预应力混凝土特点（精选12篇）
预应力混凝土特点 篇1
在中国, 优质沥青主要依靠进口, 价格昂贵, 而水泥资源相对丰富, 因此, 水泥混凝土路面近几年得到迅速发展。从中国路面的现状来看, 普通混凝土路面常发生挤碎、拱起、错台、唧泥等病害, 很有必要对现有混凝土路面进行结构和技术的革新。由于预应力混凝土路面具有很多传统的混凝土路面无法比拟的优点, 加之近代预应力技术有了新的发展。为改善传统路面的不足, 适应交通运输的发展, 有必要开展特殊混凝土路面的研究工作。预应力混凝土路面是种预先加入预应力增加受拉强度的路面。它的长期使用性能明显比其它的混凝土路面好, 并且由于板长长、接缝少, 改善了行车舒适性。
合理的预应力路面设计应妥善地考虑下列因素:a.路面使用年限和使用特征;b.交通量和交通组成;c.临界荷位;d.混凝土强度与疲劳破坏;e.土基和基层, 即地基刚度和基层顶面摩阻系数;f.荷载应力计算方法;g.预应力路面接缝设计;h.板端锚固区的设计;i.预应力损失的计算;j.排水设计。
1 预应力混凝土路面的优缺点
1.1 许多研究工作表明预应力混凝土路面有以下几方面的优势:
1.1.1路面板厚度只需传统混凝土路面板厚的40%~60%, 就能提供很高的承载力和较高的抗变形能力, 对减薄机场道面的厚度非常有利。
1.1.2预应力混凝土路面由于板较长, 接缝数量可大大减少, 改善了行车的平稳性。
1.1.3预应力的存在使路面板体性较强, 边角软弱部分得以改善, 大大减少了横向开裂的可能性, 提高了路面的耐久性。
1.1.4预应力混凝土路面的用筋量少于除贫混凝土外其他路面。
1.1.5从国外已建路面的使用状况来看, 预应力混凝土路面几乎30年不需大修, 养护需求也较少。
1.2 其主要缺点在于:
1.2.1从经济观点来看, 虽减薄了路面板的厚度, 但需大量的预应力筋腱, 施工工艺较复杂, 手工操作的工作量大, 难以实现机械化、自动化施工, 初期投资较大。
1.2.2虽然预应力混凝土路面板可以做得较长, 但随长度的增加, 由路基约束所引起的张拉应力也随之增大, 另外, 板的位移量也会增大, 这对横向接缝的设计要求很严, 同时对路基摩擦约束要尽可能小。
1.2.3对施工队伍人员素质要求较高, 并需进行严格的质量控制。
2 预应力混凝土路面的设计
2.1 预应力路面的结构构造和组合设计
路基、垫层、基层、路面横向坡度、路肩、排水及材料选型与要求等与普通混凝土路面相同。尽管预应力路面在较弱的地基上, 仍然表现出令人满意的性能, 但考虑到路面板较薄, 为了防止路面的破坏, 仍采用较强的地基, 同普通混凝土路面。
与普通混凝土路面不同, 预应力混凝土路面因其板长长, 为防止过多的预应力损失和板底的不利约束, 需对基层顶面进行处理, 采用加铺滑动层来减小摩擦系数。
2.1.1 临界荷位
根据有限元分析可知, 产生最大综合损坏的临界荷位, 应选用板的纵缝边缘中部。
2.1.2 推荐设计程序
由于预应力路面的板厚和板端预应力值均为未知, 因此, 必须给定一个量, 方能计算求解。推荐下列设计步骤:
a.收集交通资料, 根据普通混凝土路面设计参数的确定方法, 计算设计车道使用年限内的标准轴载累计作用次数Ne, 确定基层顶面的综合回弹模量Es、地基反应模量K及基层顶面的摩擦系数μ, 确定混凝土的设计强度fcm和混凝土面板的最大温度梯度计算值Tg。
b.预应力路面一般采用矩形, 最合适的板长一般为90~210m, 过长需足够大的预应力克服板底摩擦阻力和预应力损失;过短则需较多的接缝和张拉点。根据当地环境状况选择适当的板长。气候干燥炎热的地方, 建议取小值。结合路面的交通量和预应力筋所需的最小保护层, 假定一个初始板厚。一般地, 对于公路来说, 预应力路面板厚应略大于相应素混凝土路面的0.65倍;对于机场而言, 应是0.6倍。对于中国公路而言, 考虑到运输繁忙和超载现象严重, 建议预应力路面的板厚取相应素混凝土路面板厚的0.7~0.75倍。
c.应力值fp的确定
由式 (1) 进行计算确定所需的预应力值fp (式中:应力比SR根据Ne查表来确定) 。
式中:符号意义同前。
从预应力筋的实际间距和经济使用方面考虑, 如果求得的预应力值fp>4.5MPa, 则需增大路面板厚, 重新计算。
d.预应力筋的布置可按下式进行确定。
式中:Yt为预应力筋间距 (cm) ;fs为预应力筋中的容许张拉应力 (扣除预应力损失) (MPa) ;As为预应力筋截面积 (cm2) ;h为所选路面板厚 (cm) ;fp为由 (3) 确定的预应力值 (MPa) 。
e.根据 (4) 的计算结果, 结合所推荐的临界荷位, 采用有限元程序进行验算, 验算标准为控制由荷载应力和温度应力综合疲劳作用所产生的疲劳断裂, 即
式中:σL为标准轴载产生的最大纵向荷载应力;σt为等效温度梯度所产生的最大横向温度翘曲应力;σs为混凝土的等价抗弯拉疲劳强度, σs=fcm+fp-fF, fcm、fF、fp含义同前。
f.对于横向预应力的确定, 根据 (5) 的计算所得的最大横向应力与混凝土的容许弯拉强度 (建议取0.8倍的抗弯拉强度) 的比较而定。对于横向预应力各国意见不统一, 一般认为, 当板宽不超过7 m时, 可不设横向预应力, 但为了安全起见, 要求在横向配置一定数量的防止开裂并起到固定、支撑纵向预应力钢索的构造钢筋。横向钢筋配置可按中国刚性路面设计规范中连续配筋混凝土路面选用。横向钢筋采用螺纹钢筋, 其最小配筋率为纵向配筋率β的1/8。并且布置应符合:a.横向钢筋间距不大于80 cm;b.横向钢筋位于纵向钢筋之下。
式中:Es为钢筋弹性模量 (MPa) ;fsy为钢筋屈服强度 (MPa) ;其余符号同前。
2.2 接缝设计
预应力混凝土路面的接缝设计应遵循以下原则:
a.接缝必须能容许板端发生位移, 能够不被压坏;
b.交通荷载不会使接缝产生过大的挠度的应力;
c.接缝材料必须耐磨、抗疲劳和防腐;
d.接缝应密封防止水和不可压缩的杂物进入;
e.损坏部分的修补应当方便易行;
f.接缝的施工程序应与预应力的张拉方法相协调;
g.接缝的建造费用应尽量低。
一般在板端接缝下设置钢筋混凝土枕梁, 以提供接缝处较强的地基和路面的连续性。因预应力路面对接缝的要求较高, 接缝的形式选择可参照桥梁中的伸缩缝。
2.3 预应力路面板端部锚固区设计
锚固区设计时既要保证在张拉钢筋时锚具下锚固区的混凝土不开裂和不产生过大的变形, 又要求计算锚具下所需配置的间接钢筋须满足局部受压承载力的要求。
摘要：混凝土的主要特性就是抗压强度远大于抗拉强度, 预应力混凝土路面就是充分利用这一特性, 事先在工作截面上施加压应力, 以提高它的抗弯拉强度, 提高承受荷载能力。因为混凝土路面存在的优势与特色, 就这种路面的应用与设计进行了简要的分析。
关键词：预应力,混凝土,设计
预应力混凝土特点 篇2
(1)、可以消除普通压浆法引起的气泡，同时，孔道中残留的水珠在接近真空的情况下被汽化，随同空气一起被抽出，增强了浆体的密实度，
(2)、消除混在浆体中的气泡。这样就避免了有害水积聚在预应力筋附近的可能性，防止预应力筋的腐蚀。
(3)、浆体中的微沫浆及稀浆在真空负压下率先流入负压容器，待稠浆流出后，孔道中浆体的稠度即能保持一致，使浆体密实度和强度得到保证，
(4)、孔道在真空状态下，减小了由于孔道高低弯曲而使浆体自身形成的压头差，便于浆体充盈整个孔道，尤其是一些异形关键部位。对于弯型、U型、竖向预应力筋更能体现真空灌浆的优越性。
(5)、作为一种全面的技术，真空辅助压浆要求施工现场具有高水平的质量管理，包括高水平的管理人员和操作队伍。这样，由于这种方法本身的性质决定了它具有高水平的质量控制。
后张预应力混凝土施工质量控制 篇3
浙江省二建建设集团有限公司 浙江宁波 315200
摘要：在工业与民用建筑工程中，后张预应力混凝土是常见的结构形式之一，后张预应力混凝土广泛用于体育馆、大空间会议厅等大跨度结构；地下室、污水池等抗渗结构；高层建筑结构转换层；大悬挑结构；大跨度工业厂房等工程中，具有其他结构形式所无法具备的优点。本文针对后张预应力混凝土结构施工质量控制要点进行了归纳总结，供同类施工工程参考。
关键词：后张预应力混凝土；施工；质量控制；
一、后张预应力混凝土施工质量控制的意义
后张预应力混凝土布筋形式丰富，能根据结构受荷方式，预应力筋可以布置成曲线、直线、折线；可以单跨布置、也可以连续多跨布置；可以局部布置、也可以整体结构布置，因此适用范围较广。同时张拉方便，张拉端设置在结构内，利用已经达到强度的建筑结构的混凝土抗压，张拉预应力筋，达到施加预应力的目点。通过对锚具的保护，具有较好的耐久性。
后张预应力具有理论上的优点，在实际施工中如果控制不好预应力施工的工艺和质量，就会出现施工质量问题，一旦施工现场预应力筋成型，会导致有些质量问题极难处理。比如存在：孔道弯曲偏差过大；柱筋碰撞；张拉端劈裂；千斤顶、锚具、钢绞线不在同一直线上；挤压套失效、孔道堵管等质量问题。只有做好预应力施工质量控制，加强施工过程中的检查和保护，才能避免预应力质量问题。
二、后张预应力混凝土技术系统及深化设计
目前常用的后张预应力混凝土技术系统有三种：后张有粘结预应力混凝土、后张无粘结预应力混凝土、后张缓粘结预应力混凝土。施工难度最大的是后张有粘结预应力混凝土技术系统，因此本文以有粘结预应力混凝土施工质量控制为重点，介绍有粘结预应力施工过程中如何控制施工质量。有第一种施工技术的支撑，后面两种的施工质量完全能按同样思路控制住。
施工深化设计（工艺及节点施工设计）要求：
设计文件中关于预应力的说明，一般是明确了材料（张拉时混凝土强度、预应力筋强度、波纹管、灌浆材料）要求、预应力筋矢高、张拉力、锚固节点做法、封锚的要求等基本内容。实际施工中，预应力公司还需进行预应力施工深化设计，包括施工工艺设计及节点施工设计，基本内容如下：
1、有粘结预应力筋波纹管，实际施工作业时，往往会发生与非预应力筋、构造钢筋、水电管线等其他工种碰撞的现象。因此预应力施工工艺设计后，线型布置后还应在混凝土浇筑前复查线型控制点位置是否准确无误，否则要及时纠正。
2、预应力筋的锚固端或张拉端往往都在结构的节点处，梁、柱交会点上，非预应力筋纵横交叉也是各种箍筋的加密区，是非预应力筋密集区。而张拉端局部又有锚垫板（承压板）、螺旋钢筋或焊接网片等局部承压零辅件组成，以保证预应力筋张拉后混凝土的局部承压满足要求。在实际工程中，往往由于非预应力筋交叉过密而造成预应力局部承压所需要的锚垫板等无法安装。此时，应根据节点配筋实际情况，重新计算設计并加工局部承压所需的各种附配件，切不可将受力非预应力筋任意切断或改变位置。这种锚固体系的改变设计后，应由设计单位签字确认后方可实施。
3、有粘结预应力混凝土结构，在混凝土浇筑时，除要保证混凝土质量外（属混凝土工种质量保证体系）。另一个很重要环节是如何保证预应力筋成型预埋管及相连接各灌浆孔、泌水孔、抽气孔等不被损坏，以保证预应力筋在孔道内张拉顺利进行。
4、其他工种的配合要求；
三、后张预应力混凝土施工质量控制要点
（一）控制原材料的质量
预应力施工使用的最主要的材料就是预应力筋和锚具，其质量会对预应力的施工技术造成直接影响。因此，在采购过程中，要加强对其质量的检查，查看材料质量报告，确保预应力筋和锚具的质量都能够符合国家标准的要求，使用之前，需要对预应力筋和锚具进行复检，检查过程中应当采取抽检的方式进行，抽检时要注意抽检的样本要具有代表性，避免预应力筋质量存在问题对施工质量造成不良影响。
（二）预应力的设备管理
预应力施工过程中，加强对预应力筋张拉设备的检查，定期标定，避免张拉机械的参数混乱，导致预应力筋施工出现错误，造成施工失败，影响工程质量。
（三）预应力筋矢高控制
后张法施工的预应力梁，其预应力筋主要是按照曲线布置的，需要事先按图纸确定预应力的曲线位置。确定曲线位置的主要方法是在梁内标注出几个关键的点，主要有最高点、最低点以及反弯点等几个特征点控制，通常在梁非预应力钢筋（箍筋）上画出预应力筋详细的放线图，每间隔 1.0m～1.5m 左右设一个控制点，确定好这些点之后还应该进行核查确认无误。
（四）预应力筋下料
在完成设备和原材料的准备后，进行预应力筋下料操作，在进行操作过程中，要注意在施工过程中涉及到各个细节。特别是在涉及到切割长度时，需要严格的依照标准进行，切割过程中应当尽量减少在切割过程中存在的误差，同时要避免在切割过程中出现的磨伤或者死弯的存在，这些情况都会对预应力施工质量造成不良影响。完成切割之后，一端张拉的预应力筋还需要进行固定端锚具挤压，然后将下好的预应力筋放在干燥的场地，下部垫方木，离地100mm左右。
（五）预应力筋穿束
在波纹管安装固定后，开始穿预应力筋，在穿插预应力筋的过程中应该注意穿插到波纹管内的一端应该采取必要的缠裹措施，因为如果不进行包裹的话就很可能因为预应力筋端口的锋利对波纹管造成内部损伤影响其使用年限和质量，就算是穿插过程中我们包裹了端口，在穿插完成后也应该对波纹管进行检查，如果波纹管出现损伤的话就应该立即在破损处用防水胶带进行包缠。
（六）固定预应力筋及留排气泌水孔
利用固定架控制对预应力筋的垂直位置进行固定，水平位置则应当保持顺直。在完成固定后，在波纹管两端部或最高点设置泌水孔。先在波纹管上方开一直径 20mm的圆孔，在开口上用带嘴的塑料压板和海绵覆盖，并用铁丝固定在波纹管上，接头周边用胶带封严，以防漏浆，在塑料压板的嘴上接上直径 25mm 的塑料管，向外延伸至梁面以上 500mm，兼作泌水孔。
（七）预应力筋张拉
张拉工艺流程：1、清理干净锚垫板内的混凝土。2、清除钢绞线上的泥浆和锈蚀。3、在工作锚板孔内涂抹黄油，涂抹要均匀，安装好工作夹片。4、定位千斤顶，并做好相应的安装工作。5、装上张拉千斤顶6、装上工具锚板，在锚板锥孔内装上工具锚夹片。7、张拉预应力筋，并同时量测预应力筋伸长量。
施工过程中，注意的事项有以下几点：1、在进行张拉设备前要进行定标，同时要依据报告，计算出张拉力对应的油表读数，从而实现对张拉力的合理控制。2、标准的张拉程序应当为：0→10%σcon→100%σcon→超张拉后锚固。3、预应力筋伸长值，在张拉环节采取的为双控管理，也就以应力控制为主、测量控制为辅。通常来说，在进行正式张拉前，需要对摩擦损失系数进行测量，依据实测结果，编写“张拉要点”。张拉中，需要注意是否存在异常现象。例如，油压指针发生抖动、异常声响等，在完成张拉后，需要对钢绞线上夹片上留下的咬痕进行检查，及时发现存在的问题。例如，如果存在滑丝问题，可以使用千斤顶，单根补张拉。此时需要注意的问题是：实际张拉值的大小应当在94%计算值到106%计算值之间，如果伸长值超出该范围，应当立即停止张拉，查明原因后再进行张拉。4、张拉过程中，要做好记录，不仅要做好对伸长数据的记录，而且要做好混凝土局部和断束的记录，如果出现严重问题时，要通知设计部门对问题进行处理，提高预应力施工质量。
四、结束语
预应力施工技术是现代建筑工程中常用的一种技术，施工工艺比较复杂，需要进行施工深化设计。在施工过程中，针对遇到的问题，需要进行详细的分析研究，从而解决问题，消除施工隐患，达到质量控制的目的，确保工程预应力施工质量符合设计和规范要求。
参考文献
[1]卢德平.在建筑混凝土预应力分析基础上的施工及质量控制的研究[J].城市建筑，2012，17：113-117.
[2]尹开华.浅谈建筑工程混凝土预应力施工及质量控制[J].江西建材，2014，14：50-52.
预应力混凝土特点 篇4
预应力高强混凝土管桩 (以下简称管桩) 的施工方法一般有静压式和锤击式两种。静压式施工的穿透能力一般比锤击式差, 对于大直径的桩显的尤为突出。因此, 在有较厚硬土层中, 采用静压式施工时, 桩长往往满足不了设计的最小有效桩长或者桩端持力层达不到设计要求的土层。
通过工程实例, 对此问题作初步分析。
1 工程概况及地质条件
该工程为五幢地上33层、地下2层的商住楼。主体结构型式为部分框支抗震墙结构, 地基基础设计等级为甲级, 基础采有500管桩, 壁厚125mm, 桩身混凝土强度等级为C80, 桩数有2880根。设计要求最小有效桩长为15.0米, 桩端持力层要求为强风化花岗岩。单桩竖向承载力特征值为2300KN。
根据地质勘察报告, 从地面开始各土层分布情况如:a.人工填土, 主要成分为粘性土, 含25%左右的石英质粗砾砂及少量花岗岩碎石, 砖块等硬杂质, 结构松散, 密实程度很不均匀, 尚未完成自重固结, 层厚1.2~6.0m;b.第四系冲洪积层, 由砾砂和粘土组成, 呈饱和稍密及硬塑状态, 层厚4.9~12.9m;c.第四系花岗岩残积砾质粘性土, 由花岗岩地风化而成, 呈饱和, 硬塑状态, 层厚1.70~17.6m, 在该层中存有局部强风化花岗岩夹层, 夹层厚度3.0m左右, 分布范围随机性较大;d.燕山期花岗岩, 主要矿物成分为石英, 长石及黑去母等矿物, 中粗粒结构, 块状构造。按其风化程度的不同, 可分为全风化, 强风化花岗岩两带。且部分钻孔反映从砾质粘性土层开始至强风化岩层存在有石英脉, 层厚浅处有0.5~1.4m, 层厚处有7.5m左右。
各土层主要物理力学指标和推荐的承载力取值见表1。
2 主要问题
根据该地块地质条件分析, 若采用正常静压式施工, 管桩将无法穿透砾质粘性土、全风化花岗岩硬土层而达到强风化花岗岩。实际在试桩过程中也证实了这一点。且由于强风化岩层起伏较大, 有效桩长也难以满足。因此决定采用先进行引孔施工, 而后再进行静压管桩施工。三条试验桩施工方法具体如下:
a.采用Φ480钻头进行引孔, 引孔深度一根定为进入强风化2.0m (以下简称A桩) ;一根定为引至强风化表面 (以下简称为B桩) ;一根为不进行引孔而直接静压管桩 (以下简称C桩) 。
b.管桩单桩承载力特征值为2300KN, 压桩终压值应为4600KN, 但由于存在有两层地下室, 需送桩7.0m左右, 故需扣除此部分桩侧摩阻力, 经计算该部分承载力损失为150KN左右, 所以将静压桩终压值调态为4900KN。
以上三条试验桩施工完后桩长, 持力层土层, 桩基终压值如表2。
从表2中发现如下问题:
A桩由于引孔进入强风化层2.0m, 待压桩过程中孔壁有塌孔现象, 致使桩底有沉渣出现, 虽静压桩终压值达到4900KN, 但由于其桩底土未完成固结, 其实际承载力能否达到设计要求值得怀疑。
B桩引孔至强风化表面, 而后静压桩从桩入土尺寸上分析进入强风化层0.5m。但在施工中引到强风化表面的判定标准为引孔钻进入土层速度明显降低, 而且要参考地质报告, 这种判断方法的准确性, 实用性还需判定。
C桩未进行引孔, 其持力层根据地质报告判断应为全风化表面, 虽满足最小有效桩长及终压值, 但其持力层未过到强风化层。
故为了明确这三根桩的实际承载力, 从而为进一步确定该地块桩基施工方法, 为今后大面积施工辅平道路, 对这三根桩进行了静载试验, 试验荷载取4600KN。
3 试验结果及处措施
单载静载试验采用快速维持荷载法, 每级加载为预定最大试验荷载 (即4600KN) 的十分之一。第一级按2倍分级荷载加载, 在每一级荷载作用下, 经一小时加下一级荷载, 试验结果见表3。
A桩在试验荷载加至4140KN并完成本级试验时, 压力稳定, 桩顶沉降量累积29.07mm。当试验荷载加至下一级4600KN后, 沉降是不断增大, 压力无法稳定, 在连续补压的情况下, 165分钟后, 桩顶沉降量累积为60.28mm, 沉降量超出规范允许范围, 结束试验, 该桩坚向抗压极限承载力为4140KN。
B桩在最大试验荷载4600作用下, 压力稳定, 桩顶总沉降量为24.86mm, 沉降量在规范允许范围, 此桩单桩坚向抗压极限承载力为4600KN。
C桩由上表可看出, 其情况同A桩类似, 该桩坚向抗压极限承载力4140KN。
根据以上静载试验结果, 将该地块施工方法决定如下:
a.先进行引孔, 且引孔深度只能达到强风岩层表面。
b.引孔深度判定依据为参照地质勘察报告以引孔钻机进入土层速度明显降低为标准。
c.静压桩深度必须大于或等于引孔深度。
d.设计单位根据单桩静载试验结果进行设计复核, 对局部位置进行了补桩处理。
结束语
对于在较厚硬土层中用静压式施工管桩, 其单桩极限承载力不能简单以静压管桩终压值能否达到设计要求为判定标准, 它与桩底持力位置和入土深度等因素有关, 通过本文的分析和讨论, 可得出如下结论:
a.在硬土层中, 采用静压式施工时, 桩长往往达不到设计所要求的持力层深度, 此时极限承载力就可能小于施工终压力。b.若采用引孔办法施工, 其引孔深度不能进入强风化岩层, 而只能引至强风化岩层表面, 施工中较简单, 实用的判定标准为依据地质勘察报告以引孔钻机进入土层速度显著降低为妥。c.引孔后静压桩深度必须大于或等于引孔深度。
摘要：针对在较厚硬土层中的静压预应力高强混凝土管桩的施工方法及承载力特点展开论述。
探析预应力混凝土箱梁裂缝成因 篇5
更新时间 2010-2-7 10:45:32 打印此文 点击数
摘要：随着混凝土箱梁结构在桥梁设计中的不断推广和应用，该桥型在施工和使用过程中已出现了许多裂缝，本文通过阅读大量的文献和资料，总结了混凝土箱梁裂缝产生的原因。
关键词：预应力；混凝土箱梁；裂缝
1使用混凝土箱梁的优点
在已建成的大跨度预应力混凝土梁桥中，当跨度超过40m后，横截面大多采用箱形截面。其主要优点是：
①箱形截面是一种闭口薄壁截面，其抗扭刚度大，截面效率指标较T形截面高，结构在施工和使用过程中都具有良好的稳定性。②顶板和底板面积较大，能有效地承担正负弯矩，并能满足配筋的需要，适应具有正负弯矩的结构，也更适应于主要承受负弯矩的悬臂梁、T形刚构等桥型。③适应现代化施工方法的要求。④承重结构和传力结构相结合，使各部件共同受力，截面效率高并适合预应力混凝土结构的空间布束，因此具有较好的经济性。⑤对于宽桥，由于抗扭刚度大，内力分布比较均匀，跨中无需设置横隔板就能获得满意的荷载横向分布。⑥适合于修建曲线桥，并具有较大的适应性。⑦能很好适应布置管线等设施。在设计上，箱形截面可极大地发挥预应力地效用。可提供很大地混凝土面积用于预应力束地通过，更关键地是可提供较大地截面高度，使预应力束有较大的力臂。因此，桥梁设计师可发挥箱梁和预应力地特点，顶底板纵向钢束采用平弯和竖弯相结合的空间曲线，集中锚固在腹板顶部的承托中（或锚固在腹板中），底板钢束尽可能靠近腹板加厚板（齿板）并在其上锚固。2预应力连续箱梁裂缝的产因
预应力连续箱梁的裂缝类型主要有：边跨斜裂缝，边跨水平裂缝，中跨斜裂缝，中跨水平裂缝，边跨的水平裂缝、斜裂缝同时发生，中跨的水平裂缝、斜裂缝同时发生，底板、顶板纵向裂缝，底板、顶板横向裂缝、箱梁横隔板的放射性裂缝，预应力锚固部位齿板附近裂缝。
预应力混凝土连续箱梁裂缝从成因角度可分为：由荷载效应（如弯矩、剪力、扭矩及拉力等）引起的裂缝、由外加变形或约束引起的裂缝，主要包括“基岩效应”、地基不均匀沉降、混凝土收缩、外界温度的变化等、钢筋锈蚀裂缝、预加力次效应引起的裂缝、建材原因引起的裂缝。
根据裂缝产生部位的不同我们可将其分为：翼缘板横向裂缝和腹板斜裂缝两种。①翼缘板横向裂缝一般发生在箱梁受纵向弯矩较大处的受拉翼缘板处，横向裂缝一般均发生在跨中底板翼缘。对于连续箱梁，横向裂缝还发生在支座负弯矩处的顶板翼缘，并且大部分出现在距支点1/3跨径范围以内，越靠近支点裂缝越严重，对于该类型裂缝，主要有以下原因引起，首先，设计时翼缘板有效分布宽度考虑不足，薄壁箱梁翼缘板有效分布宽度问题实际上就是剪力滞问题，由于理论计算剪力滞效应较为繁琐，不适于工程应用，各国普遍采用有效分布宽度的概念。由于剪力滞效应的考虑不足或计算值安全储备较低，在一些特殊荷载工况下容易发生应力过度集中，腹板处翼缘应力波峰超过允许值，因而首先在该处发生横向裂缝。在多年反复荷载的作用下，裂缝横向发展，向翼缘板中部扩展，以至于形成横向通缝。对于薄壁箱梁桥的翼缘板横向裂缝，病害原因多归于此。其次，混凝土徐变引起横向裂缝，在长期荷载作用下，受混凝土徐变影响，箱梁在运营6年～7年后跨中均有不同程度的下挠现象。较大的形变引起箱梁应力重分布，给结构带来附加被动应力。由于结构所受到的外荷载不变，各截面应力增加是由附加弯矩不断变化引起的，附加弯矩随时间不断增加，直到混凝土徐变停滞为止。同时，预应力松弛也会引起横向裂缝，对于预应力混凝土结构，箱梁内部预应力对结构应力状态有较大的影响，随着桥梁运营时间的增长，预应力钢束发生松弛效应，并且越来越明显。在现代施工中一般采用低松弛钢绞线材料，并且规范张拉工艺，但在具体操作中难免会出现与规范不相吻合的情况，力筋长期持荷加之混凝土收缩徐变影响，预应力损失也是相当严重的。同时，选用钢筋不合理也会引起横向裂缝，对于普通钢筋混凝土箱梁，钢筋与混凝土的粘结力对结构的整体刚度和裂缝的扩展有较大的影响。我们应该选用表面不光滑、化学吸附作用和握裹力都较强的预应力钢筋。
②腹板斜裂缝一般发生在支点至1/4跨之间。对于预应力和非预应力箱梁，在施工阶段以及在运营阶段，腹板经常出现斜裂缝，斜裂缝同样有多种因素引起，有设计计算、设计构造配筋、施工工艺、气候条件、日常维护、荷载工况等。部分因素在导致翼缘板出现横向裂缝的同时也是腹板斜裂缝的主要原因，首先，预应力损失过大导致腹板主拉应力过大，由于纵向预应力损失的存在，部分预应力损失超过设计计算值导致截面抗弯承载力严重下降，从而产生翼缘板横向裂缝。对于预应力混凝土薄壁箱梁结构，预应力损失也是腹板斜裂缝的主要病害原因，预应力损失量估计不足或者在实际张拉过程中操作不当引起应力损失量加大等情况经常发生，导致力筋的有效预应力达不到设计要求，从而腹板因主拉应力超过容许值而发生开裂。竖向预应力钢筋较短，张拉后少量的回缩即可产生较大的预应力损失，分批张拉产生的弹性压缩可以使预应力损失达11％，如果有超张拉情况，其损失率更大。悬臂对称施工时，挂篮一般后锚于竖向预应力螺纹钢上，在施工荷载的作用下，预应力损失也比较大。其次，温度梯度过大会导致腹板剪切应力过大，从而产生腹板斜裂缝。在阳光充足的地区，太阳直射桥面，因而桥面板温度急剧升高，靠近水面的底板温度较低，两者形成温度梯度。对于目前普遍采用的大跨度、变截面箱梁，随着截面高度变化幅度的增加及箱梁长度和支撑约束的增加，温度梯度应力沿梁长方向变化较快，对于气温变化较为强烈的地区，由于顶板翼缘受外界温度影响较大，随外界气温变化波动较为明显，导致腹板拉压应力交替频繁，在应力幅度变化较大的区域也容易出现斜裂缝。同时，腹板抗剪强度设计值不足也会造成腹板斜裂缝的出现。设计薄壁箱梁的首要目的是减轻结构自重，降低材料使用量，所以其腹板与翼缘板设计厚度较薄。箱梁腹板面积与抗剪承载力有密切的关系，而薄壁箱梁腹板面积与普通箱梁相比是小得多得，在无预应力作用情况下，腹板依靠提高腹板的箍筋配筋率和弯起钢筋得数量来提高其抗剪能力。但是在腹板厚度有限的条件下，其提高值亦是有限的。所以，薄壁箱梁腹板抗剪能力相对于普通混凝土箱梁较小，斜裂缝容易发生。3结语
预应力箱梁在正常使用极限状态下不应该出现梁体裂缝，但是已建预应力混凝土箱梁桥上的开裂情况却非常普遍，因此我对预应力混凝土箱梁桥典型裂缝成因进行了系统总结，望能为混凝土箱梁的设计和施工起到一定的参考价值。
参考文献：
混凝土及预应力技术发展研究 篇6
【摘 要】结构混凝土是土木工程建设的主要材料,目前我国结构混凝土技术在建筑、桥梁和基础设施建设中取得巨大进步,同时结构混凝土的大量应用也带来严重的资源和环境问题。该文系统总结了我国结构混凝土近年来取得的成就,指出存在的问题和发展方向,同时对该技术的发展提出了若干建议。
【关键词】混凝土技术;预应力技术;发展
中图分类号:TQ178文献标识码:A 文章编号:1009-8283(2010)07-0325-01
1 混凝土及预应力技术发展现状与成就
近年来,在巨大工程建设任务,特别是重点建设项目和大型工程的带动下,我国的混凝土工程技术水平有了很大的提高。目前,我国混凝土的年用量约为24亿～30亿m3,用于房屋建筑和土木工程的水利、交通、市政等所有行业,从结构材料类型方面来讲,混凝土结构约占全部工程结构的90%以上[1],混凝土将是现阶段乃至未来2年内我国主导的工程结构材料。围绕结构混凝土技术,我国的材料、设计、施工、理论、教学和标准等部门的工程技术人员,组成了许多学术机构、工作组和研发团队,研究和交流混凝土工程技术的相关问题,可以说我国有世界上最大、最全面、较高水平的混凝土工程技术研发和应用队伍,积聚了极其宝贵的人才。
混凝土工程施工技术取得较大进展,预拌混凝土成为东部发达地区的主要配送方式,模板技术水平进一步提高,混凝土搅拌、运输、布料等环节的机械化水平大大提高。特殊构件、特殊部位、特殊技术的混凝土施工形成多种成套技术或工法,如大体积混凝土施工技术、超长混凝土结构设计施工技术、超高混凝土泵送施工技术、钢管混凝土施工技术、型钢混凝土施工技术等。
2结构混凝土存在的主要问题及发展趋势
2.1 主要问题
1)资源消耗高,污染排放大近年,我国水泥产量已连续20年居世界第一,年产量约10亿t,占全球总产量的40%以上,建筑业每年消耗混凝土25亿m3,混凝土结构用钢筋超过6 000万t,约占全球的1/3。建筑业持续高速发展导致资源枯竭、能源耗费和环境破坏[2]。
2)材料强度及性能还需提高我国混凝土强度等级平均为C30级,预应力混凝土为C40级;混凝土结构用钢筋以335MPa为主和400MPa开始推广应用。欧美国家混凝土平均强度比我们高5～IOMPa;钢筋强度400～600MPa级用量已达到95%以上。
3)混凝土材料新品种应用较少 自密实}昆凝土,轻质混凝土,纤维混凝土,特种混凝土及各种外加剂、掺合料技术还应大力研究、开发、推广。
4)混凝土结构耐久性研究及修复技术开发滞后。
5)混凝土结构检测精度有待提高,现场快速检测方法需进一步开发。
6)预应力技术的节材优势未能充分发挥。
7)专业公司规模不大、综合能力不足。
2.2 发展趋势
1)混凝土材料研究开发、推广应用绿色高性能混凝土;开发研究有效地利用工业废料,减少硅酸盐水泥熟料用量的技术;关注降低单位混凝土水泥用量,利用工业废料有效改善混凝土结构耐久性,延长基础设施使用寿命的技术等,是混凝土材料技术发展的总趋势。
2)钢筋及预应力筋材料钢筋材料技术的发展趋势是,强度逐步发展至400～500MPa;预应力材料除了目前使用的高强度钢材外,新型碳纤维、玻璃纤维和聚酯纤维类非金属预应力筋等产品将得到应用。
3)钢筋工程施工技术将大量实现工厂化、机械化。
4)预制混凝土技术将得到大量推广应用。
5)预应力技术 ①设计理论将有重大进展,预应力结构的耐久性和经济性更为协调一致;②预应力工艺将进一步完善,专用产品质量提高;③应用领域进一步扩大。
3 技术发展目标及对策
3.1 发展目标
提高混凝土工程技术水平,降低单位建筑面积混凝土和钢筋材料用量,延长使用寿命,减少混凝土废弃物排放,实现混凝土技术的可持续发展。
3.2 对策及建议
3.2.1 提高混凝土和钢筋的强度及性能常用混凝土的强度等级由现在的C20。CAO级平均C30级,提高到C40～C_riO级平均C50级,推广使用的高强混凝土的强度等级由現在的C50～C80级,提高到C60～C100级。混凝土结构用钢筋的强度级别由现在的335～400MPa级提高到400～500MPa级[3]。降低钢筋和混凝土材料用量,减少对资源和能源的消耗。随着混凝土强度等级的提高,对用于配制结构用混凝土原材料的要求提高为:①水泥的强度等级由现在常用的32.5。42.5提高到42.5～52.5,62.5的水泥亦应批量应用。②混凝土减水剂的减水率在20%以上并大量使用;③使用优质、环保的掺合料。
3.2.2 继续开发推广高性能混凝土,促进绿色混凝土在我国的生产和应用
1)大力发展混凝土减水剂和其他外加剂。
2)提高混凝土掺合料的质量。
3)加强进行一般强度等级和高强度自密实混凝土的合理配制研究,及相应混凝土外加剂的研究。
4)除加强天然轻集料和工业废料的利用外,研制、开发高性能轻集料,应用矿物掺合料及纤维增强技术等,发展高性能轻集料混凝土。
3.2.3 发展纤维混凝土技术
1)进一步改进纤维产品的生产技术和产品质量,扩大钢纤维、聚丙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等的生产规模。
2)加强基础和应用基础研究,加强研究纤维混凝土的微观机理,长期变形性能及耐久性能等;开展超短细纤维超高强混凝土复合材料研究和生产,以及混杂纤维混凝土、智能纤维混凝土的研究。
3.2.4 提高耐久性
延长使用寿命提高我国混凝土耐久性设计和施工水平,提出耐久性指标和试验方法,可按设计要求达到安全使用年限。合理改造已有混凝土结构,延长结构使用寿命。充分利用拆除的混凝土废弃物,研究再生骨料混凝土技术,形成循环结构发展模式。
げ慰嘉南:
[1] 陶学康.国外结构混凝土及预应力新技术介绍[C]第十二届混凝土及预应力学术交流会论文集.兰州:2003.
[2] 预应力技术及材料设备(公路桥涵设计手册).
预应力混凝土特点 篇7
关键词：预应力,双向叠合楼盖,应用
PK(拼块之意)预应力混凝土双向叠合楼板是对高效预应力叠合楼板改进后研究出的一种新型楼板结构,它具有整体性和抗裂性能好、节约钢筋、施工时不用模板和支撑、便于工厂制作、构件质量易保证、项目开发周期短、应用前景广阔等优点;由它形成的叠合结构通过板肋的预留方孔穿置横向钢筋实现双向受力,而具有良好的整体性能。本文对PK预应力双向叠合楼盖技术进行了简要的介绍,并针对该项技术应用于工程实际的施工工艺和经济性进行了详细的描述和分析。
1 PK预应力双向叠合楼盖技术
PK预应力混凝土双向叠合楼盖技术是对高效预应力叠合楼盖改进后研究出的一种新型楼盖形式,其预制构件底板为倒“T”形预应力带肋薄板,通过在带肋混凝土薄板上布置横向穿孔钢筋并叠合一层混凝土后形成PK单向预应力双向配筋混凝土叠合楼板(如图1所示)。此楼板是在梁格内布置多块预制构件,叠合前受力阶段为单向简支预制构件受力,待后浇层混凝土结硬后才形成整体双向板,从而实现双向受力。
与现有的混凝土叠合楼板相比,PK单向预应力双向配筋混凝土叠合楼板主要体现了以下5点创新:1)将预制底板变薄(预制底板仅30 mm),由于预制薄板底板变薄,增加了横向穿孔钢筋的计算高度,有利于提高横向穿孔钢筋对承受PK单向预应力双向配筋混凝土叠合楼板承载的贡献;2)预制薄板带肋,有利于提高薄板刚度,便于控制薄板在制作和施工阶段的挠度,同时提高薄板在施工阶段的承载力,使得预制薄板在跨中无需额外支撑的情况下即可承受正常施工荷载,同时肋有助于增加预制薄板和叠合层混凝土间的咬合力;3)肋与底板交界处预留长孔,该长孔起到两个作用:a.方便叠合楼板板底非预应力正弯矩钢筋从预制薄板中穿过,使叠合板成为双向配筋叠合板,提高叠合板的受力性能;b.减少反拱值,使板底平整;4)在板的拼缝处设置了折线钢筋,提高了拼缝处的抗裂性能;5)施工中不需设置支撑,提高了施工效率,加快了施工进度。
2 PK预应力双向叠合楼盖的施工
PK预应力双向叠合楼盖技术自首次于2003年7月成功推广于湖南长沙的枫林绿洲项目和一派数控两项目以来,在长沙市及其周边地区又先后成功推广了多个工程项目,主要项目有麓谷景园住宅小区二期工程东方红渔场、南方大学教学楼、湖南长沙女子大学实验综合楼项目等工程。随着PK预应力双向叠合楼盖体系在实际工程中的不断应用,其施工工艺也不断完善。
PK预应力叠合楼板由预制构件,在现场安装后二次浇筑混凝土形成的整体楼板结构,它要求叠合楼板的后浇层与框架的混凝土同时浇筑,预制构件和板端钢筋深入框架梁墙内有一定的长度和位置要求。如果其施工程序安排不好,将会给叠合楼板的施工造成困难,PK预应力叠合楼盖的主要施工工序如下:
搭设框架梁的支撑→框架梁底模定位→绑扎框架梁钢筋→支框架梁侧模→吊装PK预应力叠合板预制构件→预制构件底板拼缝处抹灰→预设水电管线、清理板面及梁槽内杂物→布置叠合板拼缝处折线形抗裂钢筋、穿置横向受力钢筋→布置叠合板支座负筋→浇筑叠合板现浇层及框架梁的混凝土→养护。
通过项目的施工,总结出PK预应力叠合楼盖的施工应注意以下几点[1,2]:1)PK预应力预制构件在堆放、运输时不得倒置,采用尺寸相同的方木垫条垫底,垫木应上下对齐,分别置于板底两端,离板端距离不大于300 mm且不小于150 mm,堆放时高度不宜超过6层。2)叠合预制构件的两端要设置支撑,并且要保证支撑的可靠性,如遇到施工荷载过大,跨中需设置临时支撑,以确保施工安全和工程质量。3)PK预制构件要求两端搁置在砌体墙或预制梁的长度不小于80 mm,伸入到现浇框梁内的长度不小于10 mm,将板端部的预应力钢丝置于支承梁上部纵筋以下伸入至少150 mm,以确保楼板与支承梁的可靠嵌固。4)折线形抗裂钢筋沿板缝通长布置,并位于横向受力钢筋之上,与横向受力钢筋绑扎在一起。5)在预制构件板肋长方形孔中穿非预应力钢筋时,钢筋可分段布置后再进行连接,并锚入圈梁或框架梁中。6)在叠合层混凝土施工前,必须把预制构件表面的浮浆、尘土等杂物清除干净,然后浇水充分润湿,且不留积水,这是保证叠合面施工质量的关键,必须严格执行。7)当相邻PK叠合板由于跨度不一样,导致叠合后楼板厚度不一样时,就需要根据两块楼板的厚度差d,将跨度大的PK板事先降低d以求叠合混凝土后板面平整。
3 PK预应力双向叠合楼盖的主要经济指标分析
PK预应力双向叠合楼盖的主要经济指标主要体现在以下几点[3]:1)节约钢筋:PK预应力带肋混凝土薄板材料强度高,在施工中不用设置支撑,叠合后属二次受力构件。这样,预制构件自重荷载和后浇混凝土自重荷载就由预制构件承受,当后浇混凝土达到强度时,装修荷载及活荷载由叠合板承受,使得支座负弯矩值大为减少,负弯矩筋用量也相应降低。同样荷载条件下,PK单向预应力双向配筋混凝土叠合楼盖钢筋用量比普通现浇楼盖的少5 kg/m2～10 kg/m2。2)节省模板:PK单向预应力双向配筋混凝土叠合楼盖在施工时,现场施工荷载和后浇混凝土自重荷载由预制构件直接承受,预制构件板起到后浇混凝土模板的作用。所以,与普通现浇楼盖相比,PK单向预应力双向配筋混凝土叠合楼盖可以节约0.01 m3/m2的木材。3)工期缩短:PK单向预应力双向配筋混凝土叠合楼盖属于部分构件由工厂预制、现场装配并叠合混凝土而成,不用支模和拆模,现场绑扎钢筋和浇筑混凝土的量小,施工进度快,而且预制构件板的施工不受天气等外界因素的影响。与普通现浇楼盖相比,PK单向预应力双向配筋混凝土叠合楼盖可以节约施工工期1/3左右。4)抗裂性好:由于叠合楼盖中大部分荷载由PK预应力带肋混凝土薄板承担,而PK预应力带肋混凝土薄板采用高强预应力钢丝配筋,楼板开裂荷载接近极限荷载,能有效解决正常使用情况下普通现浇混凝土楼盖出现的开裂现象。5)造价低:根据用户调查,采用本楼盖体系约节约工程造价30%。综合考虑PK单向预应力双向配筋混凝土叠合楼盖的节材、环保和产业化产生的效益,可以认为PK单向预应力双向配筋混凝土叠合楼盖具有良好的综合经济效益和社会效益。
依据PK预应力双向叠合楼盖已应用的实际工程,与传统现浇楼盖的主要技术指标做了对比(见表1)。
4结语
PK预应力混凝土双向叠合楼盖技术是我国建筑结构领域的一项重大创新。该技术不仅集中了预制和现浇楼盖的优点,还通过构造使预应力混凝土叠合楼板实现了双向受力,使其传力更加合理,可承受更大的荷载。本文的主要经济技术指标分析也很好的证实了此楼盖体系具有明显的经济效益。
参考文献
[1]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].
[2]吴方伯.PK预应力双向叠合板施工方法(图集)[M].长沙:湖南大学结构工程研究所,2003.
预应力混凝土特点 篇8
预应力曲线梁桥作为一种空间结构, 因在荷载、预应力、温度、徐变等产生的弯矩、扭矩、剪力、轴力及二次矩作用下受力十分复杂, 若设计考虑不周, 会发生曲线桥梁开裂、横向位移过大、支座脱空、移位等事故, 影响结构安全和造成不良的社会影响。因此设计者掌握曲线梁桥的受力特点及设计注意事项尤其重要。
2 预应力曲线梁桥的受力特点
由于曲率的影响, 预应力曲梁桥受力相比直梁桥主要有如下特点:
2.1 梁体处于弯扭藕合作用下
预应力曲线梁桥除了内外缘自重差异产生扭矩外, 预应力钢束在空间方向的分布对于剪切中心会产生很大的力矩, 是曲线梁桥的主要扭矩。因此无论采用何种支座布置方案, 曲线梁内总存在扭矩, 这使曲线梁总是处于弯、扭藕合的受力状态下。弯矩和扭矩互相影响, 其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多, 这是曲线梁桥独有的受力特点。在扭矩作用下产生扭转变形, 其曲线外侧的竖向挠度大于同跨径的直桥, 外边缘的挠度大于内边缘的挠度, 而且曲率半径越小、桥越宽, 这一趋势越明显。在弯扭藕合作用下, 梁端可能出现翘曲。当梁端横桥向约束较弱时, 梁体有向弯道外侧“爬移”的趋势。
2.2 内梁和外梁受力不均
在预应力曲线梁桥中, 由于存在较大的扭矩, 因而通常会使外梁超载、内梁卸载, 尤其桥梁较宽时的内、外梁的差异更大。通常情况下, 内、外梁的支点反力相差较大, 当活载偏置时, 内梁甚至可能产生负反力, 这时如果支座不能承受拉力, 就会出现梁体与支座的脱离, 即“支座脱空”现象。
2.3 离心力的作用不能忽视
规范中规定:当弯道桥的曲线半径等于或小于250 m时, 应计算汽车荷载引起的离心力。离心力的作用点在桥面1.2m处 (为计算简便可以移至桥面, 不计由此引起的作用效应) 。但对“独柱墩式”的预应力曲线梁桥结构, 这样简化是偏于不安全的。
2.4 预应力的摩擦损失计算应按空间考虑
直线桥预应力的摩擦损失采用的转角是平面转角, 但曲线梁桥的预应力钢束线形多为空间三维曲线, 具有双向曲率, 因此摩擦损失计算采用的转角应为空间转角, 即钢束各微段相对前段的竖向偏角增量平方与水平偏角增量平方的总和再开平方计算得到的转角。在预应力损失计算中摩阻损失占很大比例, 因此详细分析其计算对预应力曲线梁桥的计算成果至关重要。
2.5 下部受力计算复杂
由于内外侧支座反力相差较大, 使各墩柱所受垂直力也不同, 弯桥下部结构墩顶水平力, 除了与直桥一样有制动力、温度变化引起的内力、地震力等外, 还存在离心力和预应力张拉产生的径向力。故在曲线梁桥结构设计中, 应对其进行全面的整体的空间受力计算分析, 只采用横向分布等简化计算方法, 不能全面地反映实际的受力状况, 因此必须充分考虑结构的空间受力特点, 对其在承受纵向弯曲、扭转和翘曲作用下, 结合自重、预应力和汽车活载等荷载进行详细的受力分析, 才能全面地分析清楚实际的受力状态。
3 预应力曲线梁桥设计中应注意的问题
针对近年来, 国内常有曲线梁桥在施工中或建成后发生事故, 在设计中应注意以下几个方面。
3.1 上部结构方案的选定
(1) 在桥梁的跨径布置上保证跨越功能的同时, 应使“扭转跨径” (指两抗扭墩之间的累计跨长) 不宜太长。
(2) 横截面尺寸选择可与等跨径的直梁桥相同, 尽可能选择抗扭刚度较大的箱型截面, 并根据受力分析增设跨间横隔梁。
(3) 梁端间隙和伸缩缝构造设计时应保证在最大升温条件下, 梁能够不受阻碍地自由伸缩变形。
3.2 预应力钢束的设计
纵向预应力钢束的配置应尽可能使预应力束的平面布置与曲梁的轴线和预应力的压力线 (压力线:梁的预应力弯矩除以梁的横截面上所受预压力, 得该预压力作用点相对梁的形心轴的偏心距, 把全梁各截面的预压力合力作用点联接起来, 即为预应力压力线) 一致, 预应力钢束的水平合力作用点连线与梁中性轴相吻合, 否则由于预应力钢束具有平面曲率, 预应力束产生对梁的水平径向作用力, 这种水平力对梁的剪力中心的偏心扭矩会使曲梁产生附加弯矩和扭矩。
设计者可以根据文献[7]中提及的压应力线限制区控制钢束数量及几何布置。压应力线限制区是为满足梁的上下缘应力均大于0或某一指定拉应力值, 压应力线不得越出的区域。
根据文献[7]计算压应力线限制区公式如下:
张拉阶段
e≤ Kb+ Md/F0 (1)
e≥ -Kt+Md/F0 (2)
使用阶段
e≤ Kb+ Mmin/F (3)
e≥ -Kt+ Mmax/F (4)
式中:F─预压应力合力;
F0─梁内某截面的预压力;
Md─恒载弯矩 (假定为正) ;
Mmin、Mmax—使用阶段恒、活载组合的最小、最大弯矩 (假定为正) ;
e─偏心距;
Kb=I/AYt—截面下核心到形心的距离;
Kt=I/AYb—截面上核心到形心的距离。
由上面4个不等式, 即可计算包围出‘中的阴影区域—压力线限制区。
压应力线越出限制区的上边界, 梁的下缘将出现拉应力或拉应力过大, 反之, 上缘将出现拉应力或拉应力过大。限制区的宽度与有效预加力的大小有关, 限制区的上界与下界相交, 表示有效预压力不足应增加钢束;上界与下界之间宽度过大, 表示预压力富裕, 可减少钢束。而较经济的设计是上下界之间宽度尽可能小, 同时又能将整条压应力线包络住, 这意味该梁无论是在张拉阶段还是在使用阶段, 它的上下缘都不会出现拉应力或不超出某个拉应力限制。
钢束布置应避免一个误区, 即预应力钢束在正弯矩区都布置到最低, 在负弯矩区都布置到最高。把钢束布置到最低、最高, 并不一定是最佳钢束位置, 不仅应力状态不是最优, 还可能影响强度验算的通过;同时应注意曲线梁桥靠曲线外侧的主梁, 其弯矩一般比内侧主梁大, 但外侧主梁需要的钢束数不一定要比内侧主梁多, 这是曲线梁的平面弯曲效应的结果。
3.3 支座的选取和预偏心的设置
曲线梁桥的支座选取和设置非常重要, 它直接影响结构受力安全。支座选择不当, 会导致在日照、高温循环作用下发生梁体向曲线外侧滑移。
3.3.1 支座的选取
支座选取时所有中墩支座, 尽可能选择横桥向位移固定支座, 对于采用径向或双向自由滑动支座, 应汪意以下几点:
(1) 如无特殊措施, 不宜全部中墩都采用径向或双向自由滑动支座, 尽可能将横桥向位移固定, 否则在温升和日照作用下, 梁极易发生不可恢复的水平位移和扭转。
(2) 若全部中墩都采用径向或双向自由滑动支座, 必须在梁端可靠地限制纵向位移, 例如采用纵向预应力钢筋加橡胶热块把梁端与桥台联结起来, 这样, 温升和日照产生的水平位移和扭转才有可能恢复原位。
(3) 充分考虑梁端支座与桥台可能受到的水平地震力。
(4) 根据计算结果中支座的最大水平受力和梁相对支座的最大水平位移选用支座, 必要时应设置可靠的限制水平位移和防落梁的构造措施。
3.3.2 支座预偏心的设置
为了改善桥轴线的扭矩分布, 达到合理的配筋设计, 在支座设计中给以一定的径向预偏心。一般设计过程中设计者往往仅注重主梁内部扭矩分布, 而忽略了主梁的扭转角位移、主梁端部支承反力是否受拉等因素, 造成支座布置不当。支座布置应尽量使扭矩包络图在梁端处的最大正扭矩与最小负扭矩绝对值大致相等, 目的是使梁端左右支座竖向力大致相等。预先偏心在设计过程中可以通过试算来确定具体数值。
3.4 侧向防崩钢筋的设计
曲线梁桥设计中不能忽略钢束侧崩力的计算, 避免预应力钢束崩裂腹板。钢束侧崩力是由于具有水平曲率的纵向预应力钢束在张拉过程中产生对腹板混凝土的径向压力所引起的。孔道中单位长度预应力钢束的最大水平径向力可以采用下面公式计算:
式中:F—单位长度预应力筋束的最大水平径向力;
R—预应力管道设计水平曲率;
Fk —钢束的控制张拉力;
C—超张拉系数。
计算出侧崩力后再按照规范中关于冲切强度的条文, 验算从钢束中心放射的两个45°斜面的强度, 并确定腹板内箍筋的直径和数量及另需增添防崩箍筋的用量。由于各种原因, 实际上的水平冲切力有可能比理论值大得多, 在验算配筋时应适当预留一定的安全度。
3.5 其它设计中应注意的问题
(1) 当曲线梁桥比较宽、桥墩也较宽时, 设计中应注意温度变化时由于曲线梁水平弯曲变形, 在墩顶产生的横桥向水平作用力可能会比较大, 尤其是当所有中墩支座均为横桥向位移固定时。
(2) 设计时应注意合理的扭矩分布并不能保证支座不出现拉力, 因此查看计算结果时还要注意支座竖向力, 支座竖向受力不仅要大于0, 而且要有一定的安全储备, 避免因计算误差造成不良后果。
(3) 根据计算结果要考虑是否设置预拱度, 还要考虑是否设置预扭转角, 预扭转角不仅要在跨中设, 支点截面也应考虑设置。
(4) 下部结构设计中不能忽视因曲线梁产生的水平力对其影响。
4 结束语
随着桥梁设计的日趋成熟完善, 曲线梁桥的半径也不断减小, 跨径要求却不断增大, 对我们桥梁设计工作者提出了新的挑战。在实际设计只有通过不断积累经验, 认真分析比较, 对各种难题除有针对性地加以解决外, 还应予以足够重视, 才能在许多不可预见的因素下避免发生事故, 确保结构安全。
参考文献
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[4]吴西伦.弯梁梁桥计算[M].人民交通出版社, 1990.
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预应力混凝土特点 篇9
文献[9,10]明确规定计算时必需考虑钢筋回缩与锚具的滑移和变形, 本文依据张拉预应力钢筋过程中测得的预应力损失数据, 结合当前预应力混凝土技术的发展, 提出通过具有微调能力的锚具实现对预应力筋的二次张拉的施工工艺。该技术通过调节锚具的长度对预应力筋进行二次张拉, 以此有效地减小预应力损失。
1 锚固瞬间预应力钢筋的预应力损失
后张法预应力构件在张拉结束锚固瞬间的预应力损失较大, 针对此问题我们分别对5 根梁进行了预应力钢筋张拉试验。
1. 1 试件尺寸
试件为300 × 400 × 3300 预应力混凝土梁, 混凝土强度等级均为C50, 试件构造如图1 所示。预应力筋采用工程同等型号的预应力筋, 力学性能符合国家标准《预应力混凝土用钢筋》, 强度标准值为fptk=1860MPa。
1. 2 试验过程
试验布置如图2 所示。
试验时对5 根梁采用一端张拉的方式施加预应力, 并通过压力传感器在静态应变仪上记录预应力筋张拉端和锚固端的应力变化测得预应力钢筋的预应力损失。其中, 1、2、3、4 号梁张拉预应力钢筋至其张拉端达到设计应力。而5 号梁预应力钢筋根据混凝土施工技术规程规定采取超张拉以减少预应力损失。张拉设备及数据采集设备如图3、图4 所示。
1. 3 预应力筋锚固瞬间的应力变化
试验梁在停止张拉进行锚固的瞬间, 预应力钢筋两端应力变化如表1 所示。
通过表1可以看出, 张拉完成、锚固瞬间预应力钢筋的预应力损失较大。1、2、3、4号梁张拉端预应力损失分别为张拉端控制应力的20.1%、22.5%、22.2%、20.1%, 平均损失为21.2%;锚固端预应力损失分别为8.5%、8.3%、8.8%、6.1%, 平均损失为7.9%。5号梁张拉端预应力损失为控制应力的15.3%, 锚固端预应力损失为7.7%。经分析, 损失大部分是由预应力钢筋回缩、与锚具加紧瞬间的滑移所造成的, 并且超张拉并不能有效减少预应力损失。
2传统的减少预应力损失的方法
2. 1 在选材上
( 1) 在尽量减少垫板数量的前提下, 选用锚具或夹具时, 以变形量小、预应力钢筋内缩小为宜[10]。
( 2) 选用变形量小的锚具和夹具[10]。
( 3) 选取高强钢筋和高强混凝土以降低混凝土弹性压缩降低钢筋内缩[10]。
2. 2 施工方法上
( 1) 采用超张拉的方法
施工中采用超张拉的施工工艺。张拉时先超张拉5% , 持荷2min, 然后再回到1. 0 倍张拉控制应力。采用超张拉是为了减少预应力筋的松弛损失。松弛损失会随着时间的延续而增加, 但在第一分钟内可完成损失总值的50% , 24h内则可完成80%[10]。所以采用超张拉工艺可减少50% 以上的松弛应力损失, 但不能解决预应力钢筋在锚固瞬间的预应力损失。
( 2) 一次张拉
一次张拉是直接张拉至1. 03 倍的控制应力。采用一次张拉锚固工艺, 因松弛损失大, 故张拉应力比原设计控制应力提高3%[10]。按照目前的方法, 只能较粗略控制预应力损失。这些方法只能弥补部分松弛损失, 很难有效解决预应力损失的问题。
3 减少锚固瞬间预应力损失的一种新型施工工艺
传统的方法只能弥补部分预应力损失, 对预应力损失问题尚不能有效解决。下面采用一种能够调节长度的预应力微调锚具, 并以此达到二次张拉预应力筋的目的, 从而有效弥补预应力损失。
3. 1 预应力损失的精确计算和补张拉原理
对普通锚具进行改良, 使锚具具有调节自身长度的能力, 通过改变锚具长度实现对预应力筋的二次张拉。
3. 1. 1 锚具工作原理
( 1) 预应力螺母内侧、预应力螺栓外侧加工成螺纹, 两者具有相同螺距;
( 2) 预应力螺母和预应力螺栓通过螺纹接合在一起, 施工时通过拧动外螺母锚具拉动钢筋, 调节预应力的大小;
( 3) 预应力螺母前段采用六角形便于施工调节预应力大小, 后段采用圆柱状嵌入垫板槽内;
( 4) 可通过限位螺钉固定预应力螺母, 防止锚具弹性变形及预应力螺母和预应力螺栓相互滑动造成预应力损失;
( 5) 使用时通过定扭矩扳手得出预应力筋所需调整的力, 再根据所提供的公式求得所需转动的圈数[11]。
3. 1. 2 锚具构造图
锚具系统结构示意图如图5 所示。
其中, (1) 预应力筋 (2) 楔形夹片 (3) 预应力螺栓 (4) 预应力螺母 (5) 垫片 (6) 螺旋状钢筋 (7) 套管 (8) 润滑剂 ( 无粘结预应力中) 或缓粘结剂 ( 缓粘结预应力中) (9) 限位螺钉。
3. 2 需要补张拉的预应力计算及转动锚具圈数的计算
3. 2. 1 确定张拉结束钢筋拉力的公式
可按下式计算
其中, F1—第一次张拉后预应力筋的拉力;
D—锚具螺纹大径;
d—锚具螺纹小径;
T—定扭矩扳手读出的扭矩;
u—内外锚具摩阻系数。
3. 2. 2 确定达到控制应力所需要转动锚具的圈数
可按下式计算
其中, N—预应力螺母需要转动的圈数;
A1—受力筋截面面积;
A2—构件截面面积;
E1—受力筋弹性模量;
E2—混凝土弹性模量;
F—钢筋达到张拉控制应力时的拉力;
L—构件长度;
P—锚具螺距 (按密螺纹规格[12]取) 。
3.3施工时操作流程
3. 3. 1 具体操作步骤
( 1) 将预应力螺母 (4) 和预应力螺栓 (3) 底端对齐;
( 2) 当受力钢筋 (1) 为钢绞线时张拉到1. 0 倍张拉控制应力时持荷2min后锚固; 受力筋 (1) 为钢筋时张拉达到1.05 倍张拉控制应力后持荷2min后千斤顶慢慢回油将拉力调整到1.0 倍张拉控制应力后锚固;
( 3) 锚固后用定扭矩扳手拧动预应力螺母 (4) , 根据测出的扭矩计算出受力钢筋拉力;
( 4) 计算出预应力筋所需调整的力, 根据给出的公式 ( 2) 计算出所需转动预应力螺母的圈数, 调整到张拉控制应力;
( 5) 拧紧限位螺钉 (9) 。
3. 3. 2 使用的钢材为预应力钢筋时
首先使用超张拉的施工工艺, 先将预应力钢筋张拉至1. 05 倍张拉控制应力, 持荷2min, 然后放张至1. 0 倍张拉控制应力。接下来通过定扭矩扳手调整预应力的大小, 直至预应力筋真正达到1. 0 倍张拉控制应力, 施工流程如图6。
3. 3. 3 使用的钢材为预应力钢绞线时
直接将预应力钢绞线张拉到1. 0 倍张拉控制应力, 然后通过定扭矩扳手调整预应力大小, 直至达到1. 0 倍张拉控制应力, 施工流程如图7。
4 结论
( 1) 通过预应力钢筋张拉试验锚固瞬间测得的预应力变化可知, 由于钢筋回缩与锚具滑移和变形造成的预应力损失较大。
预应力混凝土特点 篇10
但在后张预应力混凝土结构中,预应力筋在高应力下对腐蚀(特别对电化腐蚀和氧化腐蚀)极为敏感,一旦锈蚀,后果严重。
在公路桥梁建设中,后张预应力压浆不密实的问题早在十几年前就已受到国内外的广泛关注。孔道压浆质量的好坏,直接关系到钢绞线的防腐,关系到结构的安全性和耐久性,不饱满的孔道会给公路桥梁造成严重的安全隐患。
嵊州市长安大桥为多孔预应力混凝土连续箱梁桥,桥梁全长约287 m。其中主桥跨越长乐江,采用跨径布置为29 m+50 m+29 m=108 m的变截面预应力混凝土连续梁桥;南、北引桥采用等截面预应力混凝土连续箱梁,跨径布置分别为4×25 m=100 m、3×25 m=75 m。箱梁断面采用斜腹板形式。桥梁总体布置立面图如图1所示。
长安大桥南引桥位于R=200 m的平面曲线上,主桥又是变高度箱形梁,且设计采用通长钢束为主。因此,如何能有效地建立预应力,并满足设计要求的钢束张拉延伸量,成为上部箱梁结构的一个关键技术控制点。
长安大桥在设计、施工中对上述问题作了深入了解,并积极采用新工艺、新技术、新材料。本文着重从三方面论述预应力施工工艺的应用。
1 采用塑料波纹管成孔
在后张预应力混凝土连续箱梁桥结构中,力筋的孔道一般由浇筑在混凝土中的刚性或半刚性管道构成。对一般工程,也可采用钢管抽芯、胶管抽芯及金属伸缩套管抽芯等方法预留。管道应具有足够的强度,以使其在混凝土的总量作用下能保持原有的形状,且能按设计要求有效传递黏结力。
长安大桥初步设计采用目前最通用的金属波纹管成孔,但在施工图阶段考虑到金属波纹管没有永久的防腐能力,不足以抵抗水及浆体的渗漏。另外,设计采用的通长布置钢束数量较多,而金属波纹管预留孔道的摩擦因数较大,预应力损失也较多。最终确定改用塑料波纹管成孔。塑料波纹管规格有ɸ90 mm、ɸ80 mm、ɸ70 mm、ɸ55 mm等4种内孔。
塑料波纹管是一种新型成孔材料,基本上克服了金属波纹管的不足。通过长安大桥的使用,此种材料归纳起来具有以下优点。
1)塑料波纹管为连续挤出成型,密封性能和抗渗漏性能高于金属波纹管,无渗水、漏浆现象。
2)塑料波纹管原材料为HDPE,耐酸碱腐蚀、耐老化、永不生锈。
3)塑料波纹管与钢绞线的摩擦因数小(仅为0.14~0.17),远小于金属波纹管与钢绞线的摩擦因数(一般为0.25),能有效减少张拉过程中的预应力摩擦损失。
4)塑料波纹管柔韧性好,环刚度高,不怕踩压,不易被振捣棒凿破,适用于真空灌浆。
5)塑料波纹管不导电,可以防止杂散电流腐蚀。
6)塑料波纹管弯曲度大,连接方便,可以提高施工效率。
2 采用真空辅助压浆工艺
在传统的预应力混凝土连续箱梁桥施工建设中,后张预应力管道压浆不密实的问题一直难以彻底解决。真空辅助压浆正是为保证孔道压浆密实性的一种新型压浆工艺。
2.1 真空辅助压浆原理
压浆前,先用真空泵抽吸预应力孔道中的空气,使孔道中的真空度达到-0.1 MPa。然后在孔道的另一端用压浆泵以一定的压力将搅拌好的水泥浆体压入预应力孔道。待浆体充满整个孔道时,保持≤0.7 MPa的正压力,以确保孔道灌浆的饱满与密实。
孔道内只留有少量空气,浆体中很难形成气泡,同时,孔道内和压浆泵之间的正负压力差可大大提高孔道内浆体的饱满和密实度,不仅是“压”,而且是增加了“吸”的功能。真空辅助压浆的关键是要保证管道及锚固体系的密闭性,以保证管道内形成一定压力的负压。
2.2 真空辅助压浆对浆体的要求
在确定具体材料和配合比之前,必须先做实验,得到合适的配合比。长安大桥采用以下控制要求来确保浆体质量。
1)浆体除了具有足够的抗压强度和黏结强度外,还必须保证良好的防腐蚀性能和稠度,不离析、不析水,硬化后空隙率低、渗透性小,不收缩或低收缩。
2)采用新生产的普通硅酸盐水泥,强度等级不低于42.5级。
3)采用的饮用水中硫酸盐含量不能>0.1%,氯盐含量<0.5%,不含有糖分或悬浮有机质。
4)为改善浆体在施工中和硬化后的性能,可以加入适当的外加剂。外加剂中氯离子含量不得大于水泥重量的0.22%,并不得产生气泡或降低浆体的质量。
2.3 真空辅助压浆施工步骤
1)准备工作。压浆前全面检查排气孔、灌浆孔、排水孔等,并对真空泵、灌浆设备进行安装检查。为使孔道压浆流畅,并使浆液和孔壁结合良好,压浆前应用压力水冲洗孔道,冲洗后须用空压机吹除孔道内所有积水。
2)试抽真空。利用真空泵使孔道内达到负压状态,压力为-0.1 MPa左右时停泵约2 min,压力能保持不变即可认为孔道达到并维持真空。
3)拌浆、压浆。按试验得到的参数比例将各组份材料充分搅拌,完成后按先灌下层孔道、后灌上层孔道的顺序压浆。
启动真空泵,当真空度达到并维持在-0.1 MPa值时,开始压浆,压浆泵的压力以保证压入孔道内的水泥浆密度为准。
出浆孔流出的和灌入之前的浆体稠度一致后,仍继续灌浆2~3 min,再关闭压浆喷嘴。
2.4 真空辅助压浆的优点
1)普通灌浆孔道的密封性能往往难以做好,而真空辅助灌浆整个灌浆过程中孔道密封性良好,使浆体保压及充满整个孔道得到保证。
2)普通灌浆孔道中存有的空气中多少含有水分,水泥浆在压力作用下常有气泡,水泥浆硬化后就会形成孔隙,成为渗透雨水的集聚地,而在真空状态下,孔道的空气、水分以及混在水泥浆中的气泡被消除,减少了孔隙及泌水现象。
3)普通的压力灌浆,水泥浆容易离析、析水、干硬后收缩,析水会产生孔隙,而真空灌浆工艺及浆体的优化,消除了裂缝的产生,使灌浆的饱满性及强度得到保证。
4)采用真空灌浆可降低水灰比,以增加水泥浆的密实性。
3 超长空间曲线钢束施工技术
长安大桥连续箱梁每联均设置腹板通长钢束(腹板钢束长度最长达到110 m),且箱梁断面采用斜腹板形式,钢束线形在各支点附近均为空间曲线,即在竖弯的同时还伴随着平弯。因此,施工中如何在保证张拉延伸量满足设计要求的情况下,有效地建立预应力,是本工程上部箱梁施工的最大难点。
3.1 超长钢束孔道空间定位
钢束孔道的空间定位是确立有效预应力的首要步骤。对于常规的较短钢束的定位比较简单,比如本工程中的顶、底板钢束。边腹板通长钢束,由于距离长、曲线变化规律复杂(同时包含竖弯与平弯),因此如何准确定位钢束孔道成为箱梁施工中的一道关键工序。
在各支点钢束曲线变化规律如图2所示。x轴为顺桥方向,y轴为横桥方向,z轴为竖直方向,x轴、y轴、z轴按右手定则确定。
图2仅示出在中支点附近平、竖曲线范围内腹板钢束纵横向布置。可见,边腹板钢束与中腹板钢束在x-z平面变化规律相同,而在y-z平面上,中腹板钢束为一直线,边腹板钢束在中横梁附近随竖曲线保持距腹板边缘15 cm不变均匀平弯(曲线控制要素同竖曲线)。
中腹板钢束与边腹板钢束相对坐标关系见式(1)。
式中:b为距边腹板15 cm虚线与梁底交点距箱梁中线距离;α为边腹板倾角。
施工中根据设计提供的中腹板钢束x-z轴坐标值,通过计算机投影计算出每束孔道Χ坐标、管道的竖向坐标值Ζ(以波纹管底为准)。
安装好模板后,在钢筋绑扎之前,沿梁体内侧和外侧的模板放出Χ坐标;钢筋绑扎完后,用一根标记有横向孔道位置的放样线连接梁体内外侧Χ坐标,然后按照放样线上的标记用刚性尺依次在钢筋骨架的箍筋上用油漆标记出每个孔道的竖向坐标位置;依据放样的坐标焊接管道的井字型定位钢筋和侧向防崩钢筋。
3.2 预应力筋穿束
通常预应力连续箱梁钢束穿束有先浇筑混凝土后穿束,或者在浇筑混凝土之前就穿好钢束两种选择。如采用浇筑混凝土后再穿束的方式,因孔道较长,如有孔道漏浆现象将相当难处理,因此采取在混凝土浇筑前先行穿好钢束。施工时采用专用穿索连接头、用2台卷扬机配合进行,很顺利地完成了穿束工作,并且没有发生波纹管破裂和孔道位置发生变化的情况。
3.3 超长束预应力筋张拉
设计中为了加快施工进度,将腹板通长钢束统一拉至箱梁顶板端横梁附件设置的槽口中张拉。这样各联箱梁的施工均不受其他联箱梁的影响。施工作业可以安排平行进行。
选用专用轻量化穿心式YCWB系列千斤顶进行张拉。该系列千斤顶体积小、重量轻,而且密封性能好、可靠性高;另外在行程不变的条件下,长度减短30%,能够满足在箱室内部狭窄空间中张拉钢束的要求。
4 结语
嵊州长安大桥工程于2008年1月顺利竣工,并通过成桥静、动载试验,于2008年3月验收交付使用。运营一年多,桥梁各项指标显示良好。
1)塑料波纹管在连续箱梁桥上部结构中的应用,明显减少了预应力的孔道摩阻损失,降低施工难度,确保了施工后的预应力体系得以有效建立与保持。
2)采用真空辅助灌浆技术对于确保超长的预应力孔道灌浆质量效果明显。
3)采用塑料波纹管和真空辅助灌浆技术,对于减少工程投资、防止钢绞线腐蚀、提高混凝土结构的安全度和耐久性有显著效果。
4)轻型系列千斤顶能有效加快施工进度,满足箱室内部狭窄空间张拉钢束空间要求。
5)预应力连续箱梁桥采用上述新工艺,有助于该类桥型得到更广泛应用。
摘要：预应力混凝土连续箱梁桥是目前中小跨径最主要的桥型之一。针对这一桥型施工过程中关键技术作了详细论述。主要包括采用塑料波纹管、真空辅助压浆、超长空间钢束施工工艺。结合这种预应力施工工艺在嵊州长安大桥建设中的成功应用,可予以推广。
关键词：预应力混凝土,连续箱梁,塑料波纹管,真空压浆,空间钢束
参考文献
后张法预应力箱梁混凝土施工工艺 篇11
【关键词】后张法;箱梁;施工工艺
1.工程概况
本工程为济宁高新区桥梁工程海川路桥，位于海川路上跨越蓼河，河桥与河道斜交53度。桥梁上部结构为三跨等截面先简支后连续30m箱梁，跨径共三跨，每跨12片，共计36片。其中边跨边梁4片，边跨中梁20片，中跨边梁2片，中跨中梁10片。混凝土强度等级为C50，边跨边梁36.2m3，边跨中梁32.9m3，中跨邊梁35.2m3，中跨中梁31.8m3。
2.施工工艺
2.1施工准备
2.1.1材料要求：C50商品砼，出示商品砼运输单、现场做坍落度试验合格。
2.1.2主要机具：平板振捣器、30和50型插入式振动棒、铁锹、木抹子、木楔、胶木板、塑料布、绝缘手套、雨靴、雨衣、配电箱、风机、25T汽吊、备用发电机等。
2.1.3作业条件
（1）钢筋和模板工序验收合格，经监理同意可进行下一道工序施工。
（2）浇筑前，已联系商品砼供应站砼标号、坍落度、方数、车辆数量及要灰地址，确保砼浇筑连续性。
（3）浇筑前，再次检查外模腿支撑是否用木楔垫牢固，堵头模板及模板之间缝隙是否堵好，底板预埋的4ф100PVC排气孔、（边梁有泄水孔、预埋件、吊装孔）是否有漏项。检查振捣器材运行是否正常，平板振捣器钢板底座是否焊接牢固，螺丝杆及螺母是否上紧，顶板槽钢压杠上的花篮螺杆是否上紧，芯模内木胶板是否压模良好并配齐足够的木楔、方木，顶板上的预留洞口槽（或堵头模板）缝隙用海绵塞实等。
（4）浇筑前将腹板上的圆形波纹管内穿入塑料硬质芯棒，顶板上的扁形波纹管穿入4根/道钢束。
（5）电工将使用的移动电闸箱线路接好，一般箱梁两侧各配1个移动电闸箱，夜晚配好足够的照明灯。
（6）现场配备施工人员到位并安排妥当，同时有技术人员、工长、包工头、电工、安检员、试验员进行现场监督。
2.2施工要点
2.2.1箱梁砼标号为C50，采用商品砼搅拌站进行供应，每车砼到现场均由试验员进行砼坍落度试验，检查是否符合砼浇筑要求，坍落度应控制在18～20cm。同时应做3组砼试件，一组同条件养护，留预应力张拉数据使用，另两组做标养试件做强度验收依据。
2.2.2砼运输车开至灰斗位置，由汽吊（或龙门吊）吊砼灰斗入模。
2.2.3在气温高于25℃时使用商品砼，其运输、浇筑及间隙全部时间不宜超过2个半小时。
2.2.4砼振捣以插入式振捣棒为主，附着式平板振捣器为辅。振动器要和侧模安装密贴牢固，使砼最大限度吸收振动力，底板和腹板下部振捣使用30型振捣棒，腹板腋下及顶板使用50型振捣棒。
2.2.5浇筑腹板：应分层对称浇筑，分三层。浇筑边跨梁砼时，首先浇筑非连续端端横梁处，浇筑高度控制在500mm以内（底板200厚，底板面层上300厚），以现场灰斗0.7m3计算，第一层浇筑一斗灰可放2.5m，第二层一斗灰可放4m。浇筑顺序应先从开始端A浇筑到尾部端B后，再拐至A端浇筑到B端；使用振捣棒时插入间距要均匀控制在20～30cm之间，要快插慢拔，直插至腹板底部或用长钢筋检查腹板深度用于控制插入振捣棒的长度。振捣第二层时振捣棒要插入下层砼50～100mm。对每一振动部位必须振捣到至砼密实为止，密实标志是砼停止下沉，不在冒气泡，表面呈现平坦泛浆。放砼要求对称放料，尽量放进腹板内，尽量减少落到顶板上，放灰人员要把握好灰斗开启方向及放灰速度，灰斗偏时不要放灰。放完灰后箱梁两侧人员操作附着式振动器侧振6～10秒，顶板上人员及时观察砼灰落情况，不可长振以免造成浆体落底石子在上。后用振捣棒插入腹板底振捣、要求快插慢拔、间距均匀不得漏振，振至表面呈平坦泛浆现象为止。同时芯模内的人员用50型振捣棒振捣底板砼或腹板底侧壁，尤其是腹板与底板交界处的振捣，并经常用手锤敲击内模，查看侧模虚实及底板木胶板压膜下的砼密实程度，无空洞露筋现象后用木胶板方木压实。如发现底板没有砼灰时，应及时通知顶板上人员用扁簪子拨开钢板盖板从上直接放灰捣实，要求芯模人员一定要振捣，要负起责任来，不得偷懒或漏振。木胶板没有压实泛浆时，应将灰清理掉并用小灰斗倒出去。
2.2.6浇筑砼过程中设专人检查模板支撑、芯模上浮程度、附着式振捣器是否松动、堵头模板是否漏浆等，如发现漏浆、变形应及时采取措施予以修整。
2.2.7严禁振动棒触动波纹管、锚具、钢筋、模板，振捣腹板时应将振捣棒插入外模与波纹管之间预留的空挡处。
2.2.8梁端2m范围内、腹板端部锚具及顶板张拉槽锚具处局部应力大，且钢筋绑扎密集，要随下料随振捣，不得漏振，设专人负责特别注意。浇筑至顶板时，振捣时要振捣均匀，按照顺序排着振不得漏振。
2.2.9浇筑砼过程中应安排至少5人对腹板波纹管内的塑料芯棒进行来回抽动，防止波纹管漏浆堵塞波纹管，浇筑砼完后再将塑料芯棒抽出。
2.2.10顶板浇筑厚度以梳子板上皮平为准，用木抹子抹平，尽量不用铁抹子。当浇筑的砼塌落度较小时，要等到顶板砼初凝后用无叶扫帚将面层扫毛。
2.2.11当昼夜平均气温高于30℃时，应确定砼进入高温施工。砼拌合物应均匀、颜色一致，不得有离析、泌水现象。
2.3砼养护
2.3.1顶板砼收浆前至少抹压1～2遍，气温高时应多次抹压，防止砼出现收缩裂缝。收浆初凝后箱梁顶板覆盖浸湿土工布，砼终凝后及时洒水养护，洒水次数以砼面层湿润为准，连续养护时间不少于7天。当为雨天施工时顶板抹平后应用塑料布及时覆盖，防止雨水冲浆。
2.3.2一般当室外气温高于10℃时箱梁浇筑完后4h即可将箱梁芯模拆除，第二天将外模拆除。拆模后用磙子将腹板外壁、端部、芯模内壁砼表面均涂刷密闭养护液，涂刷要全面、均匀，不得漏刷。箱梁阴阳角处用毛刷刷匀，做到不漏刷。
2.4砼结构质量标准
2.4.1基本要求
（1）砼原材料、配合比及坍落度必须符合设计要求。
（2）箱梁不得出现露筋和空洞现象。
2.4.2实测项目要求：（单位：毫米）
混凝土强度（MPa）：符合设计要求
干接缝（梁翼缘、板）宽度：±10
湿接缝（梁翼缘、板）宽度：±20
箱梁顶板宽：±30 箱梁底板宽：±20 梁长度：+5，-10
顶板厚、底板厚、腹板或梁肋的断面尺寸：+5，-0
平整度：5 预埋件位置：5 箱梁高度：+0，-5
2.5成品保护
2.5.1浇筑砼完后，要待砼强度合适时再拆模板，以防砼坍塌。
2.5.2拆除摸板时，要注意保护箱梁砼棱角，防止影响构件外观质量。
3.结语
以上浅谈了一下预应力箱梁混凝土的施工始末，如何控制、预防、提高砼成型质量仍需我们大家的共同努力与积极探索。相信，只要我们以科学的、实事求是的态度看问题、解决问题，我们的施工水平与施工质量会不断的向前发展。
预应力混凝土特点 篇12
1.1 桥梁简况
某二级公路改建工程于2008年底建成通车,位于该公路设计里程K10+895有一座跨径为5-50 m的预应力混凝土简支T梁桥。设计荷载为公路—Ⅱ级,设计洪水频率为1/100。
该桥桥面宽度净9 m+2×0.5 m,上部结构主梁采用预制预应力混凝土简支T梁,预制梁顶板宽度1.5 m,梁顶横坡为1.5%,T梁高度为2.7 m,高跨比为1/18.52,悬臂端部厚度20 cm,根部厚度为28 cm。跨中腹板厚度20 cm,支点附近腹板厚度45 cm,腹板变化段长度为2.5 m,每跨T梁设置5道横隔板,分别设在两支点、1/4跨、跨中、3/4跨处。下部结构为空心薄壁墩,桩柱式台,钻孔灌注桩基础。
1.2 桥梁病害
2010年对大桥进行了检测,由检测报告可知,T梁主要病害为:
1)全桥5跨T梁共出现24条裂缝,大部分裂缝出现在跨中下缘位置,为竖向裂缝,个别裂缝贯通马蹄呈现出U形,竖向裂缝均呈现出上窄下宽的形态,车辆通过时有明显的开合现象,裂缝宽度为0.02 mm～0.11 mm,裂缝长度为20 cm～125 cm;部分裂缝为纵向水平裂缝,主要分布在马蹄的两垂直侧面,裂缝宽度为0.03 mm～0.10 mm,裂缝长度为120 cm～920 cm;竖向及纵向水平裂缝深度为38 mm～52 mm。
2)横隔板多处有混凝土碎裂、机械损伤、错位(3处)、未浇实及脱空现象。
3)现浇湿接缝多处跑模(5处)、外鼓及振捣不实。
4)T梁保护层厚度偏薄,50%的保护层厚度小于设计值。
2加固设计
经过对原结构T梁计算分析,中梁及边梁在承载能力极限状态下抗弯承载能力不满足规范要求,在设计荷载作用下,中梁跨中抗弯强度较设计极限弯矩小13%,边梁跨中抗弯强度较设计极限弯矩小15%,说明T梁的抗弯承载能力严重不足,边梁距梁端4 m～7 m的范围抗剪强度较设计极限剪力小2%,不能满足规范要求;在正常使用极限状态下,边梁下缘主拉应力超限,不满足规范要求;使用阶段裂缝宽度验算中,边梁裂缝宽度不满足规范要求;从桥梁检测报告中的静载实验结果可以看出,桥梁存在横向联系偏弱,横向传力不理想及加载时T梁产生侧向变形等现象。为确保该大桥的安全运营及耐久性,须处治上部结构T梁病害,并进行加固处理。
2.1 增设体外纵向预应力钢束
预应力束对称布置在每片T梁腹板两侧,两端分别锚固于梁端新增齿板上。每片T梁布置2根3-Φs15.24 mm(上排)和2根4-Φs15.24 mm(下排)的体外无粘结预应力钢绞线,腹板每侧分别布置2根钢束,分上下两排,每侧钢束通过四个转向块进行竖向弯转,上排钢束弯转角度为7°,下排钢束弯转角度为6°,钢束在新增齿板内通过预埋钢管进行水平弯转,弯转角度为2.862°。竖向转向块左右两侧通过转向块锚固钢板外包T梁马蹄成为一个整体;每片T梁在跨中设置一道定位及减振锚卡,新增齿板与转向块之间的钢束直线段设置一道定位及减振锚卡,预应力钢束采用两端对称张拉,锚下控制应力为1 116 MPa。钢束布置见图1。
2.2 上部结构T梁间增设横隔板
由检测报告并结合原桥的计算分析结果,原结构横向联系偏弱,在荷载作用下不能很好的对荷载进行横向分配,在加载情况下梁体有侧向位移产生,为加强上部结构的整体性,提高横向刚度,采用在桥跨T梁间增设横隔板的办法来解决横向联系弱的问题,每跨增设4道横隔板,横隔板厚度为20 cm。
2.3 常规病害修复措施
1)裂缝:
裂缝宽度不小于0.15 mm的结构受力裂缝采用压浆法进行修补;非结构受力裂缝和宽度小于0.15 mm的裂缝采用封闭法进行修补。
2)混凝土局部破损:
清理破损区域,露出坚实界面,用改性聚合物水泥砂浆修补。
3)露筋锈蚀:
清理露筋区域,对钢筋除锈,用改性聚合物水泥砂浆修补,在修补范围及周边涂刷渗透型阻锈剂(抗渗剂)。
3加固效果理论分析
3.1 T梁加固前、后验算分析比较
对T梁加固前、后的应力、承载能力及变形情况进行验算比较,主要计算结果见表1～表3。
3.2 新增齿板及转向块局部分析
体外预应力新增齿板锚下混凝土局部抗压承载力、抗剪承载力、抗拉承载力验算,转向块抗剪及齿板处局部应力分析见表4～表7。
对T梁新增齿板锚固区进行局部分析,计算模型采用实体单元建立,如图2所示。
将体外预应力作为面荷载施加在T梁新增齿板锚垫板区域,锚固区纵向正应力的分布云图如图2所示。计算结果表明,体外预应力张拉后,原结构在新增齿板附近混凝土最大纵向正拉应力为1.28 MPa,在产生拉应力区域由于原结构有足够的压应力储备,实际张拉后该区域处于受压状态。
3.3 T梁验算结论
加固后,T梁结构受力状态得到改善,具体体现在以下几个方面:
1)加固后T梁主拉应力满足规范要求;2)T梁跨中抗弯承载能力满足规范要求中梁Mu/Mj=1.07,边梁Mu/Mj=1.08;3)T梁最不利截面的抗剪承载能力满足规范要求,中梁Qu/Qj=1.10,边梁Qu/Qj=1.03;4)加固后T梁为全预应力构件;5)新增齿板锚下混凝土局部抗压承载力、抗剪承载力、抗拉承载力均满足规范要求,齿板附近混凝土拉应力较小,转向块抗剪能力满足规范要求。
4结语
由于本公路为重要的能源运输通道,交通量大,超载车辆多,本次加固设计中,由于梁体自重增加,应对下部结构进行验算。
按公路—Ⅱ级荷载进行加固后下部结构验算,结论如下:
桥墩盖梁抗弯、抗剪承载能力满足规范要求,最大计算裂缝宽度满足规范要求;桥台台帽抗弯、抗剪承载能力满足规范要求,最大计算裂缝宽度满足规范要求;墩、台桩基竖向承载能力满足规范要求,个别桥台桩基竖向承载能力储备偏低。
本桥为跨越冲沟而设,冲沟深度较大,两岸地势陡峭,且表面土层松软或外露基岩破碎,所以加固不宜采用支架施工。综合考虑施工难易程度,经济及安全等方面因素,建议采用搭设吊架的方法进行施工;吊架采用吊杆,承重横梁及保持整体稳定性的纵向联系形成主体承重结构,用木板搭设施工操作平台,两侧设置防落网,吊杆上端与种植在梁体的钢筋连接,种植于梁体的钢筋应对称设置在T梁两侧。
在施工时要注意以下问题:
1)新增齿板及横隔板在梁体对应位置植筋钻孔前,应针对情况类似的构件进行试验性钻孔,对所采用的器具、钻孔方法验证后方可进行正式钻孔,以免对结构造成不必要的损伤。2)预应力钢束钢制转向块及锚卡,应根据环境情况及防腐材料性能的要求,对钢构件每隔5年～8年进行一次养护维修,重新涂装防腐材料,以保证其耐久性及使用寿命。3)建议在张拉体外预应力期间对梁体的应力变化情况及位移进行监控,确保施工安全。
参考文献
[1]JTG/T J22-2008,公路桥梁加固设计规范[S].
[2]JTGD62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
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