預(yù)應(yīng)力在橋梁施工中的應(yīng)用及控制
2017-01-03
1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用
1.1 橋梁受彎構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用
因為碳纖維具有較高的強度，而且施工也很簡單，所以，施工中采用粘貼碳纖維片材，以此來做為鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的加固，在實際生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用，但是構(gòu)件在加固前已存在初始內(nèi)力，由這個初始內(nèi)力使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了壓應(yīng)變和拉應(yīng)變。當(dāng)構(gòu)件達到極限承載力時混凝土壓應(yīng)變值達到極限壓應(yīng)變，這個過程即為加固到極限承載力的過程，混凝土的應(yīng)變增量決定了碳纖維片材的最終應(yīng)力值。初始應(yīng)變值與構(gòu)件破壞時碳纖維片材的應(yīng)力值成反此，也就是說初始應(yīng)變值較大時碳纖維片材的應(yīng)力值就較小，這時強度高的特點就體現(xiàn)不出來。具體施工時為使片材具備初始拉應(yīng)力，應(yīng)在粘貼碳纖維片材時先施加預(yù)應(yīng)力給碳纖維片材，通過這種方法，可以使得混凝
土構(gòu)件破壞時片材的應(yīng)力值得到提高，從而充分發(fā)揮作用。
1.2 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在鋼筋混凝土多跨連續(xù)梁中的應(yīng)用
多跨連續(xù)梁內(nèi)存在兩種彎矩區(qū)：正彎矩區(qū)、負彎矩區(qū)，位于支座處的彎矩值為負值，而位于跨中部的彎矩值為正值。如果實際使用過程中，抗彎承載力和抗剪承載力不滿足要求的梁就需要進行必要的加固處理，可用粘貼碳纖維進行加固的方法來解決跨中正彎矩區(qū)抗彎承載力不足的問題，這種方法施工起來比較容易，但所加縱筋的錨固問題解決起來比較麻煩。
1.3 橋梁加固施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用
通過對構(gòu)件的補強和結(jié)構(gòu)性能的改善來恢復(fù)或提高既有橋梁的承載能力，使用壽命可以得到延長，達到交通運輸?shù)囊?，從而達到了對橋梁加固的效果。施工過程中可以通過增加輔助構(gòu)件、加強薄弱構(gòu)件、加固墩臺及基礎(chǔ)、改變結(jié)構(gòu)體系等途徑進行加固改造。實際工作中我們可以通過增大截面、增加配筋、施加體外預(yù)應(yīng)力、改變結(jié)構(gòu)的受力體系、增加橫向聯(lián)系等方法進行加固。為了使受拉區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力，受壓區(qū)產(chǎn)生拉應(yīng)力，就應(yīng)對構(gòu)件預(yù)先施加預(yù)應(yīng)力，通過施加的這個預(yù)應(yīng)力可以減小初彎矩作用下構(gòu)件的應(yīng)變，這樣構(gòu)件達到極限承載力時的應(yīng)變增量得到提高，加固鋼筋就可以充分發(fā)揮它的作用了。
1.4 應(yīng)用過程中鋼絞線及錨具應(yīng)如何選擇
1.4.1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線的選擇。預(yù)應(yīng)力鋼筋、矯直回火預(yù)應(yīng)力鋼絲、冷拉預(yù)應(yīng)力鋼絲、低松馳鋼絞線、普通預(yù)應(yīng)力鋼絞線和低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲是目前主要使用的預(yù)應(yīng)力鋼材。在選擇預(yù)應(yīng)力鋼絞線時要對以下幾個方面進行認真考慮：
?、傩阅軈?shù)：表面狀態(tài)、幾何參數(shù)、伸長率、松散性、屈服荷載、斷裂荷載、松弛等；
②鋼絞線的各種標準：破斷荷載、品種規(guī)格、松弛性、延伸率、尺寸公差等。
1.4.2 預(yù)應(yīng)力錨具的選擇。機械錨固和摩阻錨固這兩大類錨具是后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)主要使用的錨具。
?、贆C械錨固類錨具是采用機械加工的方式在預(yù)應(yīng)力鋼材的端部形成一個錨碇的條件，以方便錨固作業(yè)。高強度粗鋼筋或集束型高強鋼絲一般用這類錨具進行錨固，當(dāng)然單根或多根鋼鉸線也有用此法的。這種方法有錨具應(yīng)力損失較小、連接比較方便的特點，并且在重復(fù)張拉或放松調(diào)整預(yù)應(yīng)力的工作可以在未灌漿前進行。
?、诶眯ㄐ五^具，將預(yù)應(yīng)力鋼材“擠緊”形成錨旋作用的錨具稱為摩阻錨固類錨具。這類錨具的優(yōu)點是：錨力噸位較大、變化較多，穿索方便，品種較多，所以可以廣泛應(yīng)用；缺點是：錨具應(yīng)力損失較大，不方便連接或重復(fù)張拉作業(yè)。
1.5 應(yīng)用過程中如何進行預(yù)應(yīng)力體系的設(shè)計
OVM和XYM體系在橋梁預(yù)應(yīng)力體系的設(shè)計中得到采用。頂板縱向鋼束采用的空間曲線形式為平豎彎曲相結(jié)合，在腹板頂部承托上進行集中錨固，盡可能在靠近齒板處進行底板鋼束錨固。特點如下：
1.5.1 使預(yù)應(yīng)力較大限度地發(fā)揮力學(xué)效應(yīng)，因為此時具有最大力臂，接近腹板的布束可以使預(yù)應(yīng)力分布在全截面上，且傳力路線較短。
1.5.2 不需設(shè)置復(fù)雜的齒板構(gòu)造，頂板束就可以錨固在承托中，設(shè)計時保證箱梁尺寸滿足受力需要就可以了。
1.5.3 在設(shè)計位置平面上可以按同樣的S線型將頂、底板鋼束進行錨固，這樣集中錨固點產(chǎn)生的橫向力可以得到消除。
2 預(yù)應(yīng)力施工中的主要控制措施
2.1 控制好預(yù)應(yīng)力筋的定位
嚴格按設(shè)計要求數(shù)量鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力筋，并保證準確的鋪設(shè)位置，達到互不扭絞，平面順直。設(shè)置張拉端時，預(yù)應(yīng)力筋與錨板應(yīng)保證垂直，對安裝好后的承壓板要固定牢固，以防止在澆筑混凝土?xí)r發(fā)生移位。遇有施工洞口及預(yù)留洞口時，預(yù)應(yīng)力筋不斷、不繞，并束布置在離洞口邊30mm處。
核對與非預(yù)應(yīng)力筋相關(guān)性的依據(jù)是曲線預(yù)應(yīng)力筋的坐標位置，當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋與非預(yù)應(yīng)力筋或其他布管相沖突時，保證預(yù)應(yīng)力筋按設(shè)計位置進行鋪設(shè)，而把普通鋼筋的位置進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，正確的預(yù)應(yīng)力管道位置，不管如何調(diào)整都嚴禁截斷鋼筋，實際施工中如果兩個部位鋼筋存在較大的移位，我們可以用用同型號的井字鋼筋對此部位進行加固處理，施工過程中制作、布置鋼筋時應(yīng)滿足曲線坐標的要求。對制作好的鋼筋進行綁扎之前應(yīng)在墊層上將鋼筋位置和梁的邊線標出，綁扎時應(yīng)按鋼筋重疊順序綁扎，在梁內(nèi)箍筋上按鋼絞線的設(shè)計位置牢固焊接專用支架，布置專用托輪若干在鋼筋籠中，鋼絞線束按由一端牽引、另一端傳送的工序緩慢就位。接著進行螺旋筋及承壓板等構(gòu)件的安裝。上層鋼筋在穿入預(yù)應(yīng)力筋后依次就位，校對位置后固定牢固。
確保預(yù)應(yīng)力體系質(zhì)量的重要基礎(chǔ)是預(yù)應(yīng)力筋和波紋管的安裝質(zhì)量，施工過程控制要嚴格，只有這樣才能保證波紋管在灌注混凝土后不堵、不漏、不變形、不移位。在使用前對波紋管進行嚴格的檢查，看其是否存在破損，能修補的及時修補，無法修復(fù)的廢棄不用；波紋管端頭的毛刺、卷邊、折角在安裝前必須去掉；認真檢查，使波紋管的定位準確，防止出現(xiàn)左右移動、上浮和下沉現(xiàn)象，將位置偏差控制在規(guī)范要求內(nèi)，用于波紋管定位的鋼筋網(wǎng)片跟波紋管的間隙應(yīng)小于3mm；按曲線段不大于0.5m、直線段不大于1m的間距進行設(shè)置；管道附近有電氣焊在進行作業(yè)時，須用濕麻袋或薄鐵皮等覆蓋在波紋管上，避免損傷波紋管；施工過程中注意波紋管避免也鐵件等尖銳物的接觸，以免劃破；澆筑混凝土?xí)r盡量避免振搗棒與波紋管接觸。
2.2 控制灌漿作業(yè)的質(zhì)量
在后張預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，通過壓力灌漿充滿預(yù)應(yīng)力筋預(yù)埋孔道及預(yù)應(yīng)力筋之間的空隙來解決結(jié)構(gòu)混凝土的共同工作問題及預(yù)應(yīng)力筋的防腐蝕問題，如果預(yù)應(yīng)力筋處于多跨度彎曲狀態(tài)、非水平的傾斜狀態(tài)時，無水泥漿存在的空間在水泥漿的泌水蒸發(fā)后形成，此處預(yù)應(yīng)力筋失去保護。在高應(yīng)力狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力筋對腐蝕損壞十分敏感，預(yù)應(yīng)力筋腐蝕部位的斷面缺損，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的安全和耐久性受到影響。所以，預(yù)應(yīng)力筋的防腐蝕性能、預(yù)應(yīng)力構(gòu)筑物的安全性能和耐久性能受到灌漿質(zhì)量好壞的直接影響。因此，對于孔道中水泥漿體硬化后收縮與孔道壁分離；水泥漿未充滿，有空隙；水泥漿硬化后強度不滿足規(guī)范要求等質(zhì)量問題應(yīng)給予足夠的重視，并及時解決。
2.3 波紋管漏漿堵管的防治
2.3.1 具備足夠的承壓強度和剛度的管材才能作為波紋管索管，破損管材嚴禁使用。
2.3.2 選用配套的波紋管并根據(jù)其號數(shù)進行波紋管的連接，并用防水布或膠布將接頭縫隙封閉，保證嚴密。
2.3.3 梁混凝土初凝前用通孔器檢查、拉動、疏通工作，如果用預(yù)置預(yù)應(yīng)力索，施工時拉動預(yù)應(yīng)力鋼紋線或鋼絲束就可以了，混凝土澆筑完進行還得進行通孔檢查，并做相應(yīng)的處理。
2.3.4 如果遇到無法疏通的堵孔情況時，則應(yīng)首先明確堵孔的位置，然后鑿開，進行疏通。
2.4 張拉時間的選擇
一些施工單位為搶工期，在混凝土中摻加早強劑，在澆注混凝土3天以后，便進行張拉作業(yè)。這種方法是不能保證質(zhì)量要求的，因為彈性模量和強度的增長不同步，早強劑加快了強度增長的速度，可并未加快彈性模量增長的速度，這樣在混凝土早期變形大時進行張拉，則預(yù)應(yīng)力損失會增加，承載力達不到要求且伴有裂縫病害的出現(xiàn)，所以施工過程中要嚴格按要求選擇張拉時間。
2.5 控制好張拉力
如果張拉力控制不嚴，將對預(yù)應(yīng)力橋梁質(zhì)量有很大的影響。通常采用張拉力和預(yù)應(yīng)力筋伸長量同時控制張拉作業(yè)，稱為“雙控法”，此法中，以張拉力控制為主，而用伸長值來校核張拉力。判斷預(yù)應(yīng)力準確與否的關(guān)鍵就是看張拉力與伸長值是否相符。
3 結(jié)語
通過以上敘述，大家對預(yù)應(yīng)力在橋梁工程中的應(yīng)用，及在應(yīng)用過程中如何控制好預(yù)應(yīng)力有了初步的了解，在施工中我們應(yīng)不斷探索預(yù)應(yīng)力的控制工作，只有完善了此項工作，才能使預(yù)應(yīng)力充分發(fā)揮作用，更好的滿足施工及使用要求。
參考文獻：
[1]公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTJ023-85）[S].
