横张预应力混凝土及其近况

横张预应力混凝土及其研究近况摘要：本文第一作者在综合研究现有主要预应力混凝土技术优点的条件下，提出一种新型的预应力混凝土---横张预应力混凝土。文中概要介绍了横张预应力混凝土的施工方法、原理及近期研究情况，研究和实践表明横张预应力混凝土在保持常规后张预应力混凝土良好的力学特性的条件下，能明显节省钢材、简化工艺、提高工效，具有明显的技术经济效益。关键字：横张预应力混凝土技术效益经济效益研究概况一、引言本文第一作者自80年代初开始从事预应力混凝土结构的研究，在近20年中，先后参与和主持完成了3个国家级、5个省部级及十余个横向课题中有关预应力混凝土结构的研究，完成了100金根先张法、后张有粘结及无粘结预应力混凝土梁的静力和疲劳破坏试验，对各型预应力混凝土梁的工艺及性能进行了系统深入的研究，发现国内外常用的预应力混凝土技术中，每一种技术虽在某一（些）方面具有其优势，但在另一（些）方面亦存在明显的不足。于是，自90年代初即致力于寻求一种全面兼顾良好的使用性能、用料的经济性和施工的简易性的预应力混凝土技术。于1993年将预弯复合梁原理应用于钢筋混凝土梁中，率先提出并研制成功了"预弯预应力钢筋混凝土梁"，先后成功地应用于德阳雄湖大桥等三座桥梁中，获得1996年交通部科技进步三等奖和重庆市科技进步二等奖。1995年重庆市科委向国家科委推荐"预弯预应力钢筋混凝土梁性能试验研究"项目，经审批后列入国家科委下达的"1995年国家级地方重点攻关计划"，计划项目编号为：95一5A-03。在进一步的研究中，针对预弯预应力钢筋混凝土梁需预加载和存在裂缝的缺陷，于1994年提出将预弯预应力钢筋混凝土梁通过预加载条件下二次浇注混凝土来建立预应力转变为以梁底为反力承压面，沿垂直干力筋的竖向张拉钢未来建立预应力，从而形成了"横张预应力混凝土梁"的构思，并就此征求了科研、设计和施工方面众多专家的意见，确认"横张预应力混凝土梁"能在保持良好力学性能的条件下既节省了钢材，又简化了工艺，具有明显的技术经济优势。特此报请项目主管部门批准，签定了科技计划项目修改合同，将原计划研究内容更改为"横张预应力混凝土梁工艺及性能试验研究"，由重庆交通学院和重庆高级公路建设指挥部等四家单位联合完成；之后，在交通部、重庆市科委和市交通局的大力支持下，先后开展了"报张预应力混凝土设计原理及成套技术研究"、"演张预应力混凝土在桥梁工程中的应用研究"、"演张预应力混凝土梁疲劳试验研究"、"红槽房大桥长期性能监测"和"演张预应力混凝土连续梁桥的理论与应用研究"。目前，正着手进行交通部下达的《横张预应力混凝土桥梁设计规程》编制工作。二、撞张预应力混凝土的基本概念1．演张预应力混凝土的构思作者于1992年将预弯复合梁原理应用于钢筋混凝土梁中，提出并研制成功预弯预应力钢筋混凝土梁，在进一步研究和实践中，针对其存在的问题，于1994年提出"演张预应力混凝土梁"的构想；将预弯预应力钢筋混凝土梁通过预加载条件下二次浇注混凝土来建立预应力转变为以梁底为反力承压面，沿垂直于力筋的竖向张拉预应力钢柬来建立预应力。将先张法的粘结力自锚--省去专用锚具，后张法的以梁体自身为张拉预应力钢来的反力承压体一一无需专用预制场、张拉台座和吊运设备，体外预应力的在混凝土梁体夕张拉预应力钢束--避免了管道摩阻引起的预应力损失，旧梁加固中曾采用的竖向紧固力筋法--用较小的竖向拉力在力筋纵向获得较大的拉力等已有常用预应力混凝土技术的优点有机地融于一体。2．制作工艺及预应力原理横张预应力混凝土梁（以箱型梁为例）的制作工艺及预应力原理如下：（l）制作混凝土梁体，在箱型梁腹板内设预留明槽，在明精内的设定高度处直线布置预应力钢束（图11的虚线所示），其两端伸入先浇梁体混凝土作为粘结锚固区段；（2）安装张拉设备，以梁底为反力承压面沿竖向张拉预应力钢束至设计位置，梁体混凝土即在钢束伸长受拉的同时获得相应的预应力；（3）插入钢插销以锁定预应力钢束的位置，卸除千斤顶等张拉设备后灌注预留明槽的混凝土。3．与现有预应力混凝土技术的比较国内外上建工程中常用的预应力混凝土技术有：磨（墓1尼）先张法预应墓力混凝土：工献艺相对简单，态无需专用锚具冷，但需专门的巡预制场地、张托拉合座和吊运处就位设备，故询一般仅适用于挨中小型构件；富（须2冒）常规后张预岂应力混凝土：秘无需专门的预镜制场地、张拉弃台座和吊运就唤位设备，力筋冻布置和张拉较历灵活，在桥梁级工程中广泛采棍用，但工艺复奖杂，技术要求勒高，预应力损圣失大，管像道压浆质量难筹以保证；辉（踢3血）无粘结预应而力及体外来预岛应力混凝土：狗较常规后张预沉应力混凝土省丘去了成孔、穿季束，压浆等工金序，施工相对店简单，但结构壤的力学性能有崖明显降低；萍（贤4弯）旧梁加固曾洋用的竖向紧固巨钢筋法：能以臣较小的竖向拉北力使钢筋获得童较大的纵向拉川力，加固效果免好，但施工复察杂，技术要求鸡高，以致很少遥采用；词（就5遗）预弯预应力饺复合梁：建筑监高度小，自重砌轻、跨越能力发较大，但其用吸钢量巨大，工王艺复杂，所需窗预加载设备庞锄大且周转率低忆，目前仅在部胞分国家有少量圾应用夹。默唯鉴于桥梁工程姓通常为大型结兼构的特点，目师前国内外桥梁矿建设中均主要冈采用后张法预器应力混凝土，移演张预应力混贱凝土技术属后布张法系列，与长常规后张预应递力混凝土相比盯具有：搜（边1忠）改传统的预且留孔道为预留越明槽：可节省妥成孔、定位材岂料及其工序；边避免了由管道继摩阻引起的预犬应力损失；避错免了管道压浆咸质量不定性及捧其危害；应（昨2鼠）改专用锚具雄锚固为粘结力湿自锚：节省了吩专用锚具、部历分局部加强钢竿筋，预应力来娱无需伸出的张贵拉操作长度而讽节省了部分预断应力钢筋；谅（绑3植）改纵向张拉蹄为横向张拉：笨演张力仅需纵稻张力掩的盐1/5~1/畏7尤即可达到同等难预应力效果，掏能将必须多次愤重复进行的纵载向张拉简化为桥一次性横向张流拉；避免了由临分批张拉产生纹弹性压缩引起性的预应力损失优；避免了梁端蔽张拉所需的操似作空间，相邻禾跨梁的建造互自不干扰伯。麦利综上所述，根估张预应力混凝骂土因节省了波浅纹管、灌浆料照、锚具、锚下骗加强钢筋及部勒分预应力钢筋曾，可降低主梁购造价艇2交0甲％莲～贯3更0宫％，具有明显余的经济效益；贷避免了管道摩剃阻和分批张拉受引起的预应力泛损失，可使有香效预应力提拐高量1现0环％铸～逝2奇0害％，相应的张宁拉控制应力由廉常规张拉的（恰含超张拉）可狂降低到以下，栏提高了钢束张雀拉的安全储备妇；以灌注明槽后混凝土取代了晕管道压浆，易衣于保证梁体质穗量和耐久性，摆具有明显的技尝术效益放常规惭预应力混凝土沫的多次重复工哲序为一次性工腹序，简化了工遣艺及张拉设备亦，提高了工效倒，具有良好的兼社会效益。罢横张预应力混盏凝土综合了先凝张法与后张法驾、体内束与体造外来、有粘结体与无粘结预应热力混凝土技术石的主要优点，唉全面兼顾了良条好的使用性、赢施工的简易性艳及用料的经济袖性，具有很好助的综合技术经雀济效益。头三、现有研究涛工作奸在叼"身演张预应力混朋凝备土振"禽的构思成熟并土获准国家科委岸下达狸的谷199库5瘦年国家级地方感重点攻关计划迈（横张预应力核混凝土梁工艺医及性能试验研双究）后，由重环庆交通学院、截重庆市高速公垮路建影设有限责任公毁司、重庆市公饺路工程监理处证、重庆市渝通灶公路工程总公移司等四家单位柳联合组成了横营张预应力混凝扎土专题研究课轻题组，先后开害展了如下工作滥：面1懒．在对已有预清应力混凝土技知术进行全面深诉入剖析的基础转上，率先提出达全面兼顾常用式预应力混凝土偶技术优点颈的梢"应横张预应力混醋凝惠土川"杠技术，并以重紫庆一长寿高速释公路红槽房大剑桥为依托工程搜开展研究；呜2叠．进行计算机痰模拟分析，并吓就横张预应力座混凝土梁的构菌想广泛地征求朗有关科研、设溉计和施工单位狗的意见，论证倦其在理论上的肌正确性和合理惑性；恐3上．设计理论研肠究，针对依托秒工程提出初步法的《根张预应谈力混凝土梁设敢计计算方法》喂：冶（拳1艺）查阅资料文角献，确定以常映用的高强低松碎弛钢绞线作为吴预应力筋，对摔钢绞线的几何胖构成及力学特桃性进行分析，浴提出具有安全蔽储备的横张控果制应力上限；锅（屿2担）对横张过程捞建立简化的计踏算模型，提出练有效预应力的简实用计算方法晓，并以计算机怜模拟分析结果倦进行校正；水（迹3愚）参考现行《永公桥规》计算法方法，结合演章张预应力混凝句土的特点，提铺出横张预应力凳混凝土梁在施背工阶段和使用帜阶段的应力计酿算、抗裂计算脉以及各区段的确强度计算方法胀。古（雨4次）对预应力钢慰来的粘结锚固低区、张拉时的雷局部承压区和暖张拉后的插销份定位区局部用猴非线性有限元建分析，提出局赚部加强构造措辞施；露4景．工艺流程研希究，拟定了一让套模张预应力驰混凝土梁施工体工艺，编制了封初步的《横张青预应力混凝土双梁施工技术要姿求》；战5浇．配套设备研净制，研制出一错整套横张设备颤及定位配件；遣6撇．工艺试验研膀究词完成了植30淋m居跨径横张预应盲力混凝井土率T举型梁（足尺试类验梁）疫和竭5繁m科跨径横张预应吊力混凝土小梁切的制作工艺全说过程试验研究缓，并对横张过电程进行了现场宫测试，取得如狱下进展：膊（稠1连）完善和丰富呜了《横张预应搭力混凝土梁施福工技术要求》同；谅（仔2虏）通过多次试慢验和改进，研沫制出一整套可胶操作性较强的限横张设备及定宫位配件；负（抢3款）完善和丰富宏了施工期间预忘应力损失估算饼和有效预应力屑的计算方法辫；喂积（吊4领）总结编制了记针露对墓T私型梁桥的《演要张预应力混凝龟土梁质量检验情条文》；汉（读5氧）论证了横张焰预应力混凝土惹技术在实践上钻的可行性和合猛理性。粒7辉．受载性能试捧验研究，音对妹30掀m弱跨径横张预应刷力混凝土试验额梁进行了现场盾加载试验，首套先对梁进行了控六次零至使用爸荷载的重复加小载试验，然后俗加载至开裂，芳再加载至破坏惯；加载过程中沸对梁的变形、抗混凝土应变、古普通钢筋应变挪、预应力混凝各土钢柬应变、获抗裂强度、裂炮缝开展和破坏易情况进行了全扒面测试。结果贿表明：么（册1会）开裂前实测羞挠度值与按全禁截面刚度（含票后浇明槽混凝接土）得到的挠庆度理论计算值瑞吻合较好，证幻明横张预应力传混凝土梁具有扎足够的刚度劝；岩凉（择2关）卸载后梁的嗽残余变形转为钱1烦～修0.lm固m翅，表明其具有病很强的弹性恢汤复能力；经（殖3瑞）实测开裂弯愤矩与理论预期凉弯矩值相吻合蜘，证明了其预驻期的预应力效盯果；顶（征4基）裂缝开展和钉破坏表现与高孙质量的常规预千应力混凝土梁另的情况无异；峡（波5睡）人工凿开后柜浇明槽混凝土增查明，其与预馋应力钢绞线及掠先浇梁体混凝拖土结合很好；之（存6光）完善和丰富闭了横张预应力仰混凝土梁的设愧计理论及构造从措施；氧8居．开展了演张羡预应力混凝土窝技术在桥梁中至的应用研究娱（赔1遣）设计并建成鞋了第一座横张道预应力混凝喜土翻T医型梁桥（渝长乐高速公路红槽案房大桥）；对汪其实施的招前刑5恳根梁进行了现柜场监控，酌情赴调整了张拉时次承压钢垫板的鼻厚度和定位配朗件形式；完善爬了量T扎型梁的实施细认则，使后续施琴工得以顺利进淘行；唉（介2虎）利用横张预缓应力混凝土张焦拉效率高的优玉势，创造性地香提出全跨一次追性浇注混凝土峰，一次性同步妙竖向张拉的新峡工艺；提出了进在腹板中设置踪预留明槽的实年施方法；设计喂并建成了第一脆座横张预应力柔混凝土空心板恐桥（渝长高速喜公路徐家沟大返桥）；对其施陕工的第一跨和国最后一跨空心碌板桥进行了现丙场监控；完善尾了横张预应力拳混凝土空心极调的实施细则；嘉（叫3驴）首次采用横摇张预应力混凝岭土箱型梁对既康有钢筋混凝土芒梁桥进行拓宽齿加固改造，设钉计并指导实施鼠了四川省荥经景大桥的改造工葱程海；溉角（旅4垄）创造性地构络思和设计了横内张预应力混凝只土连续梁桥（初重庆重家院子中人行天桥），猜进一步拓展了惕演张预应力混非凝土技术的应炉用范围；称（辱5寄）演张预应力禽混凝土的设计售理论、施工工茶艺问套设备及阔实施细则在上圆述造工程实践充中得到进一步局发展和完善。丘9逐．疲劳性能研疫究：对横张预鹰应力混凝土梁胳桥从理论上进屡行了疲劳分析壳，结果表明在支设计荷载下不荐产生疲劳破坏凭；演张预应力屑混凝土梁的疲朝劳破坏试验正骤在进行中；忠1悲0拖．长期性能研茎究：怎自夸199境9嫁年施3众月开始对已建瞒成的红槽房大称桥进行长期性丢能监测，目前终正与重庆大学白联合研制桥梁蜓性态的远程智姿能监测系统，惕已有的监测数拢据表明桥梁工扛作正常扒。梨棉于保199娃6素年歼1灌2奋月喘和邻199洪9市年衫5麻月分别获就团"脏横张预应力混占凝土梁工艺及园性能试验研蒸究律"符和侨"蹈横张预应力混厘凝土技术福在涌T刊型梁和箱型梁册（板）桥中的具应用研君究狂"汗进行了鉴定，俊得到与会专家重的高度评价，瘦被列表入须199这8肃年交通部科技引成果推广应用途推荐项目，获绑得施199雅9材年度重庆市科厉技进步一等奖炊，苗"续横张预应力混解凝土桥梁设计斥规唱程谋"涛正式列入交通做部做199筒9尺年度公路建设疏标准、规范、宵定额等编制、认修订工作计划薯中。四、结语深作者率先提出妥并研制成功的朗横张预应力混恒凝土与常规后喷张预应力混凝毒土相比，具有捞如下三大特点吃：志冰（阶l考）改预留孔道裙为预留明槽（同节省成孔和定铸位材料及工序喜，减小预应力合损失）；兽（兄2兄）改专用锚具维锚固为粘结力肾自锚（节省锚爷具、局部加强跨钢筋和部分预买应力筋）；纺（咬3他）改纵向张拉冶为横向张拉（锐仅穷需昌1种／破5卸～撇1枕／衫7未的拉力即达同宿