关于公路桥梁预应力混凝土施工质量控制

摘要:提高材料强度可以提高构件的承载力,从而达到节省材料和减轻构件自重的目的,很好地控制公路桥梁的施工质量。本文通过阐述公路桥梁预应力混凝土比照普通钢筋混凝土构件中的优势作用,试述如何控制预应力混凝土的施工质量。

关键字:施工预应力混凝土 公路桥梁

中图分类号:U445 文献标识码:A

一、预应力混凝土的概念和优势

所谓预应力混凝土就是在混凝土构件承受使用荷载前的制作阶段,预先对使用阶段的受拉区施加压应力,造成一种人为的应力状态。当构件承受使用荷载而产生拉应力时,首先要抵消混凝土的预压应力,然后随着荷载的增加,受拉区混凝土产生拉应力。因此,可推迟混凝土裂缝的出现和开展,以满足使用要求。这种在结构构件承受荷载以前预先对受拉区混凝土施加压应力的结构构件,就称为预应力混凝土构件。

混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很低。其抗拉强度只有抗压强度的1/10-1/18,极限拉应变仅为0.0001-0.00015,即每米只能拉长 0.1-0.15mm,超过后就会出现裂缝。而钢筋达到屈服强度时的应变却要大得多,约为0.0005-0.0015,如HPB235级钢筋就达1×10 -3对使用上不允许开裂的构件,受拉钢筋的应力只能用到20-30N/mm2,不能充分利用其强度。对于允许开裂的构件,当受拉钢筋应力达到 250N/mm2时,裂缝宽度已达0.2-0.3mm。。提高钢筋强度却难以收到预期的效果。这是因为,对配置高强度钢筋的钢筋混凝土构件而言,承载力可能已不是控制条件,起控制作用的因素可能是裂缝宽度或构件的挠度。当钢筋应力达到 500-1000N/mm2时,裂缝宽度将很大,无法满足使用要求。因而,钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能充分发挥其作用的。而提高混凝土强度等级对提高构件的抗裂性能和控制裂缝宽度的作用也极其有限。

现代预应力混凝土是用高强度钢材和较高强度的混凝土经先进的生产工艺制作的,用现代设计概念和方法设计的高效预应力混凝土。我国的预应力混凝土结构是在20世纪50年展起来的,最初试用于预应力钢筋混凝土轨枕,之后预应力混凝土在全国范围内推广。随着我国高等级公路建设的不断,预应力混凝土技术在公路桥梁工程中发展最快。桥梁上得到普遍的应用。但就目前预应力混凝土梁施工而言,仍存在很多问题,本文就对施工过程中常见的问题进行探讨,分析原因并提出相应的处理方法及预防措施。为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现,充分利用高强度钢筋及高强度混凝土,设法在混凝土结构或构件承受使用荷载前,预先对受拉区的混凝土施加压力后的混凝土就是预应力混凝土。预压应力用来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力,从而将结构构件的拉应力控制在较小范围,甚至处于受压状态,以推迟混凝土裂缝的出现和开展,从而提高构件的抗裂性能和刚度。

二、预应力混凝土的特点

与钢筋混凝土相比,预应力混凝土具有以下特点:

1、构件的抗裂性能较好。

2、构件的刚度较大。由于预应力混凝土能延迟裂缝的出现和开展,并且受弯构件要产生反拱,因而可以减小受弯构件在荷载作用下的挠度。

3、构件的耐久性较好。由于预应力混凝土能使构件不出现裂缝或减小裂缝宽度,因而可以减少大气或侵蚀性介质对钢筋的侵蚀,从而延长构件的使用期限。

4、工序较多,施工较复杂,且需要张拉设备和锚具等设施。

注意:预应力混凝土不能提高构件的承载能力。也就是说,当截面和材料相同时,预应力混凝土与普通钢筋混凝土受弯构件的承载能力相同,与受拉区钢筋是否施加预应力无关。

其中,预应力混凝土的优点有:

1、抗裂性好,刚度大。由于对构件施加预应力,大大推迟了裂缝的出现,在使用荷载作用下,构件可不出现裂缝,或使裂缝推迟出现0,所以提高了构件的刚度,增加了结构的耐久性。

2、节省材料,减小自重。其结构由于必须采用高强度材料,因此可减少钢筋用量和构件截面尺寸,节省钢材和混凝土,降低结构自重,对大跨度和重荷载结构有着明显的优越性。

3、提高构件的抗剪能力。试验表明,纵向预应力钢筋起着锚栓的作用,阻碍着构件斜裂缝的出现与开展,又由于预应力混凝土梁的曲线钢筋(束)合力的竖向分力将部分地抵消剪力。

4、提高受压构件的稳定性。当受压构件长细比较大时,在受到一定的压力后便容易被压弯,以致丧失稳定而破坏。如果对钢筋混凝土柱施加预应力,使纵向受力钢筋张拉得很紧,不但预应力钢筋本身不容易压弯,而且可以帮助周围的混凝土提高抵抗压弯的能力。

5、提高构件的耐疲劳性能。因为具有强大预应力的钢筋,在使用阶段因加荷或卸荷所引起的应力变化幅度相对较小,故此可提高抗疲劳强度,这对承受动荷载的结构来说是很有利的。

当然,预应力混凝土也存在一定的缺点:

1、工艺较复杂,对质量要求高,因而需要配备一支技术较熟练的专业队伍。

2、需要有一定的专门设备,如张拉机具、灌浆设备等。

3、预应力混凝土结构的开工费用较大,对构件数量少的工程成本较高。

三、如何控制公路桥梁预应力混凝土施工质量

(一)减少预应力损失的措施

首先,选择变形小或预应力筋滑动小的锚具或夹具,尽量减少垫板的数量,增加先张法台座长度,以减小σl1值;其次,采用高强度等级混凝土、高标号水泥,降低水泥用量,减小水灰比,采用良好级配的骨料,尽可能提高混凝土的密实度并加强养护,从而减少预应力损失σl5;第三,钢筋放张时混凝土的实有立方体强度值不能定得太低,并使得混凝土的预压应力σpc和σpc′不大于0。5fcu′;第四,对预应力钢筋进行超张拉,以减少钢筋松弛所引起的预应力损失;第五、采用合适的施工工艺,如对预应力筋进行两端张拉,加热养护采用“两阶段升温养护”,即先在较低温度下养护,使混凝土达到一定强度后,再升温至规定的温度下进行养护,从而可减少由温差和摩擦引起的预应力损失。

(二)增强施工技术水平

预应力混凝土桥梁的发展与施工技术的发展是密不可分的,施工技术水平直接影响桥梁的跨径,线型,截面形式等。预应力混凝土连续梁在初期大多采用满布支架法施工,其跨度一般在40以内,且施工周期长,施工用料多。60年代预应力混凝土桥梁引入悬臂施工法以后,预应力连续梁桥得以迅速发展,其跨越能力达200以上,适用范围也不断扩大。悬臂拼装法将大跨桥梁化整为零,施工简便,拼装工期短,速度快,特别对于多跨长联桥(跨度在100以内)是一种效率高而且经济的施工方法。预应力连续梁的施工方法还有顶推法,移动模架法,逐孔架设法等。近年来由乌克兰的工程师发明的新型预应力技术是介于先张拉法和后张拉法之间的工艺。它是在浇捣混凝土尚未凝固的时候施加预应力,混凝土在压力的情况下固结。施加这种预应力需要用特殊的可滑动的模板及能把压力传给混凝土的装置。它可使同样配筋率情况下梁的承载力提高25-34%,柱的承载力提高75%,抗裂度不变。该方法已在重达30吨的桥梁结构中使用。

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