橫張預應(yīng)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(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)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(guān)預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的研究，完成了100金根先張法、后張有粘結(jié)及無粘結(jié)預應(yīng)力混凝土梁的靜力和疲勞破壞試驗，對各型預應(yīng)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(xiàn)國內(nèi)外常用的預應(yīng)力混凝土技術(shù)中，每一種技術(shù)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(jīng)濟性和施工的簡易性的預應(yīng)力混凝土技術(shù)。于1993年將預彎復合梁原理應(yīng)用于鋼筋混凝土梁中，率先提出并研制成功了“預彎預應(yīng)力鋼筋混凝土梁”，先后成功地應(yīng)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(yīng)力鋼筋混凝土梁性能試驗研究”項目，經(jīng)審批后列入國家科委下達的“1995年國家級地方重點攻關(guān)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力轉(zhuǎn)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(yīng)力，從而形成了“橫張預應(yīng)力混凝土梁”的構(gòu)思，并就此征求了科研、設(shè)計和施工方面眾多專家的意見，確認“橫張預應(yīng)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(shù)經(jīng)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(nèi)容更改為“橫張預應(yīng)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(shè)指揮部等四家單位聯(lián)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(yīng)力混凝土設(shè)計原理及成套技術(shù)研究”、“演張預應(yīng)力混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用研究”、“演張預應(yīng)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(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的理論與應(yīng)用研究”。目前，正著手進行交通部下達的《橫張預應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計規(guī)程》編制工作。
    二、撞張預應(yīng)力混凝土的基本概念
    1、演張預應(yīng)力混凝土的構(gòu)思
    作者于1992年將預彎復合梁原理應(yīng)用于鋼筋混凝土梁中，提出并研制成功預彎預應(yīng)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(yīng)力混凝土梁”的構(gòu)想；將預彎預應(yīng)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(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)橐粤旱诪榉戳Τ袎好?，沿垂直于力筋的豎向張拉預應(yīng)力鋼柬來建立預應(yīng)力。將先張法的粘結(jié)力自錨--省去專用錨具，后張法的以梁體自身為張拉預應(yīng)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(shè)備，體外預應(yīng)力的在混凝土梁體夕張拉預應(yīng)力鋼束--避免了管道摩阻引起的預應(yīng)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(yīng)力混凝土技術(shù)的優(yōu)點有機地融于一體。
    2、制作工藝及預應(yīng)力原理
    橫張預應(yīng)力混凝土梁（以箱型梁為例）的制作工藝及預應(yīng)力原理如下：
    （1）制作混凝土梁體，在箱型梁腹板內(nèi)設(shè)預留明槽，在明精內(nèi)的設(shè)定高度處直線布置預應(yīng)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(jié)錨固區(qū)段；
    （2）安裝張拉設(shè)備，以梁底為反力承壓面沿豎向張拉預應(yīng)力鋼束至設(shè)計位置，梁體混凝土即在鋼束伸長受拉的同時獲得相應(yīng)的預應(yīng)力；
    （3）插入鋼插銷以鎖定預應(yīng)力鋼束的位置，卸除千斤頂?shù)葟埨O(shè)備后灌注預留明槽的混凝土。
    3、與現(xiàn)有預應(yīng)力混凝土技術(shù)的比較
    國內(nèi)外上建工程中常用的預應(yīng)力混凝土技術(shù)有：
    （1）先張法預應(yīng)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(shè)備，故一般僅適用于中小型構(gòu)件；
    （2）常規(guī)后張預應(yīng)力混凝土：無需專門的預制場地、張拉臺座和吊運就位設(shè)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(shù)要求高，預應(yīng)力損失大，管道壓漿質(zhì)量難以保證；
    （3）無粘結(jié)預應(yīng)力及體外來預應(yīng)力混凝土：較常規(guī)后張預應(yīng)力混凝土省去了成孔、穿束，壓漿等工序，施工相對簡單，但結(jié)構(gòu)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(shù)要求高，以致很少采用；
    （5）預彎預應(yīng)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(shè)備龐大且周轉(zhuǎn)率低，目前僅在部分國家有少量應(yīng)用。
    鑒于橋梁工程通常為大型結(jié)構(gòu)的特點，目前國內(nèi)外橋梁建設(shè)中均主要采用后張法預應(yīng)力混凝土，演張預應(yīng)力混凝土技術(shù)屬后張法系列，與常規(guī)后張預應(yīng)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(yīng)力損失；避免了管道壓漿質(zhì)量不定性及其危害；
    （2）改專用錨具錨固為粘結(jié)力自錨：節(jié)省了專用錨具、部分局部加強鋼筋，預應(yīng)力來無需伸出的張拉操作長度而節(jié)省了部分預應(yīng)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(yīng)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(chǎn)生彈性壓縮引起的預應(yīng)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。