03田克平-预应力技术在我国公路桥梁中的应用.doc

中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文 2006年 预应力技术在我国公路桥梁中的应用 田克平 （中国交通建设集团第一公路工程局） 摘 要介绍了预应力技术在我国公路桥梁中的应用现状，指出当前在应用中存在的问题及应采取的对策措施，展望了预应力技术在公路桥梁结构中的应用前景。 关键词公路桥梁 结构 预应力技术 应用 1 前言 公路桥梁是应用预应力技术最多、最为广泛的工程之一。在混凝土桥梁的上部结构中，除16m以下跨径的梁、板采用普通钢筋混凝土结构外，一般20m以上跨径的梁大多采用预应力混凝土结构。近年来，随着大跨、特大跨桥梁的不断兴建，预应力技术更是该类桥梁中不可缺少的方法和手段。而在桥梁的下部结构中，盖梁、墩身甚至基础亦有不少采用预应力混凝土结构的实例。先张预应力体系多用于小跨径的梁板结构，后张预应力体系在公路桥梁中应用最广泛，几乎在各种桥型结构中均有应用。 2 预应力材料 2.1预应力筋 目前在公路桥梁预应力混凝土结构中，主要采用钢丝、钢绞线和粗钢筋三大类材料作为预应力筋。其中钢绞线的应用量最大，占据了主导地位；粗钢筋材料主要是高强度精轧螺纹钢筋，作为一种辅助性预应力筋，多用在混凝土箱梁的横向和竖向预应力钢束中，另外在其它一些特殊的结构部位亦有采用；近年来，钢丝在混凝土桥梁结构中已较少采用，而斜拉桥的斜拉索则在大量采用钢丝作为拉索的索体材料，虽然钢绞线拉索已在部分斜拉桥中应用，但总体上用量不是太大，平行、半平行钢丝拉索仍是斜拉索的主要索体材料。 2.2管道 早期采用的抽拔成型、铁皮管等管道形式，现已基本不用，应用最多的是金属螺旋波纹管。近几年，塑料波纹管的应用逐渐增多。钢管作为预应力管道在公路桥梁结构中亦有应用，如已建成通车的厦门海沧大桥，在悬索桥主缆锚固的锚碇中就采用了预应力锚固体系，其预应力钢束采用平滑钢管作为管道，其它几座大跨度悬索桥如武汉阳逻大桥亦采用了钢管作为预应力管道。 2.3预应力锚具 上世纪70年代至80年代中前期，在我国土木工程领域，弗氏锚的应用最为广泛。从80年代后期开始，国内通过引进和吸收国外先进技术，夹片式锚具的研制、生产和在工程实践中的应用逐渐形成规模。目前，在公路桥梁预应力混凝土结构中，夹片式预应力锚具和低松弛钢绞线的应用已占绝大多数，虽然在个别经济、技术相对落后的边远地区，还有可能在一些不太重要的桥梁结构中使用早期的预应力锚具，但也在逐步淘汰。 扁锚和直接埋入混凝土中的固定端锚具在公路桥梁结构中的应用较为普遍，扁锚主要用于箱梁顶板的横向预应力束，以及其它结构厚度较小的部位；固定端锚具则主要用于张拉空间有限的梁端或某些特殊部位。 在斜拉桥的斜拉索中，由于多数拉索的索体材料采用平行钢丝或半平行钢丝，因此冷铸墩头锚的应用较多。最近几年，钢绞线拉索在国内公路斜拉桥的应用逐渐增多，其锚固体系采用夹片式锚具。 3 预应力体系 如前所述，从上世纪80年代后期开始，通过引进、吸收和消化国外的先进技术，我国的预应力技术得到了全面发展，研制开发了品种繁多的预应力锚固体系，而在这些体系中，占据了主导地位的是钢绞线夹片式预应力锚固体系。当前，在公路桥梁结构工程中，已较少采用国外的预应力体系，多数均采用国产的预应力体系及相应产品，这充分说明了我国的预应力技术已完全能满足国内工程的需要，不用再依赖于国外的技术。 就国内的钢绞线夹片式预应力锚固体系而言，各种体系实际上在锚固原理方面大同小异，区别之处仅是在规格、尺寸等方面有所不同，实际工程在选择体系和产品时，依据的主要是体系和产品应用中，对结构的安全性、耐久性以及产品质量能否得到保证的问题。由于公路桥梁是应用预应力技术最为广泛的工程之一，因此各种预应力体系和产品能否在公路桥梁行业占有一定的市场份额，很大程度上取决于其技术是否先进、产品质量是否可靠以及是否有较好的适用性。 体外束一直未在公路桥梁结构中得到大量应用，以往多用在旧桥加固工程中，而在新建桥梁中，一般都持谨慎态度。近两年来，已有新建桥梁采用体外束技术，如正在建设的苏通长江大桥，在其北引桥中，就采用了体外束技术。该引桥的上部结构为75m跨等截面预应力混凝土连续箱梁，采取预制节段拼装法施工，箱梁节段在岸上的预制场进行工厂化制作，用船运至桥位处进行悬臂对称拼装，每两个节段对称拼装后先行张拉部分体内钢束，节段之间的连接采用干接缝，全跨拼装完成后，在箱梁内设置体外束并张拉。 4 标准、规范和规程 总体而言，我国公路桥梁的各类标准、规范和规程，在编制和修订时都是滞后于技术发展的，这是因为标准规范的各类条文必须采用成熟的技术和工艺。 2004年颁布施行的公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004，是在1985年版的基础上修订而成的，与原规范相比，2004年版设计规范的主要特点是 1）采用了以概率理论为基础的极限状态法进行结构的设计计算； 2）预应力结构中，混凝土的强度有所提高，最低为C40，最高为C80； 3）改善了预应力混凝土受弯构件的抗裂限值、裂缝宽度和受弯构件斜截面的承载力计算内容； 4）对预应力筋的几项预应力损失如钢丝和钢绞线的松弛损失、混凝土收缩和徐变损失等进行了调整。 5）增加了有关构件耐久性的规定。 2000年颁布施行的公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000，是在1989年版的基础上修订而成的，其中对预应力混凝土一章的条文，如预应力材料的进场检验、预应力钢束张拉的程序、超张拉等方面的内容，都作了较大的改动和补充完善。从目前来看，规范中的部分条文与近几年预应力技术的快速发展已不相适应，又需要进行重新修订，现已计划于2006年底或2007年初要对公路桥涵施工技术规范进行全面修订。 由于公路桥梁结构采用了较多预应力技术的产品，而各种产品的质量存在良莠不齐的现象，为规范市场，保证产品的质量以及工程结构的安全性和耐久性，近年来，由中国公路学会桥梁及结构工程学会牵头，组织有关人员制定了一批行业标准，如公路桥梁预应力钢绞线用锚具、连接器试验方法及检验规则JT329.2-1997、公路桥梁预应力钢绞线用YM锚具、连接器规格系列JT/T329.1-1997、斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件JT/T6-94等，塑料波纹管的产品行业标准亦已制定。这些行业标准的制定施行，对预应力产品的市场行为起到了一定的规范作用，同时也对工程结构的安全性和耐久性起到了一定的保证作用。 5 存在问题及对策措施 我国公路桥梁工程结构在应用预应力技术上取得了骄人的成绩，为预应力技术的全面发展做出了很大贡献，但在实际工程的应用过程中，仍存在不少问题，主要表现在以下几个方面。 1）设计人员在对结构的细部设计上，尚存在观念上和认识上的差距。特别是一些年青的工程设计人员，在结构设计中，对预应力技术缺乏深入的理解和研究，不熟悉其施工工艺和控制要点，导致所设计的结构不合理，进而直接影响到工程结构的可靠性和耐久性。 2）由于近年来公路市场的竞争日趋激烈，工程标价偏低，为追求利益的最大化，各预应力产品的生产厂家千方百计降低生产成本，使锚具及其配套产品的尺寸越变越小。诚然，锚具尺寸越小，结构的尺寸即可相应减小，这对降低工程的造价和成本是有好处的，结构由此也可变得更轻巧，但预应力锚具产品的尺寸大小总是有一定限度，超过了一定限度，则对工程结构将带来不可估量的潜在威胁，其可靠度将大打折扣。 3）现场的工程技术人员、操作工人和监理人员对预应力施工工艺的不熟悉，以及对施工规范条文的不理解，是造成预应力工程施工质量低劣的非常直接的原因，但目前在各类桥梁工程的施工现场，仍不同程度地存在上述现象。 4）当前，业主、施工、监理各方都比较注重对预应力钢束张拉的质量控制，也就使得张拉的工程质量较能得到保障，但对后张管道压浆的质量控制普遍重视不够，压浆不密实、出现空洞的现象时有发生，大大降低了结构的耐久性。 对上述存在的问题，并非某一两个人所能解决，需要各方共同努力，引起大家高度重视，方能找到解决问题的有效途径。设计和施工中的问题，要求技术人员应认真学习，提高技术水平，重视工程的质量；而产品的质量，一方面要制定相应的标准，对其进行规范，另一方面，生产厂家应搞好技术创新，完善质量体系，使产品的质量得到可靠保证。 6 结语 我国的公路桥梁工程建设方兴未艾，其建造技术现已跻身世界先进行列，有的已处于世界领先地位，如苏通长江大桥和香港昂船洲大桥，均为跨度超过千米的特大型斜拉桥，建成后其跨度将分别位居世界第一和第二。而东海大桥和杭州湾大桥等的兴建，更是开启了我国从大江大河桥梁逐步发展到近海桥梁的历程。各类桥梁的建设离不开预应力技术的支持，因此，预应力技术在公路桥梁中仍有广阔的应用前景。