橫張預應力混凝土及其研究近況

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本文第一作者自80年代初開始從事預應力混凝土結構的研究，在近20年中，先后參與和主持完成了3個國家級、5個省部級及十余個橫向課題中有關預應力混凝土結構的研究，完成了100金根先張法、后張有粘結及無粘結預應力混凝土梁的靜力和疲勞破壞試驗，對各型預應力混凝土梁的工藝及性能進行了系統(tǒng)深入的研究，發(fā)現國內外常用的預應力混凝土技術中，每一種技術雖在某一（些）方面具有其優(yōu)勢，但在另一（些）方面亦存在明顯的不足。于是，自90年代初即致力于尋求一種全面兼顧良好的使用性能、用料的經濟性和施工的簡易性的預應力混凝土技術。于1993年將預彎復合梁原理應用于鋼筋混凝土梁中，率先提出并研制成功了“預彎預應力鋼筋混凝土梁”，先后成功地應用于德陽雄湖大橋等三座橋梁中，獲得1996年交通部科技進步三等獎和重慶市科技進步二等獎。1995年重慶市科委向國家科委推薦“預彎預應力鋼筋混凝土梁性能試驗研究”項目，經審批后列入國家科委下達的“1995年國家級地方重點攻關計劃”，計劃項目編號為：95一5A-03。在進一步的研究中，針對預彎預應力鋼筋混凝土梁需預加載和存在裂縫的缺陷，于1994年提出將預彎預應力鋼筋混凝土梁通過預加載條件下二次澆注混凝土來建立預應力轉變?yōu)橐粤旱诪榉戳Τ袎好?，沿垂直干力筋的豎向張拉鋼未來建立預應力，從而形成了“橫張預應力混凝土梁”的構思，并就此征求了科研、設計和施工方面眾多專家的意見，確認“橫張預應力混凝土梁”能在保持良好力學性能的條件下既節(jié)省了鋼材，又簡化了工藝，具有明顯的技術經濟優(yōu)勢。特此報請項目主管部門批準，簽定了科技計劃項目修改合同，將原計劃研究內容更改為“橫張預應力混凝土梁工藝及性能試驗研究”，由重慶交通學院和重慶高級公路建設指揮部等四家單位聯合完成；之后，在交通部、重慶市科委和市交通局的大力支持下，先后開展了“報張預應力混凝土設計原理及成套技術研究”、“演張預應力混凝土在橋梁工程中的應用研究”、“演張預應力混凝土梁疲勞試驗研究”、“紅槽房大橋長期性能監(jiān)測”和“演張預應力混凝土連續(xù)梁橋的理論與應用研究”。目前，正著手進行交通部下達的《橫張預應力混凝土橋梁設計規(guī)程》編制工作。
    二、撞張預應力混凝土的基本概念
    1、演張預應力混凝土的構思
    作者于1992年將預彎復合梁原理應用于鋼筋混凝土梁中，提出并研制成功預彎預應力鋼筋混凝土梁，在進一步研究和實踐中，針對其存在的問題，于1994年提出“演張預應力混凝土梁”的構想；將預彎預應力鋼筋混凝土梁通過預加載條件下二次澆注混凝土來建立預應力轉變?yōu)橐粤旱诪榉戳Τ袎好妫卮怪庇诹畹呢Q向張拉預應力鋼柬來建立預應力。將先張法的粘結力自錨--省去專用錨具，后張法的以梁體自身為張拉預應力鋼來的反力承壓體一一無需專用預制場、張拉臺座和吊運設備，體外預應力的在混凝土梁體夕張拉預應力鋼束--避免了管道摩阻引起的預應力損失，舊梁加固中曾采用的豎向緊固力筋法--用較小的豎向拉力在力筋縱向獲得較大的拉力等已有常用預應力混凝土技術的優(yōu)點有機地融于一體。
    2、制作工藝及預應力原理
    橫張預應力混凝土梁（以箱型梁為例）的制作工藝及預應力原理如下：
    （1）制作混凝土梁體，在箱型梁腹板內設預留明槽，在明精內的設定高度處直線布置預應力鋼束（圖11的虛線所示），其兩端伸入先澆梁體混凝土作為粘結錨固區(qū)段；
    （2）安裝張拉設備，以梁底為反力承壓面沿豎向張拉預應力鋼束至設計位置，梁體混凝土即在鋼束伸長受拉的同時獲得相應的預應力；
    （3）插入鋼插銷以鎖定預應力鋼束的位置，卸除千斤頂等張拉設備后灌注預留明槽的混凝土。
    3、與現有預應力混凝土技術的比較
    國內外上建工程中常用的預應力混凝土技術有：
    （1）先張法預應力混凝土：工藝相對簡單，無需專用錨具，但需專門的預制場地、張拉合座和吊運就位設備，故一般僅適用于中小型構件；
    （2）常規(guī)后張預應力混凝土：無需專門的預制場地、張拉臺座和吊運就位設備，力筋布置和張拉較靈活，在橋梁工程中廣泛采用，但工藝復雜，技術要求高，預應力損失大，管道壓漿質量難以保證；
    （3）無粘結預應力及體外來預應力混凝土：較常規(guī)后張預應力混凝土省去了成孔、穿束，壓漿等工序，施工相對簡單，但結構的力學性能有明顯降低；
    （4）舊梁加固曾用的豎向緊固鋼筋法：能以較小的豎向拉力使鋼筋獲得較大的縱向拉力，加固效果好，但施工復雜，技術要求高，以致很少采用；
    （5）預彎預應力復合梁：建筑高度小，自重輕、跨越能力較大，但其用鋼量巨大，工藝復雜，所需預加載設備龐大且周轉率低，目前僅在部分國家有少量應用。
    鑒于橋梁工程通常為大型結構的特點，目前國內外橋梁建設中均主要采用后張法預應力混凝土，演張預應力混凝土技術屬后張法系列，與常規(guī)后張預應力混凝土相比具有：
    （1）改傳統(tǒng)的預留孔道為預留明槽：可節(jié)省成孔、定位材料及其工序；避免了由管道摩阻引起的預應力損失；避免了管道壓漿質量不定性及其危害；
    （2）改專用錨具錨固為粘結力自錨：節(jié)省了專用錨具、部分局部加強鋼筋，預應力來無需伸出的張拉操作長度而節(jié)省了部分預應力鋼筋；
    （3）改縱向張拉為橫向張拉：演張力僅需縱張力的1/5~1/7即可達到同等預應力效果，能將必須多次重復進行的縱向張拉簡化為一次性橫向張拉；避免了由分批張拉產生彈性壓縮引起的預應力損失；避免了梁端張拉所需的操作空間，相鄰跨梁的建造互不干擾。