浅谈无粘结预应力混凝土及其在桥梁工程中的应用

1、浅谈无粘结预应力混凝土及其在桥梁工程中的应用中铁十一局集团第六工程有限公司 刘德兵 湖北襄樊七里河路 441003【内容提要】 本文简要介绍了无粘结预应力混凝土的性能、发展概况以及在桥梁工程中的应用前景，并就存在的问题提出了自己的一些看法。【关 键 词】 混凝土 无粘结预应力1 无粘结预应力混凝土及其性能无粘结预应力混凝土是后张预应力混凝土结构的一个分支，是事先将由单根或高强钢丝、刚绞线、钢筋组成的预应力筋沿全长涂刷防锈蚀材料，并用塑料套管或油纸包裹，以使之能与周围混凝土发生纵向相对滑动，形成无粘结预应力筋。在施工时，无粘结预应力筋和普通钢筋（即有粘结非预应力筋）一样，直接放入模板，浇注混凝土

2、，待混凝土达到规定强度后进行张拉锚固。这样，无粘结预应力筋就同主体混凝土以及有粘结非预应力筋构成内部超静定结构来共同承担外载荷。无粘结预应力混凝土结构与后张有粘结预应力混凝土结构相比，在施工方面，它省去了预留孔道、穿束和灌浆等多道工序，简化了现场施工工艺。同时无粘结预应力筋布置比较灵活，尤其在预应力筋排列密集、交叉或不规则时，更能体现其布置灵活的优越性。无粘结预应力混凝土结构的性能与有粘结预应力混凝土结构是不同的。纯无粘结预应力混凝土（既未配置有粘结非预应力筋）受弯构件开裂后，受力性能似带拉杆的扁拱，破坏时多属脆性破坏，实际中采用的构件一般都是附有一定数量有粘结非预应力筋的。试验表明，当附加适

3、当数量有粘结非预应力筋后，这种无粘结预应力混凝土受弯构件（即无粘结部分预应力混凝土受弯构件）的裂缝和破坏特征与纯无粘结预应力混凝土受弯构件相比，均有显著改变，开裂前具有一般预应力混凝土结构的良好的弹性性能；开裂后，裂缝宽度细而间距小，类似普通钢筋混凝土结构的性能。另外，反映构件总体性能的荷载挠度曲线与相应有粘结预应力混凝土的相近。2 国内外无粘结预应力混凝土结构发展概况无粘结预应力混凝土的概念，虽然早在本世纪二十年代就有德国的R.Farber明确提出并取得专利，但真正应用于实际工程还是十几年后的事。五十年代初，美国使用了这种结构，当时主要用于房屋建筑的大跨平板结构中，以便减少板厚和改善板的性能

4、。这以后又不断扩大应用到其它结构中。国内，七十年代房屋建筑中开始采用无粘结预应力混凝土结构。目前，在无粘结预应力筋的生产及无粘结预应力混凝土结构的施工等方面已有一整套成熟的工艺，广泛用于大开间、大跨度的工业与民用建筑结构的成套技术列为“八五”期间重点推广项目之一。应该说，无粘结预应力混凝土在桥梁工程中的应用还是比较早的。最初，当人们把预应力的概念应用于桥梁结构物时，首先想到的施加预应力方式，是采用体外预应力钢筋来施加，而体外预应力筋本质上仍属于无粘结预应力筋。1936年，德国人狄辛格用无粘结预应力法建造了奥厄桥，马涅耳在1948年也用同样的方法建造了斯卡林桥。随着建桥材料质量和预应力混凝土工艺

5、水平的提高，五十年代体外预应力在桥梁工程中的使用又得到进一步的发展。1964年世界上第一次使用顶推法施工的委内瑞拉卡罗尼桥，采用体外预应力并取得了很大成功。七十年代后期，美国修建的长礁桥和七英里桥，以其高速度等特色而闻名世界，就其预应力体系而言，也就体外预应力。八十年代初建成的以其独特的预应力束布置形式而使人耳目一新的科威特布尔比延桥，也是体外预应力。国内外预应力主要应用于旧桥加固。无粘结部分预应力混凝土公路桥国内已修建数座，如北京四元立交桥、四川彭县竹瓦大桥，贵州息烽阳朗坝大桥、陕西宝鸡引渭渠桥等。通过这些桥梁在工程中的实践，是国内桥梁工程界进一步认识到，无粘结预应力混凝土结构若设计合理，可

6、获得良好的结构性能和使用性能，具有一定的的经济效益，并在逐步推广。3 无粘结预应力混凝土在桥梁中的应用无粘结预应力混凝土结构的显著特点是施工简便、快速、布筋灵活。在一般的后张有粘结预应力混凝土桥梁中，预留梁体内力筋孔道，常用的制孔方法，如：钢管抽芯、橡皮管抽芯和埋设铁皮管等，虽各有特点，但仍是一项技术性强，费工费时的工序。简便灵活的施工方法便是我们追求的目标之一。虽说无粘结预应力混凝土受弯构件一般比相应有粘结预应力混凝土构件的抗弯强度低，并且无粘结预应力筋比有粘结预应力筋价格贵，但是作为工程结构物，材料、工艺和结构形式是密切相关的，我们通过合理选择，可以使三者达到完善和统一。无粘结预应力混凝土

7、构件，由于勿需预留孔道，这就有可能减小截面尺寸或增大力筋的力臂，从而抵消部分抗弯强度降低的不利影响。城市立交桥或公路跨线桥，更多的是受建筑高度的约束，其应用跨径一般在20米左右即可较好地适应路网交通要求。另外，这些桥大都是交通繁忙地段建造的，施工期间应最大限度地减少交通影响，故一般采用预制装配构件。而后张预应力混凝土空心板梁由于建筑高度低、重量轻、又是优先选取的对象之一，同时预应力空心板梁是分散布筋，很适合使用无粘结预应力筋。一方面分散布筋需要的孔道多，而无粘结预应力混凝土结构却不需要预留孔道，与有粘结预应力混凝土相比，制做无粘结预应力筋所增加的费用及其极限强度的降低代价，可由省去预留孔道、穿

8、索、灌浆等多道工序的费用得到补偿；另一方面，无粘结预应力筋可以很容易地布置为曲线形式，从而提高构件的抗剪强度，减小或消除构件端部的不利负弯矩。在需要施加横向或竖向预应力及曲线桥梁中，采用无粘结预应力筋，其优越性自不待言。事实上，已经有对箱梁顶板用无粘结筋施加横向预应力的报道。湖南的沅陵沅水大桥就是一例。该桥箱梁顶板采用无粘结预应力筋后，板厚度由原设计的30cm减薄至26cm，全桥共节省400余立方混凝土，取得了比较好的经济效益，同时也简化了施工。无粘结预应力混凝土不能也不可能全部取代有粘结预应力混凝土，但是将无粘结预应力混凝土应用于一些适合于发挥其优越性的桥梁工程中，仍是一件很有意义的工作。4

9、 存在的问题与解决的途径无粘结预应力混凝土梁承受载荷时，由于无粘结预应力筋可以在混凝土中滑动，构件在各截面上产生的不均匀应变会在其两端锚具间的长度上不断调整，并趋于均匀分布，故无粘结预应力筋的应变不仅与单个截面的平衡有关，而且与整个构件的变形也有关。因此在设计计算方面，关键是如何确定正常使用及承载能力两个极限状态下无粘结预应力筋的应力。目前，关于无粘结预应力筋的极限应力（构件破坏时无粘结预应力筋的应力）试验研究较多，并有相应的计算公式。而正常使用状态下无粘结预应力筋的应力分析研究却很少。在无粘结部分预应力混凝土梁的设计中，无粘结预应力筋与有粘结非预应力筋，在结构中所占的比例如何，甚为重要。虽然

10、有人提出按有粘结非预应力筋的截面积与无粘结非预应力筋的截面积相等（即）来设计，但笔者认为，作为设计时有粘结非预应力筋截面积的下限是可以的，不应小于（因试验表明，如果不小于的25，则构件破坏时无粘结预应力筋才能比较好的发挥其强度。其中、分别为非预应力筋及预应力筋的设计强度）。但作为部分预应力混凝土构件，根据实际需要，须采用相应的预应力度，自然与的比例也相应的不同。另外，据资料介绍，美国已发生了为数很少的几次无粘结预应力混凝土结构损坏事故，究其原因，主要是因为对锚固区的处理不当而引起无粘结预应力筋锈蚀所致。因此，在实际中采用无粘结应力混凝土构件时，当粘结预应力筋集中成束（多根无粘结预应力组成一束）布置时，简易采用局部灌浆来解决无粘结预应力筋的锚固问题。具体做法是：清除构件两端一定长度（根据粘结力要求决定）无粘结预应力筋的防护涂料，在这一长度内，采用和有粘