套张拉设备同时进行，即每根钢绞线的两端同时张拉，每圈2束也同时张拉。采用三根扶壁柱时，对包角为250°的预应力筋，需要配备6套张拉设备同时进行，即每3束预应力筋同时两端张拉，组成2圈预应力筋。

1.5环向孔道灌浆。环向孔道，一般由一端进浆，另端排气排浆，如环向孔道有下凹或上隆段，可在低处进浆，高处排气排浆，对较大的上隆段顶部，还可采用重力补浆，以保证灌浆密实。

2.竖向预应力的施工方法

2.1竖向预应力筋布置。南京电视塔是一座肢腿式高耸结构，塔高302m，塔身为三个独立的空腹肢腿，由七道箱形连梁相连，在肢腿外侧布置竖向预应力筋：第一组从-7m至+60m，每肢6束；第二组从-7m至121.2m，每肢12束；第三组从-7m至193.5m，每肢12束，每道连梁的预应力筋将三个肢腿箍在一起。每束预应力筋均采用7Фδ15钢绞线束，用QM15—7型锚具锚固。

2.2竖向孔道留设。对上述超高竖向孔道，都采用镀锌钢管，以确保留孔德可靠性。镀锌钢管的分段长度为3～6m，应考虑塔身模板体系的工艺确定。上下节钢管的连接方式，采用螺纹套管连接加电焊。每根孔道钢管的上口均加盖，以防异物掉入堵塞孔道。竖管上的灌浆孔间距为20～60m，根据灌浆方式与灌浆泵压力确定、灌浆孔上装有Ф24短钢管，带有灌浆管的竖管应专门加上，单独安装。

2.3竖向预应力筋穿入孔道。（1）从下向上的穿束方式。穿束时，牵引钢丝绳与竖向预应力筋的连接时一项关键技术，为了防止竖向预应力筋在穿束过程中滑脱，可采用穿束网套或专用连接接头，其安全系数应大于2.3。穿束的摩阻力约为预应力筋自重的2～3倍。（2）从上向下的穿束方法。方法是在地面上将钢绞线编束后盘入专用的放线盘，吊上高空施工钢平台，同时使放线盘与动力及控制装置连接，然后将整只慢慢放出，送入孔道，较为顺利。竖向穿束应特别注意安全，防止预应力筋滑脱伤人。

2.4竖向预应力筋张拉。竖向预应力筋，一般采取一端张拉。其张拉端可设置在下端或上端，根据工程的实际情况确定。如南京电视塔的竖向预应力筋在上端进行张拉，为保证三个塔肢受力均匀，组成三个张拉组，同时在三个塔肢上张拉，每个塔肢张拉时，以塔肢截面中轴为中心，对称于两边进行。在超长竖向预应力筋张拉过程中，由于张拉伸长值很大，需要多次倒换张拉行程，因此，锚具的夹片应能满足多次重复张拉的要求。

2.5竖向预孔道灌浆。灌浆用水泥浆，根据天津电视塔经验，采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.40，掺1%的减水剂和10%的U型膨胀剂，其流动度达23cm，可灌性好，竖向孔道灌浆，由于泌水集中在顶端会产生一定孔隙，可采用手压泵在顶部灌浆孔局部二次压浆或采用重力补浆。

结束语

近20年来，我国预应力技术突飞猛进，高强钢绞线、金属波纹管、大吨位张拉锚固体系等、新技术、新材料、新设备的发展与创新推动了特种结构向大型化发展，特种混凝土结构预应力代表工程有：北京、天津、南京、上海等地污水处理厂预应力蛋形消化池，上海等地预应力天然气储罐等，是国家建筑技术进步的体现，是社会化前进的象征。因此，我们要重视新结构体系的应用与研究，为国家的发展建设献出一份力量。

参考文献

[1]李海光等.竖向超长预应力施工工艺研究.建筑施工，1995（2）：19—22

现代预应力结构 篇10

(一) 定义

预应力, 是指在加预应力过程中所引入的应力。

(二) 结构

在工程结构构件承受外荷载以前, 对受拉模块中的钢筋, 施加预压应力, 提高构件的刚度, 推迟裂缝出现的时间, 增加构件的耐久性。对于机械结构来看, 其含义为预先使其产生应力, 其好处是可以提高构造本身的刚性, 减少振动和弹性变形。这样做可以明显改善受拉模块的弹性强度, 使本身的抗性更强。

在结构承受外荷载之前, 预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力, 以改善结构使用性能的结构形式称之为预应力结构。

这里有一个特别经典的例子, 就是木桶。在还没装水之前采用铁箍或竹箍套紧桶壁, 便对木桶壁产生一个环向的压应力, 若施加的压应力超过水压力引起的拉应力, 木桶就不会开裂漏水。在圆形水池上作用预应力就像木桶加箍一样。同样, 在受弯构件的荷载加上去之前给构件施加预应力就会产生一个和与荷载作用产生的变形相反的变形, 荷载要构件沿作用方向发生变形之前, 必须最先把这个与荷载相反的变形抵消, 才能继续使构件沿荷载方向发生变形。这样, 预应力就好像是给构件多施加了一道防护一样。

(三) 施工步骤

预应力施工步骤通常包括:预应力筋下料、波纹管制作与安装 (或钢管安装) 、穿束、张拉、压浆、封锚等工序。预应力施工方法分为先张法和后张法, 目前施工中一般采用后张法。预应力筋的品种有钢丝、钢绞线、热处理钢筋、冷拉低碳钢丝、精扎螺纹钢筋等。预应力施工主要应用于盖梁、T梁和箱梁等结构构件中。预应力施工时, 则需采取必要的安全技术措施, 以防止发生事故。

二、预应力筋施工通病表现

(一) 预应力筋质量不合格

危害及影响:预应力筋强度不达标时, 会降低预应力值, 影响承载能力;其伸长率不达标时, 易造成断丝或滑丝。

(二) 钢绞线生锈

危害及影响:1) 轻度的浮锈, 会增大摩阻值;而严重的锈蚀, 会损伤钢绞线的截面, 降低抗拉强度, 张拉时易断裂, 甚至在可能埋下预应力结构毁坏的隐患;2) 影响孔道灌浆后预应力筋的握裹力。

(三) 钢绞线被铸固在孔道里, 不能自由窜动

危害及影响:轻度或局部铸固时, 虽一经张拉可松动, 但也会增大摩阻值;严重时, 会将钢束铸死, 致使无法张拉或拉断钢束, 影响结构承载能力。

(四) 钢丝束、钢绞线互相缠绞、扭结

危害及影响:使各丝、各股预应力受力不均匀, 易发生断丝、滑丝。

三、预应力筋通病预防及处理办法

(一) 预应力筋张拉前的防锈保护

为了保证从预应力混凝土梁打灰后到预应力钢绞线张拉前, 避免金属波纹管内进入水腐蚀预应力钢绞线, 将采取以下措施:下料时, 管与管之间的接头采用大一号管作为接头, 接头内外径为100/105mm, 接头长度不小于50cm, 两端分别全部拧入接头内, 用胶带将接口密封好。支座和跨中的排气孔高于梁顶50cm, 排气孔用胶带将密封好, 防止下雨进水, 待灌浆时, 将排气孔再保持通畅。张拉端部分的波纹管加长, 使预应力筋不暴露在外, 波纹管端口用海绵堵死, 并裹上胶带密封。

(二) 预应力筋张拉

在预应力梁施工中, 做好张拉端的检查后再施工, 避免张拉端拐角偏大。预应力张拉前严格检查预应力筋, 防止预应力筋发生绞纽现象。群锚安装工作由工长亲自指挥操作, 确保预应力筋与锚具在张拉中保持垂直后, 再进行张拉。张拉过程中要控制好张拉速度, 张拉过程中如发生异常, 应立即停止张拉, 待查明原因后再继续施工。

张拉应保证同一束中各根预应力筋的应力一致;逐根或逐束张拉时应保证各阶段不出现对结构不利的应力状态。若出现预应力筋断丝或断筋现象, 且超出规范要求, 按以下步骤处理:首先停止张拉, 分析事故原因。若有必要对本批次的预应力筋及锚具再作复试, 看是否材质本身的原因。检查张拉机具的标定记录是否正确, 若有必要再次标定张拉设备。首先考虑超张拉其余的预应力筋, 若超张拉能够弥补断筋的损失就超张拉, 否则就要更换预应力筋。现有一条预应力梁一共有112根预应力筋, 每根预应力筋的张拉力=0.7×1860×140=182.3KN。

若有一根预应力断了, 需超张拉其余的预应力筋弥补断筋的损失, 那么剩下111根预应力筋的每一根预应力筋的张拉力就变为182.3×112/111=183.9 KN, 也就是说剩下111根预应力筋在原有张拉力182.3KN的基础上超张拉1%就可以达到183.9KN, 实现弥补断筋的损失。

对于两端张拉的预应力筋, 用气割切除锚具, 拉出断筋, 重穿新的预应力筋;对于一端张拉的预应力筋, 切除锚具后, 还应将锚固端剔凿出来, 将损伤的预应力筋抽出, 将新的预应力筋锚固端加工好;重新穿好预应力筋, 用高强膨胀混凝土修补好剔凿处。

(三) 预应力筋灌浆及封堵

有粘结预应力筋张拉后应尽早进行孔道灌浆, 为了保证灌浆及封堵质量, 避免出现质量事故, 我们在施工过程中应做到:

1) 灌浆前用空气泵检查灌浆孔、排气孔、波纹管通气情况。

2) 若发现孔道堵塞, 则应对灌浆口和排气孔进行剔凿, 保证孔道通畅。

3) 灌浆前仔细检查水泥, 严禁使用受潮结块的水泥。

4) 灌浆时孔道内水泥浆应饱满、密实。

5) 灌浆后锚具的封闭应采取防止锚具腐蚀和遭受机械损伤的有效措施。

参考文献

[1]陈心爽, 袁耀良.材料力学[M].同济大学出版社, 2006.

[2]叶见曙, 袁国干.结构设计原理[M].北京:人民交通出版社, 1996.