張立功 魏海燕

摘要：近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，路橋工程建設(shè)數(shù)量也在不斷的增加，尤其是預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用，為路橋施工提供了技術(shù)保障，它以其自身的高強(qiáng)度、高滲透以及高抗裂性能，成為當(dāng)前路橋建設(shè)過(guò)程中不可獲的一項(xiàng)技術(shù)。本文將對(duì)預(yù)應(yīng)力技術(shù)、路橋施工中的應(yīng)用以及應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題進(jìn)行研究，以期為我國(guó)路橋建設(shè)事業(yè)的發(fā)展做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：路橋；預(yù)應(yīng)力技術(shù)；施工建設(shè)；應(yīng)用；研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TU997 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

加強(qiáng)對(duì)路橋施工中的預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的分析和研究，對(duì)于路橋工程的施工質(zhì)量和安全具有十分重要的意義。路橋工程師民生工程，做好對(duì)路橋工程的施工，不僅僅可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)還能夠很好地改善人民的生活。

一、預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念

為了避免鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫過(guò)早出現(xiàn)裂縫，充分利用高強(qiáng)材料，最有效的措施是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受外荷載作用之前，對(duì)其施加預(yù)應(yīng)力。所謂預(yù)應(yīng)力，是指為了改善結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在各種使用條件下的工作性能和提高其強(qiáng)度而在使用前預(yù)先施加的永久性內(nèi)應(yīng)力。美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACI)將預(yù)應(yīng)力混凝土定義為：“預(yù)應(yīng)力混凝土是根據(jù)需要人為地引入某一數(shù)值與分布的內(nèi)應(yīng)力，用以全部或部分抵消外荷載應(yīng)力的一種加筋混凝土”。這種預(yù)壓應(yīng)力可以部分或全部抵消外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力，因而可推遲甚至避免裂縫的出現(xiàn)。如圖1所示簡(jiǎn)支梁，承受外荷載之前，先在梁的受拉區(qū)施加一對(duì)偏心預(yù)壓力Np，從而在梁截面混凝土中產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，如圖1(b)所示；而后，按荷載標(biāo)準(zhǔn)值Pk計(jì)算時(shí)，梁跨中截面應(yīng)力如圖1(c)所示。將圖1(b)，(c)疊加得梁跨中截面應(yīng)力分布如圖1(d)。顯然，通過(guò)人為控制Np的大小，可使梁截面受拉邊緣混凝土產(chǎn)生壓應(yīng)力、零應(yīng)力或很小的拉應(yīng)力，以滿足不同的裂縫控制要求，從而改變了普通鋼筋混凝土構(gòu)件原有的裂縫狀態(tài)，成為預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件。

圖1 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件

其實(shí)，預(yù)應(yīng)力的概念在日常生活中早有所運(yùn)用。例如在工地上用磚鉗裝卸磚塊，被鉗住的一疊水平磚不會(huì)滑落；用鐵箍緊箍木桶，木桶盛水而不漏；旋緊自行車(chē)輪的鋼絲，使車(chē)輪受壓力后而鋼絲不折，等等。

二、路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的作用

路橋施工對(duì)于技術(shù)要求比較高，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的使用有助于提高施工質(zhì)量和施工水平，保障路橋施工順利進(jìn)行。路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為核心技術(shù)，對(duì)路橋施工的作用主要體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：

（一）提高路橋構(gòu)建對(duì)內(nèi)應(yīng)力的承受力

在路橋施工中需要運(yùn)用大量的承彎構(gòu)件，由于路橋施工中需要大量的混凝土磚塊，由于這些磚塊的配比不合適，導(dǎo)致構(gòu)件的承受壓力逐漸增加，由于不能承受這些壓力，會(huì)出現(xiàn)一定的裂縫，造成一些施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)變形，當(dāng)混凝土承受側(cè)面的壓力時(shí)，在混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土的承受能力時(shí)，便會(huì)使混凝土產(chǎn)生裂縫，給工程的施工質(zhì)量帶來(lái)不利的影響。為了更好地提高承彎構(gòu)件的承受力，避免裂縫的出現(xiàn)，路橋施工中會(huì)采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行處理，可以提高承彎構(gòu)件的剛度，提高其承受能力，減少裂縫的出現(xiàn)和延長(zhǎng)構(gòu)件的使用時(shí)間，一定程度上可以提高路橋施工質(zhì)量。

（二）提高路橋承重構(gòu)建的承受力

承重構(gòu)件作為路橋施工的基礎(chǔ)部分，在整個(gè)施工中占據(jù)著十分重要的位置，如果承重構(gòu)件的承受力不高，將會(huì)影響今后的路橋施工建設(shè)。承重構(gòu)件需要承受整個(gè)路橋的重量，通過(guò)運(yùn)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以提高承重構(gòu)件的抗裂性和抗?jié)B性，提高承重構(gòu)件的承受能力，尤其是能夠提高構(gòu)件薄弱部分的承受力，進(jìn)而提高整個(gè)構(gòu)件的承受力。

（三）延長(zhǎng)路橋的使用壽命

路橋作為重要的交通運(yùn)輸工程，在整個(gè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城市建設(shè)中發(fā)揮著十分重要的作用，但是由于路橋承受的壓力過(guò)大，其使用壽命往往較短，嚴(yán)重影響了交通正常運(yùn)行。通過(guò)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的運(yùn)用可以有效的提高路橋的使用壽命，延長(zhǎng)使用時(shí)間。在路橋施工中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)有助于改善橋面的剛度和強(qiáng)度，提高橋面的承受力與抗變形的能力，減少路橋橋面出現(xiàn)的裂縫等等問(wèn)題，保證路橋工程的施工質(zhì)量。另外通過(guò)預(yù)應(yīng)力技術(shù)對(duì)路橋工程橋面的處理，一定程度上可以降低橋面厚度、延長(zhǎng)橋面的長(zhǎng)度、減少橋面接縫數(shù)量、提高橋面耐久性進(jìn)而減少鋼筋用量的作用。

三、預(yù)應(yīng)力技術(shù)在路橋工程施工中的應(yīng)用

1選擇預(yù)應(yīng)力鋼絞線

預(yù)應(yīng)力鋼絞線是由多根冷拉鋼絲在絞線機(jī)上成螺旋形捻制，并經(jīng)消除應(yīng)力而成。鋼絞線的整根破斷力大，柔性好，施工方便，具有廣闊的發(fā)展前景。預(yù)應(yīng)力鋼絞線按捻制結(jié)構(gòu)不同可分為：1×2鋼絞線、1×3鋼絞線和1×7鋼絞線等。 因其具有實(shí)用、經(jīng)濟(jì)高效、便于施工以及在使用過(guò)程中可以讓建筑構(gòu)件達(dá)到美觀輕薄的特點(diǎn)而大量使用，特別是在一些重要的橋梁工程上，其使用程度更是廣泛。在預(yù)應(yīng)力鋼材的適應(yīng)選擇上應(yīng)該注重以下幾個(gè)方面：鋼絞線的幾何參數(shù)、表面狀態(tài)、其松散程度、斷裂荷載度以及伸長(zhǎng)率的參數(shù)等，鋼絞線的標(biāo)準(zhǔn)選擇上應(yīng)該注意鋼材的品種規(guī)格、尺寸、其延伸率和松弛性等。近年來(lái)，預(yù)應(yīng)力鋼絞線在國(guó)標(biāo)的基礎(chǔ)上有了新發(fā)展。天津鋼線鋼纜集團(tuán)公司等單位將φ17.8鋼絞線強(qiáng)度提高至2000MPa，并研制出1×7-φ21．6鋼絞線新產(chǎn)品，強(qiáng)度為1860MPa，正在研制的還有1x19-φ28．6大直徑鋼絞線，以適應(yīng)市場(chǎng)需要。

2選擇預(yù)應(yīng)力錨具

鋼絞線通常采用預(yù)應(yīng)力卡片錨具固結(jié)，其基本原理是：利用夾片與鋼絞線在錨環(huán)錐孔內(nèi)嚙合夾持住鋼絞線，鋼絞線加力后被鎖定在錨具上，將拉力傳給整個(gè)構(gòu)件。一個(gè)錨環(huán)可設(shè)多個(gè)孔，每個(gè)孔錨固一根鋼絞線，一個(gè)錨環(huán)可錨固多根鋼絞線，如圖2所示。有關(guān)預(yù)應(yīng)力錨具的詳細(xì)技術(shù)，可查《橋梁施工常用數(shù)據(jù)手冊(cè)》或有關(guān)廠家產(chǎn)品資料。

ab

圖 2夾片式預(yù)應(yīng)力錨具的結(jié)構(gòu)和工作原理圖

(a)單根鋼絞線錨固；（b）多根鋼絞線錨固

懸索橋主索如用鋼絞線，根據(jù)主索的排列，一般可設(shè)計(jì)成3～7根鋼絞線為一束排列。錨具是鋼絞線固結(jié)傳力的關(guān)鍵構(gòu)件，而夾片又是錨具的核心，它的材質(zhì)、齒形、熱處理工藝是非常關(guān)鍵的。在使用過(guò)程中，由于振動(dòng)等原因，夾片可能退出，造成事故。因此，使用預(yù)應(yīng)力夾片錨具時(shí)，應(yīng)在錨環(huán)下部專(zhuān)設(shè)一個(gè)定位板，用螺釘固定，以保證安全。

3加固工程中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)是預(yù)應(yīng)力技術(shù)的一個(gè)分支。與普通的預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)相比，體外預(yù)應(yīng)力作用于構(gòu)件的外部，通過(guò)張拉端、錨固端以及預(yù)應(yīng)力筋轉(zhuǎn)向節(jié)點(diǎn)將預(yù)應(yīng)力施加給構(gòu)件。該技術(shù)主要應(yīng)用于已經(jīng)竣工的結(jié)構(gòu)的加固、改造。目前，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)已廣泛應(yīng)用于公路橋梁的加固、改造工程中。通過(guò)大量的試驗(yàn)以及工程實(shí)踐表明，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)是目前較為先進(jìn)、可靠的加固技術(shù)，可以較大的提高被加固構(gòu)件的承載力，并有效改善其受力性能。

4受彎結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

具有施工簡(jiǎn)單和高強(qiáng)度特點(diǎn)的碳纖維在路橋建設(shè)工程中被廣泛的使用?；炷恋膽?yīng)變?cè)隽繘Q定碳纖維的最終盈利，比如說(shuō)，一旦初始應(yīng)變大的時(shí)候，碳纖維的應(yīng)力較小的構(gòu)件就被破壞了，碳纖維強(qiáng)度高的特點(diǎn)也就無(wú)法發(fā)揮出來(lái)。因此，可以在粘貼碳纖維片材的時(shí)候一邊對(duì)其施加以預(yù)應(yīng)力，使得碳纖維片材附有初始拉應(yīng)力，進(jìn)而達(dá)到提高碳纖維的應(yīng)力，避免被破壞，將其的高強(qiáng)度特點(diǎn)充分的發(fā)揮出來(lái)。

四、結(jié)語(yǔ)

總之，在路橋工程建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)以其具有良好的抗裂能力、高抗?jié)B性以及具有高剛度、高強(qiáng)度等特點(diǎn)而得以廣泛的運(yùn)用，在現(xiàn)代路橋工程建設(shè)中占有重要的地位。因此，在工作實(shí)踐中不斷加強(qiáng)對(duì)路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用的分析和討論具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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