预应力在桥梁施工中的应用及控制
2017-01-03
1 预应力技术在桥梁施工中的应用
1.1 桥梁受弯构件中预应力技术的应用
因为碳纤维具有较高的强度，而且施工也很简单，所以，施工中采用粘贴碳纤维片材，以此来做为钢筋混凝土受弯构件的加固，在实际生产过程中得到了广泛的应用，但是构件在加固前已存在初始内力，由这个初始内力使混凝土内部产生了压应变和拉应变。当构件达到极限承载力时混凝土压应变值达到极限压应变，这个过程即为加固到极限承载力的过程，混凝土的应变增量决定了碳纤维片材的最终应力值。初始应变值与构件破坏时碳纤维片材的应力值成反此，也就是说初始应变值较大时碳纤维片材的应力值就较小，这时强度高的特点就体现不出来。具体施工时为使片材具备初始拉应力，应在粘贴碳纤维片材时先施加预应力给碳纤维片材，通过这种方法，可以使得混凝
土构件破坏时片材的应力值得到提高，从而充分发挥作用。
1.2 预应力技术在钢筋混凝土多跨连续梁中的应用
多跨连续梁内存在两种弯矩区：正弯矩区、负弯矩区，位于支座处的弯矩值为负值，而位于跨中部的弯矩值为正值。如果实际使用过程中，抗弯承载力和抗剪承载力不满足要求的梁就需要进行必要的加固处理，可用粘贴碳纤维进行加固的方法来解决跨中正弯矩区抗弯承载力不足的问题，这种方法施工起来比较容易，但所加纵筋的锚固问题解决起来比较麻烦。
1.3 桥梁加固施工中预应力技术的应用
通过对构件的补强和结构性能的改善来恢复或提高既有桥梁的承载能力，使用寿命可以得到延长，达到交通运输的要求，从而达到了对桥梁加固的效果。施工过程中可以通过增加辅助构件、加强薄弱构件、加固墩台及基础、改变结构体系等途径进行加固改造。实际工作中我们可以通过增大截面、增加配筋、施加体外预应力、改变结构的受力体系、增加横向联系等方法进行加固。为了使受拉区产生压应力，受压区产生拉应力，就应对构件预先施加预应力，通过施加的这个预应力可以减小初弯矩作用下构件的应变，这样构件达到极限承载力时的应变增量得到提高，加固钢筋就可以充分发挥它的作用了。
1.4 应用过程中钢绞线及锚具应如何选择
1.4.1 预应力钢绞线的选择。预应力钢筋、矫直回火预应力钢丝、冷拉预应力钢丝、低松驰钢绞线、普通预应力钢绞线和低松弛预应力钢丝是目前主要使用的预应力钢材。在选择预应力钢绞线时要对以下几个方面进行认真考虑：
①性能参数：表面状态、几何参数、伸长率、松散性、屈服荷载、断裂荷载、松弛等；
②钢绞线的各种标准：破断荷载、品种规格、松弛性、延伸率、尺寸公差等。
1.4.2 预应力锚具的选择。机械锚固和摩阻锚固这两大类锚具是后张法预应力混凝土结构主要使用的锚具。
①机械锚固类锚具是采用机械加工的方式在预应力钢材的端部形成一个锚碇的条件，以方便锚固作业。高强度粗钢筋或集束型高强钢丝一般用这类锚具进行锚固，当然单根或多根钢铰线也有用此法的。这种方法有锚具应力损失较小、连接比较方便的特点，并且在重复张拉或放松调整预应力的工作可以在未灌浆前进行。
②利用楔形锚具，将预应力钢材“挤紧”形成锚旋作用的锚具称为摩阻锚固类锚具。这类锚具的优点是：锚力吨位较大、变化较多，穿索方便，品种较多，所以可以广泛应用；缺点是：锚具应力损失较大，不方便连接或重复张拉作业。
1.5 应用过程中如何进行预应力体系的设计
OVM和XYM体系在桥梁预应力体系的设计中得到采用。顶板纵向钢束采用的空间曲线形式为平竖弯曲相结合，在腹板顶部承托上进行集中锚固，尽可能在靠近齿板处进行底板钢束锚固。特点如下：
1.5.1 使预应力较大限度地发挥力学效应，因为此时具有最大力臂，接近腹板的布束可以使预应力分布在全截面上，且传力路线较短。
1.5.2 不需设置复杂的齿板构造，顶板束就可以锚固在承托中，设计时保证箱梁尺寸满足受力需要就可以了。
1.5.3 在设计位置平面上可以按同样的S线型将顶、底板钢束进行锚固，这样集中锚固点产生的横向力可以得到消除。
2 预应力施工中的主要控制措施
2.1 控制好预应力筋的定位
严格按设计要求数量铺设预应力筋，并保证准确的铺设位置，达到互不扭绞，平面顺直。设置张拉端时，预应力筋与锚板应保证垂直，对安装好后的承压板要固定牢固，以防止在浇筑混凝土时发生移位。遇有施工洞口及预留洞口时，预应力筋不断、不绕，并束布置在离洞口边30mm处。
核对与非预应力筋相关性的依据是曲线预应力筋的坐标位置，当预应力筋与非预应力筋或其他布管相冲突时，保证预应力筋按设计位置进行铺设，而把普通钢筋的位置进行适当的调整，正确的预应力管道位置，不管如何调整都严禁截断钢筋，实际施工中如果两个部位钢筋存在较大的移位，我们可以用用同型号的井字钢筋对此部位进行加固处理，施工过程中制作、布置钢筋时应满足曲线坐标的要求。对制作好的钢筋进行绑扎之前应在垫层上将钢筋位置和梁的边线标出，绑扎时应按钢筋重叠顺序绑扎，在梁内箍筋上按钢绞线的设计位置牢固焊接专用支架，布置专用托轮若干在钢筋笼中，钢绞线束按由一端牵引、另一端传送的工序缓慢就位。接着进行螺旋筋及承压板等构件的安装。上层钢筋在穿入预应力筋后依次就位，校对位置后固定牢固。
确保预应力体系质量的重要基础是预应力筋和波纹管的安装质量，施工过程控制要严格，只有这样才能保证波纹管在灌注混凝土后不堵、不漏、不变形、不移位。在使用前对波纹管进行严格的检查，看其是否存在破损，能修补的及时修补，无法修复的废弃不用；波纹管端头的毛刺、卷边、折角在安装前必须去掉；认真检查，使波纹管的定位准确，防止出现左右移动、上浮和下沉现象，将位置偏差控制在规范要求内，用于波纹管定位的钢筋网片跟波纹管的间隙应小于3mm；按曲线段不大于0.5m、直线段不大于1m的间距进行设置；管道附近有电气焊在进行作业时，须用湿麻袋或薄铁皮等覆盖在波纹管上，避免损伤波纹管；施工过程中注意波纹管避免也铁件等尖锐物的接触，以免划破；浇筑混凝土时尽量避免振捣棒与波纹管接触。
2.2 控制灌浆作业的质量
在后张预应力混凝土构件中，通过压力灌浆充满预应力筋预埋孔道及预应力筋之间的空隙来解决结构混凝土的共同工作问题及预应力筋的防腐蚀问题，如果预应力筋处于多跨度弯曲状态、非水平的倾斜状态时，无水泥浆存在的空间在水泥浆的泌水蒸发后形成，此处预应力筋失去保护。在高应力状态下预应力筋对腐蚀损坏十分敏感，预应力筋腐蚀部位的断面缺损，预应力混凝土结构的安全和耐久性受到影响。所以，预应力筋的防腐蚀性能、预应力构筑物的安全性能和耐久性能受到灌浆质量好坏的直接影响。因此，对于孔道中水泥浆体硬化后收缩与孔道壁分离；水泥浆未充满，有空隙；水泥浆硬化后强度不满足规范要求等质量问题应给予足够的重视，并及时解决。
2.3 波纹管漏浆堵管的防治
2.3.1 具备足够的承压强度和刚度的管材才能作为波纹管索管，破损管材严禁使用。
2.3.2 选用配套的波纹管并根据其号数进行波纹管的连接，并用防水布或胶布将接头缝隙封闭，保证严密。
2.3.3 梁混凝土初凝前用通孔器检查、拉动、疏通工作，如果用预置预应力索，施工时拉动预应力钢纹线或钢丝束就可以了，混凝土浇筑完进行还得进行通孔检查，并做相应的处理。
2.3.4 如果遇到无法疏通的堵孔情况时，则应首先明确堵孔的位置，然后凿开，进行疏通。
2.4 张拉时间的选择
一些施工单位为抢工期，在混凝土中掺加早强剂，在浇注混凝土3天以后，便进行张拉作业。这种方法是不能保证质量要求的，因为弹性模量和强度的增长不同步，早强剂加快了强度增长的速度，可并未加快弹性模量增长的速度，这样在混凝土早期变形大时进行张拉，则预应力损失会增加，承载力达不到要求且伴有裂缝病害的出现，所以施工过程中要严格按要求选择张拉时间。
2.5 控制好张拉力
如果张拉力控制不严，将对预应力桥梁质量有很大的影响。通常采用张拉力和预应力筋伸长量同时控制张拉作业，称为“双控法”，此法中，以张拉力控制为主，而用伸长值来校核张拉力。判断预应力准确与否的关键就是看张拉力与伸长值是否相符。
3 结语
通过以上叙述，大家对预应力在桥梁工程中的应用，及在应用过程中如何控制好预应力有了初步的了解，在施工中我们应不断探索预应力的控制工作，只有完善了此项工作，才能使预应力充分发挥作用，更好的满足施工及使用要求。
参考文献：
[1]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ023-85）[S].
