公路桥梁施工中预应力技术的应用
2013-07-25 来源：维普网
1、引言
随着经济的迅速发展，路桥建设也相应加快速度，以此来满足经济对于交通的需求，针对我国当下发展所需要的公路交通设施 I，路桥工程建设已经呈现出良好的发展状态，因此，积极应用路桥技术提高路桥质量以及延长期使用寿命，在很大程度上对经济的发展提供了帮助，同时也促进了我国公路交通的建设。在路桥工程施工中，因预应力技术具有自重轻、结构简单、安装简单、材料节省、安全可靠等优点，被广泛应用于我国公路桥梁建设当中。我国对于预应力技术的研究虽然起步较晚，但依然得到了快速的发展，至今已经形成一套较为完备的系统 。相关资料显示，预应力技术在现代路桥工程建设中占有重要的地位，对我国的路桥工程的使用期限以及承载力等具有重要的现实意义。
2、预应力混凝土的概念
预应力混凝土是根据需要，人为地引入某一数值与分布的内应力，用以部分或全部抵消外荷载应力的一种加盘混凝土。
预应力混凝土结构就是构件在承受外荷载之前，人为地预先通过张拉钢筋对结构使用阶段产生拉应力的混凝土区域施加压力，构件承受外荷载后，此项预压应力将抵消一部分或全部由外荷载所引起的拉应力，从而推迟裂缝的出现和限制裂缝的开展。
3、预应力混凝土的优点
预应力混凝土结构与普通混凝土结构相比，其主要优点是：
（1）提高构件的抗裂度，改善了构件的受力性能，因此适用于对裂缝要求严格的结构；
（2）由于采用了高强度混凝土和钢筋，从而节省了材料和减轻了结构自重，因此适用于跨度大或承受重型荷载的构件 ；
（3）提高了构件的刚度，减少构件的变形，因此适用于对构件的刚度和变形控制较高的结构构件；
（4）提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。
4、预应力混凝土分类
按照使用荷载下对截面拉应力控制要求的不同，预应力混凝土结构构件可分为三种：
（1）全预应力混凝土
全预应力混全凝土是指在各种荷载组合下构件截面上均不允许出现拉应力的预应力混凝土构件。大致相当于裂缝控制等级为一级的构件。全预应力混凝土构件具有抗裂性和抗疲劳性好、刚度大等优点；但也存在构件反拱值过大，延性差，预应力钢筋配筋量大，施加预应力工艺复杂，费用高等主要缺点。因此适当降低预应力，做成有限或部分预应力混凝土构件，既克服了上述全预应力的缺点，同时又可以用预应力改善钢筋混凝土构件的受力性能。
（2）部分预应力混凝土
部分预应力混凝土是按在使用荷载作用下，容许出现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。相当于裂缝控制等级为三级的构件。
（3）有限预应力混凝土
有限预应力混凝土是按在短期荷载作用下，容许混凝土承受某一规定拉应力值，但在长期荷载作用下，混凝土不得受拉的要求设计。相当于裂缝控制等级为二级的构件。有限或部分预应力混凝土介于全预应力混凝土和钢筋混凝土之间，有很大的选择范围，设计者可根据结构的功能要求和环境条件，选用不同的预应力值以控制构件在使用条件下的变形和裂缝，并在破坏前具有必要的延性，因而是当前预应力混凝土结构的一个主要发展趋势。
5、施加预应力的方法
5．1先张法
（1）先张法的基本原理
先张法是在台座或钢模上先张拉预应力盘并用夹具临时固定，再浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度（一般不低于混凝土设计强度标准值的75%），保证预应力盘与混凝土有足够的粘结力时，放张或切断预应力筋，借助于混凝土与预应力筋之间的粘结，对混凝土产生预压力。
（2）先张法的施工工艺流程
先张法采用台座生产时，预应力筋的张拉、锚固、混凝土构件的浇筑、养护和预应力筋放张等工序皆在台座上进行，预应力筋的张拉力由台座承受，先张法适用于生产定型的中小型构件，如空心板、屋面板、吊车梁等。
5．2后张法
（1）后张法的基本原理
后张法是先制作构件，在构件中预先留出相应的孑L道，待构件混凝土强度达到设计规定的数值后，在孔道内穿入预应力筋，用张拉机具进行张拉，并利用锚具把张拉后的预应力盘锚固在构件的端部。预应力盘的张拉力，主要靠构件端部的锚具传给混凝土，使其产生压应力。张拉锚固后，立即在预留孔道内灌浆，使预应力筋不受锈蚀，并与构件形成整体。
（2）后张法的施工工艺流程
具体工艺流程：预制场地、安装侧模和端模、钢筋加工与制作、制作安装波纹管、混凝土伴和与浇筑、砼的养护、穿预应力钢丝束、张拉工艺、孔道压浆和封锚及梁的起吊和堆放。
6、道路桥梁施工中预应力技术的应用
6．1预应力锚具的应用
随着经济的快速发展，预应力锚在道路桥梁工程建设中应用越来越广泛，目前常用的锚具是柳州欧维姆机械股份有限公司的锚具产品“OVM”—— “欧维姆”，它在道路桥梁建设中扮演了重要的作用。首先，在道路桥梁建设中，锚具是整个公路构造的重要组成部分，是用土或石料修筑而成的线形结构物，由锚具体、边坡、边沟及其它附属设施等几个部分组成。在实际应用中，它要承受的不仅是本身的岩土重量和锚垫板重力，还有来自行车的荷载。在制造过程中若没有特殊的要求，石块厚度应大于等于15cm，能避免构件截面呈过大的偏心受力状态，使构件边缘产生过大的拉应力。
其次在桥隧工程中张拉时必须先张拉靠近截面形心的钢束，如果有多排钢束，必须对称进行。石块厚度应大于等于15m，从而能保证汽车在道路上能全天候、稳定、高速、舒适、安全地运行。为有效避免梁腹产生裂缝，张拉时不能使曲线梁内、外边缘产生过大的拉应力。
6．2预应力钢绞线的应用
在公路桥梁工程建设中，预应力钢绞线扮演着重要的角色。预应力钢绞线的使用可节省至少三分之一以上的钢材，目前，预应力钢绞线在高速公路、高层跨度房屋、大型桥梁中都在应用。通常预应力钢绞线是由2、3、7或19根高强度钢丝构成的绞合钢缆，并经消除应力处理（稳定化处理），适合预应力混凝土或类似用途。按照一根钢绞线中的钢丝数量可以分为2丝钢绞线、3丝钢绞线、7丝钢绞线及19丝钢绞线。按照表面形态可以分为光面钢绞线、刻痕钢绞线、模拔钢绞线、镀锌钢绞线、涂环氧树脂钢绞线等。还可以按照直径、强度级别、标准分类。预应力钢绞线的主要特点是强度高和松弛性能好，另外展开时较挺直。常见抗拉强度等级为1860兆帕，还有1720、1770、1960、2000、2100兆帕之类的强度等级。这种钢材的屈服强度也较高，因此在道路桥梁建设中选择合适的钢绞线，会起到事半功倍的效果。
6．3预应力体系的构建
在预应力 昆凝土结构设计的实践中，道路桥梁预应力体系的设计一般采用欧维姆体系，设计过程中遵循如下原则：将平竖弯曲结合在一起的空间曲线作为顶板纵向钢束，在腹板顶部承托上进行集中的锚固，并将近齿板处锚固和低板钢束尽可能靠近。从而能较大限度保证力臂预应力，简化了齿板构造的设置，并使得集中锚固点所产生的横向力加以消除。预应力混凝土结构设计过程中先假定预应力钢束分布图，然后对各部截面的应力状态进行分析和检查，进一步分析预应力损失的计算方法，计算结果表明，在我国道路和桥梁工程建设中，采用预应力混凝土连续梁桥具有抗震性强、曲线平缓、行车舒适和性能好等特点。
7、结束语
在当今公路桥梁工程施工领域中，预应力技术是用途广泛、发展比较成熟的一门技术学科，预应力技术的施工工艺相对复杂，同时对施工人员的专业知识要求比较高，但预应力技术的应用能很好地解决普通混凝土路桥建设材料浪费大、重量重、抗裂和抗震性差、后期维修和养护的费用大等缺点。随着预应力混凝土路桥理论体系的成熟和施工技术的发展，预应力技术也会得到进一步的改进和完善。
