预应力精细化施工

提倡预应力精细化施工，降低桥梁工程全寿命成本彭凯重庆交通大学2010年1月梗概一、预应力混凝土桥梁的发展和特点二、桥梁工程全寿命成本控制技术简介三、提倡预应力精细化施工势在必行一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•混凝土桥梁的发展•预应力混凝土桥梁的发展•预应力混凝土桥梁的技术特点•预应力混凝土桥梁近年来研究热点一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•混凝土桥梁的发展拱桥：􀂑1870年前后德国建成了第一批采用硅酸盐水泥的混凝土拱桥；􀂑20世纪初混凝土拱桥的跨度达到了近140米（法国的戴拉卡混凝土箱形拱桥139.8米）；􀂑1875～1877年，法国园艺家莫尼尔建造了第一座钢筋混凝土拱桥，跨径16米、宽4米（人行桥）；􀂑1943年建成的瑞典桑德钢筋混凝土拱桥跨度达264米。一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•混凝土桥梁的发展梁桥：􀂑相比拱桥体系而言，钢筋混凝土梁桥发展相对缓慢。1939年钢筋混凝土实腹梁桥的跨度只达到78米（法国跨越塞纳河的老维勒讷沃-圣乔治桥）；􀂑1937年第一座预应力混凝土桥梁在德国建成（体外预应力，1938年第一座体内预应力混凝土桥梁建成）。一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的发展现代预应力混凝土桥梁技术的提出：1886年美国人Jackson,P.H.提出了在圬工拱桥中使用预张拉紧的钢系杆的概念；1888年德国人Doehring,C.E.W.发明了混凝土内埋置预应力钢筋的板和小跨径梁，并获得专利；1908年美国人Stainer,C.R.认识到混凝土徐变和收缩对预应力损失的影响并提出后期补张拉的方法；一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的发展现代预应力混凝土桥梁技术的提出：1926年法国人E.Freyssinet在认识到普通钢筋无法克服混凝土徐变收缩造成的预应力损失后，开始采用高强钢丝（极限强度1725MPa屈服强度1240MPa）；1939年EugeneFreyssinet发明了锥塞锚体系用于后张法预应力混凝土锚固，他被认为是现代预应力混凝土（桥梁）之父。弗氏锚体系一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的发展二战后预应力混凝土桥梁的快速发展：􀂑1948年法国人E.Freyssinet采用预应力混凝土技术修复了巴黎以东马恩河上5座桥梁；预应力混凝土技术在比利时、英国、德国、瑞士、荷兰等国也快速发展；􀂑1949年～1953年期间修建的500座桥梁中，就有350座预应力混凝土桥梁。一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的发展预应力混凝土桥梁技术的逐渐成熟—悬臂浇筑：1950和1951年，Finsterwalder与西德的Dyckerhoff和Widmann公司，在Neckarrews等桥的设计和施工中首次将预应力混凝土技术用于悬臂施工桥梁；􀂑1962年不设中间铰的悬臂施工预应力混凝土连续桥梁被许多国家公认和接受；􀂑20世纪70年代之前，美国的分段施工预应力混凝土桥梁几乎都是采用悬臂施工技术。利用预应力实现平衡悬臂施工利用预应力实现平衡悬臂施工一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的发展预应力混凝土桥梁技术的逐渐成熟—预制拼装：1945～1948年E.Freyssinet首次采用分段预制拼装施工法；􀂑1952年E.Freyssinet的公司第一次采用了设置剪力键的密接匹配预制法；􀂑1962年JeanMuller对节段剪力键构造、密接匹配预制及拼装工艺进行了改进，从此该技术从法国推广到全世界。利用预应力实现阶段预制拼装一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的发展预应力混凝土桥梁技术的逐渐成熟—标准化：20世纪40年代后期标准设计的预应力混凝土工字梁、T形简支梁得到了较大发展（如美国国家公路与运输协会AASHTO；预应力混凝土协会PCI)更大跨径的桥梁预制梁（件）也被PCI和PCA推荐。美国加州交通局I形梁标准图一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的发展预应力混凝土桥梁技术的逐渐成熟—顶推施工：1962～1963年德国的Leonhardt等在委内瑞拉的RioCaroni桥中首次使用了顶推施工技术；􀂑1972年在加拿大ValRistel桥中又发展了预应力混凝土弯梁桥曲线顶推技术。顶推施工一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的发展预应力混凝土桥梁在国内的建设成就：——云南六库怒江大桥（主跨154米）——上海黄浦江奉浦大桥（主跨125米）——湖南常德沅江大桥（主跨120米）——山东东明黄河公路大桥（主跨120米）等等。云南六库怒江大桥一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的发展预应力混凝土桥梁在国内的建设成就：——1988年建成的广东洛溪大桥（主跨180米），开创了我国修建大跨径预应力连续刚构桥的先例，二十多年来，预应力梁桥在全国范围内已建成跨径大于120米的有74座。世界已建成跨度大于240米预应力梁桥17座，中国占7座。——1997年建成的虎门大桥副航道桥，主跨270米为当时预应力连续刚构桥世界第一。一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的发展预应力混凝土桥梁在国内的建设成就：——近几年相继建成了泸州长江二桥（主跨252米）、重庆黄花园大桥（主跨250米）、黄石长江大桥（主跨245米）、重庆高家花园大桥（主跨240米）、贵州六广河大桥（主跨240米），近期还将建成一大批大跨径预应力连续刚构桥。——2006年9月建成通车的重庆石板坡长江大桥复线桥，主跨330米，是目前世界上最大跨径的预应力连续刚构组合体系桥。重庆石板坡长江复线桥一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的技术特点预应力混凝土桥梁技术的技术特点—预应力：预应力是预应力混凝土桥梁的生命！——对受拉区混凝土主动施压，使混凝土全截面工作，提高材料利用率、结构刚度和跨越能力；——预先对桥梁施加与使用荷载反向的荷载，平衡后期工作阶段的内力和变形；——使高强钢材和高强混凝土的匹配使用得以经济可行。一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的技术特点预应力混凝土桥梁技术的技术特点—预应力：——减少了混凝土梁的竖向剪力和主拉应力，有利于减小梁的腹板厚度，使梁自重进一步减小；——促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展。平衡悬臂施工方法、顶推施工方法、标准节段预制拼装方法都是预应力技术催生的现代桥梁施工方法，从而使得连续刚构桥、斜拉桥等体系迅猛发展。一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的技术特点预应力混凝土桥梁技术的技术特点—预应力：空间三向预应力的应用日趋复杂！——纵向预应力：是调节和控制预应力混凝土桥梁纵向抗弯性能的关键手段。对成桥线形和应力状态起到决定作用，直接影响后续桥梁的安全正常使用和耐久可靠性能。对大跨桥梁，纵向预应力筋连续长度较大，预应力筋的梳编穿束、定位、张拉和孔道灌浆难度均很大，管道摩阻引起的预应力损失较大且难以准确估计，且力筋布置受束界严格限制，预应力施工全过程控制尤为重要！一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的技术特点预应力混凝土桥梁技术的技术特点—预应力：——竖向预应力：是抵消主梁腹板竖向荷载剪力、减小腹板主拉应力的关键，主要由竖向预应力筋提供；纵向预应力筋的竖弯段也可以提供竖向预应力分力。竖向预应力筋一般长度较小，其预应力损失对锚具等预应力器具质量和施工工艺特别敏感，且混凝土腹板受集中力弹性压缩引起的预应力损失计算较为复杂，其预应力施工过程应精准控制！一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的技术特点预应力混凝土桥梁技术的技术特点—预应力：——横向预应力：对桥面板在横向跨径较大的宽桥，应配置横向预应力筋以协助抵抗使用荷载产生的横向弯矩。采用横向预应力可增大悬臂部分宽度、减小下部结构工程量；还可以防止桥面板温度和收缩裂缝。因桥面板厚度较小，因此横向预应力筋安装施工的位置和线形需严格精准控制，否则容易造成预应力管道上浮等问题，施加预应力难以达到预期的效果。一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的技术特点预应力混凝土桥梁技术的技术特点—材料：——1000Mpa~2500Mpa高强钢材、FRP纤维复合材料；􀂑——40MPa~120MPa混凝土、高性能混凝土；高强材料的采用，使预应力混凝土技术得以真正实现和推广应用，使得桥梁用材减少、自重减轻、跨越能力提高、混凝土收缩徐变影响减小。一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的技术特点预应力混凝土桥梁技术的技术特点—器具：——承压锚、锥塞锚、夹片锚、粘结锚等锚具类型；——预应力筋束连接器、夹具（工具锚）；􀂑——波纹管（镀锌管、PVC管）、灌浆料；——体外预应力筋转向设备等。预应力的实现和持久保存依赖于高性能和高可靠性的特殊专用器具。夹片锚夹片锚夹片锚墩头锚精轧螺纹钢锚具一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的技术特点预应力混凝土桥梁技术的技术特点—设备：——张拉设备：油泵、千斤顶等；——梳编穿索设备：梳索设备、卷扬机等；——灌浆设备；􀂑——下料切割设备（机械切割、高温切割）等。一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的技术特点预应力混凝土桥梁技术的技术特点—构造措施：——锚下局部承压区域的加强钢筋；——预应力筋束管道位置固定钢筋；􀂑——防止混凝土薄板、细长杆受压失稳的局部加厚、加粗、加肋、承托；——预应力筋间距、管道净距、保护层厚度、搭接和封锚混凝土、非预应力分布钢筋等。宁波招宝山大桥一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的技术特点预应力混凝土桥梁技术的技术特点—施工工艺：——先张法：先张拉预应力筋、后浇筑混凝土；——后张法：先浇筑混凝土同时预留孔道，后张拉预应力筋；——现浇施工（支架法、悬拼法）；􀂑——预制拼装施工（整体、干接缝、湿接缝）。一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的技术特点预应力混凝土桥梁技术的技术特点—设计计算：——预应力筋用量计算：强度控制和应力控制；——预应力损失估算：管道摩擦损失，混凝土弹性压缩损失，台座与钢筋温差损失，锚具变形、钢筋回缩和接缝压密损失，预应力筋松弛损失，混凝土收缩、徐变损失——有效预应力计算：预应力筋有效预应力、混凝土有效预应力；——混凝土收缩、徐变以及温度变化引起的超静定结构次内力，内力重分布、应力重分布等。一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁的技术特点预应力混凝土桥梁技术的技术特点—施工控制：——传统控制方法：人工读数单控法、双控法；——现代控制方法：基于传感技术的智能信息控制；——施工质量控制指标：材料和器材质量，设备标定，预应力筋束线形和位置，预应力筋锚下控制应力，预应力筋断丝、滑移限制，预应力同束不均匀度和同断面不均匀度，灌浆密实度等。一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁近年来研究热点预应力混凝土桥梁耐久性—概况：20世纪60～70年代发现混凝土的耐久性问题，从而成为世界瞩目的大问题。原以为非常耐久的混凝土桥梁在不利的环境、使用条件下，出现了一系列影响结构使用性能和安全性的问题，如混凝土老化、恶化、性能衰减，预应力筋锈蚀、断裂，预应力混凝土主梁开裂、下挠乃至丧失使用功能等。一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁近年来研究热点预应力混凝土桥梁耐久性—概况：国外于1993年给出的桥梁耐久性定义：在正常维护条件下，经过一段时间，材料和结构的承载能力和使用性能没有发生大的变化的能力。􀂑国内一般定义：结构在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁近年来研究热点预应力混凝土桥梁耐久性—要点：——材料层次：主要集中在材料和器具的耐腐蚀、抗疲劳和徐变效应的能力；􀂑——构件层次：发生材料性能衰退、变异构件的受力性能退化；——结构层次：结构整体性能受材料和构建性能衰变的影响；一、预应力混凝土桥梁的发展和特点•预应力混凝土桥梁近年来研究热点预应力混凝土桥梁耐久性