桥梁预应力施工隐患分析及精细化施工技术.ppt

桥梁梁预应力施工力施工隐患分析及精患分析及精细化施工技化施工技术一一、预应力技术在桥梁中的应用、预应力技术在桥梁中的应用二、预应力对桥梁的作用二、预应力对桥梁的作用.1.纵向、横向、竖向预应力的作用纵向、横向、竖向预应力的作用1.1.纵向预应力纵向预应力1.2.竖向预应力竖向预应力1.3.横向预应力横向预应力.2.有效预应力大小和不均匀度的影响有效预应力大小和不均匀度的影响.3.数学模型的建立与理论计算分析专题数学模型的建立与理论计算分析专题2021/2/282三三、预应力混凝土桥梁病害分析与施工现状、预应力混凝土桥梁病害分析与施工现状.1.病害分析病害分析1.1.梁体下挠梁体下挠1.2.梁体开裂梁体开裂1.3.梁体断裂梁体断裂1.4.病害实例病害实例.2.预应力施工现状及实例分析预应力施工现状及实例分析2.1.同束有效预应力不均匀度过大同束有效预应力不均匀度过大2.2.同断面有效预应力大小和不均匀度不满足要求同断面有效预应力大小和不均匀度不满足要求2.3.锚具的质量存在问题锚具的质量存在问题2.4.预应力张拉控制存在问题预应力张拉控制存在问题2.5.缺乏检测验收的评估手段缺乏检测验收的评估手段2021/2/283四、预应力精细化施工技术四、预应力精细化施工技术.1.锚具质量控制及实例分析锚具质量控制及实例分析.2.梳编穿束梳编穿束2.2.梳编穿束实例梳编穿束实例.3.预应力张拉施工预应力张拉施工2.1.疏编穿束工艺疏编穿束工艺3.1.张拉准备张拉准备3.2.张拉施工工艺张拉施工工艺3.3.断丝处理断丝处理3.4.停顿（持荷）时间停顿（持荷）时间3.5.张拉控制张拉控制3.6.张拉控制实例：过程控制、停顿控制、两端对称控制张拉控制实例：过程控制、停顿控制、两端对称控制2021/2/284.4.短束及其处理4.1.连续刚构桥竖向索预应力施工控制4.2.连续T梁、箱梁桥现浇连续段预应力施工控制4.3.环形束预应力施工控制.5.连续刚构合龙段施工控制及实例分析.6.有效预应力检测控制与智能化系统6.1.有效预应力检测6.2.智能化系统6.3.有效预应力检测控制实例五、预应力精细化施工是降低桥梁全寿命成本的保障2021/2/285一、预应力技术在桥梁中的应用 预应力技术近年来发展迅速，在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、预应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异。预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。我国已建成许多这类桥梁，如：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。预应力混凝土连续刚构桥比连续梁桥有更大的跨越能力，我国于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世界第一。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。2021/2/286二、预应力对桥梁的作用 预应力在桥梁结构中的使用，提高了桥梁构件的抗裂度和刚度，有效改善了构件的使用性能，增加结构的耐久性；节省钢材与混凝土用量，对大跨径桥梁，有显著优越性；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；可作为结构构件连接的手段，促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展。2021/2/2871.1纵向预应力 纵向预应力是预应力混凝土连续梁式桥的核心，纵向预应力的配束方案是根据受弯梁的弯矩包络图设计的，即根据不同应力状态下受弯梁的破坏形态设计，包括弯起索、连续索等。实际工程中腹板斜裂缝是预应力混凝土连续箱梁常见的裂缝形式，是结构裂缝，主要受腹板纵向预应力的大小控制。纵向预应力主要控制桥梁的预拱度，预拱度直接关系到成桥状态下的线形是否与设计线形相符，并且影响使用状态下桥梁结构的安全。根据预应力作用下桥梁挠度计算的基本理论，预应力混凝土结构受弯构件的挠度由偏心预加力引起的上挠度和外荷载（静、动载）所产生的下挠度两部分组成。即：式中 荷载短期效应组合并考虑长期效应下的总挠度；永存预加力所产生的上挠度；由荷载效应组合计算的弯矩值引起的挠度值；预加力反拱设置考虑长期效应增长系数；短期荷载效应组合考虑长期效应的挠度增长系数。1.纵向、横向、竖向预应力的作用 2021/2/288由上式可见，为保证桥梁线形与安全，纵向预应力所产生的上挠度应能抵消荷载引起的下挠度，当预加力的长期反拱值小于按荷载短期组合计算的长期挠度时应设置预拱度。合理确定预加力作用点的位置对预应力混凝土梁是很重要的。在弯矩最大的跨中截面处，应尽可能使预应力钢筋的重心降低，使其产生较大的预应力负弯矩来平衡外荷载引起的正弯矩。如令沿梁近似不变，则对于弯矩较小的其他截面，应相应地减小偏心距值，以免由于过大的预应力负弯矩而引起构件上缘的混凝土出现拉应力。只要作用点的位置，落在束界的区域内，就能够保证构件在最小外荷载和最不利荷载作用下，其上下缘混凝土均不会出现拉应力。纵向预应力还会引起横向变形。在施工过程中，纵向预应力张拉吨位较大，根据泊松比，产生的横向变形也较大。这样，不但提高了对横向预应力筋束张拉质量的要求，同时也提高了对纵向预应力筋束张拉质量的要求，以便保证二者的相互合理性及影响程度，防止因施工不当引起变形过大造成桥梁线形的不足及结构的破坏。所以对纵向预应力张拉质量进行检测控制，使其符合设计的要求，是保证整个桥梁结构安全最重要的手段。2021/2/2891.2 竖向预应力在桥梁结构中，竖向预应力和纵向预应力两者结合来控制腹板的剪应力和主拉应力。理论分析及实践经验表明，如果竖向预应力钢筋不能充分发挥作用，桥梁腹板的主拉应力就将超过规范规定的限值，有可能出现斜裂缝。如果施工质量控制不当，使箱梁腹板产生裂缝，对桥梁的刚度和耐久性将产生不利影响，最终影响桥梁的使用寿命。所以，在预应力混凝土箱梁结构中，为控制箱梁腹板的斜向裂缝，在腹板中配制竖向预应力筋。现行规范充分考虑了纵向预应力的弹性压缩损失的计算，但对竖向应力的弹性压缩损失没有作特别的说明，纵向预应力的弹性压缩损失是基于一维杆件轴向压缩计算得出的，而竖向预应力有其自身的特点：竖向预应力筋比较短，与纵向预应力筋相比达到相同的应力水平，其弹性变形要小得多；竖向预应力筋锚固端沿腹板轴向排列，而纵向预应力筋的锚固端则排列在箱梁的某个截面上，显然纵向预应力弹性压缩损失的计算方法不适于竖向预应力的计算。2021/2/2810目前我国在这方面的研究还不够深入，尽管对竖向预应力筋的有效预应力可能存在设计的问题，依据受力均匀及考虑摩阻等因素对有效预应力的影响，所以在施工中可对竖向预应力进行检测，如果允许的情况下可进行全部检测控制，发现其存在的规律，是解决竖向有效预应力建立的最直接、最有效的方法。竖向预应力筋常采用精轧螺纹钢筋，长度不大，因施工、徐变等诸多因素的影响而受到较大的损失，从而使竖向预应力筋达不到设计要求(这也是通车后有些桥腹板出现裂缝的主因)。根据现存预应力混凝土连续梁、连续刚构桥箱梁裂缝检查结果及文献记载，目前国内绝大部分箱梁在运营阶段都出现了不同形式的裂缝，其中距支座（或桥墩）L4 附近腹板斜裂缝数量较多，裂缝与主拉应力的方向基本垂直，通常腹板内侧的数量较多。此原因是腹板主拉应力过大，而在设计或施工时对竖向预应力损失估计不足有关2021/2/28111.3 横向预应力 横向预应力对箱梁结构的主要作用是加强桥梁的横向联系，增加桥面板的刚度，增大悬臂板的抗弯能力，使悬臂部分增长，另外也减少了荷载对桥面的局压作用。增大结构的横向整体性后可以增大腹板的间距,悬臂部分宽度,这样可以减少下部工程量，减少造价。还有就是防止桥面开裂,尤其是温度应力导致桥面板的裂缝。变高度预应力混凝土箱梁的底板在垂直平面处具有一定的曲率，因此，预应力钢束必须按照这种曲率布置。根据预应力等效荷载的原理，钢束的曲率引起向下的径向荷载，这种荷载势必会受到两腹板之间底板横向弯曲的抵抗。当没有布置横向预应力束或底板截面尺寸不足时，会导致底板产生纵向裂缝。2021/2/28122.有效预应力大小和不均匀度的影响 有效预应力的建立直接影响到桥梁的安全性、可靠性和长期使用寿命。特别是连续刚构桥，由于其跨径大、张拉吨位大、预应力体系和结构受力复杂等特点，不少工程因预应力失控而带来灾难性的后果。预应力混凝土桥梁中，预应力的效应是比较大的，如果施工不当导致梁体内未能建立合格的有效预应力，在荷载作用尤其是活载作用下，对挠度的影响将更大：有效预应力偏小，直接影响预拱度，有效预应力不均匀将导致预应力筋的早期疲劳，危及桥梁使用寿命。不少连续刚构桥，成桥荷载试验验收合格，但不久则严重下挠，甚至断裂，就是同束有效预应力不均度太大所致。2021/2/28133.数学模型的建立与理论计算分析专题桥梁（空心板）预应力施工工艺控制研究（桥梁预应力施工质量保证体系研究报告）课题，首先通过从30m足尺寸预应力空心板梁实验及有限元仿真分析两个方面对预应力空心板梁张拉有效预应力和各绞线受力均匀性以及预应力的施工顺序进行分析比较，通过对已施加预应力的梁进行锚下有效预应力和各绞线受力均匀性检测及对梁体变形进行综合评估，形成最优的预应力施工工艺，以保证梁体在施工中及服役中的最小变形和其性能优化，同时保证最均匀的预应力施加与综合控制从而达到延长服役年限的目的。2021/2/2814在课题的研究中，为了使试验符合实际情况，反映真实状态，我们采用足尺寸（30）空心板梁来做有关实验。这是因为比例模型处理的有关参数的选择及设定较复杂，试验中模型也不能完全真实反映实际情况，另外模型对预应力筋、锚夹具等的性能难以处理，对所施加的预应力在梁体中的情况（如摩阻影响、应力损失等）处理也很难，这些都会对试验结果带来很大影响。足尺寸空心板梁的制作工程量较大，试验工作量及试验数据量也相应的增大，但避免了采用比例缩小模型带来的一些工作及缺点，同时在整个施工过程中可完全按现行国家标准、规范、规程施工，也便于预应力的施加及检测等工作。空心板梁的制作,我们按四川省交通厅公路规划勘察设计研究院设计的国道主干线重庆湛江公路（重庆段）上桥至界石段装配式后张法预应力砼空心板桥的“30m装配式后张法预应力砼空心板梁”图纸进行施工，待施加预应力的空心板梁如图2.3.1。2021/2/2815图图2.3.1 待施加预应力的空心板梁待施加预应力的空心板梁2021/2/2816通过对当前施工顺序下的张拉有限元分析，得出各束预应力筋有效张拉荷载下的梁体的应力及变形，通过人工神经网络映射在各种有效张拉荷载下的梁体的变形，保证张拉施工中梁体的变形在设计的允许范围内，从而实现梁体的智能控制。本研究的主要内容有：1 通过对30m跨足尺寸的空心板梁的同步张拉试验，得出了空心板梁底板、侧板、顶板等跨中、1/4跨，1/8跨等处的应变数据。根据应变可以求得应力结果。在课题研究中，我们对预应力空心板梁预应力施工进行主动控制：留孔、预应力筋的编束、梳理、穿束等，从理论、有限元分析模拟及施工等几方面对梁的反拱度、线型度、扭转等变形及性能进行研究，深入研究现行双控法的局限性，并对施工中及施工后有效预应力进行控制与监控，进行工艺精细化分析。2 通过大型有限元软件Ansys实现对该箱型梁同步张拉过程的仿真分析，分析有限元软件仿真预应力张拉过程的可行性以及分析误差产生的原因。2021/2/28173 实现对不同张拉顺序的有限元仿真，并根据对不同张拉顺序的有限元分析结果，求得最佳的张拉顺序。4 通过对不同的锚下有效张拉力下的有限元仿真，得出超张拉、欠张拉以及不均匀张拉等情况下梁体的变化规律。并根据大量的有限元分析，求得梁的锚下有效预应力的偏差在多大程度上施工质量能保证达到设计要求。5 根据大量计算生成人工神经网络样本及人工神经元网络模型，得出对梁体在不同有效张拉力作用下各关键点处的变形规律。通过编制人工神经元网络控制箱型梁张拉施工的程序，实现对预应力张拉的施工控制。6 实现对T型梁的有限元仿真，将上述成果推广。通过对马啸溪大桥、雷神店大桥的有限元分析及神经网络映射施工控制，将成果应用于工程实践中。2021/2/2818研究中通过对空心板梁的材料试验和预应力施加过程中的应力、变形、有效预应力进行全过程的跟踪观测以保证试验梁体用材的可靠性，获得理论分析和计算的基本参数，最重要的是通过试验及试验数据来分析和验证理论分析和计算，使本课题的研究建立在理论分析、试验分析的基础上，以保证研究的正确性、可靠性。2021/2/2819三、预应力混凝土桥梁病害分析与施工现状1.病害分析病害分析2.1 梁体下挠梁体下挠3.全全预预应应力力构构件件，预预应应力力效效应应的的作作用用是是比比较较大大的的，其其提提供供的的消消压压弯弯矩矩能能有有效效保保证证构构件件的的预预应应力力度度。根根据据分分析析，150m的的全全预预应应力力连连续续箱箱梁梁，预预应应力力对对挠挠度度的的效效应应是是7cm。如如果果预预应应力力施施工工不不当当，梁梁体体内内不不能能建建立立有有效效的的预预应应力力，在在混混凝凝土土徐徐变变的的共共同同作作用用下下，梁梁体体必必将将发发生生严严重重的的下下挠挠。挠挠度度过过大大不不但但会会使使跨跨中中主主梁梁下下凹凹，破破坏坏桥桥面面的的铺铺装装层层，影影响响桥桥梁梁的的使使用用寿寿命命和和行行车舒适性，甚至危及高速行车时的安全。车舒适性，甚至危及高速行车时的安全。4.跨跨中中持持续续下下挠挠的的影影响响因因素素有有：预预应应力力的的损损失失、结结构构的的刚刚度度、超超重重、混混凝凝土土的的收收缩缩徐徐变变、温温度度的的影影响响，而而最最主主要要的的因因素素是是预预应应力力的的损损失失。造造成成预预应应力力损损失失的的原原因因有有：预预应应力力钢钢筋筋与与管管道道壁壁间间摩摩擦擦引引起起的的应应力力损损失失；锚锚具具变变形形、预预应应力力筋筋回回缩缩和和接接缝缝压压缩缩引引起起的的应应力力损损失失；弹弹性性压压缩缩引引起起的的应应力力损损失失；预预应应力力筋筋松松弛弛引引起起的的应应力力损损失失；混混凝凝土土收收缩缩和和徐徐变变引引起起的的应应力力损损失失；还还有有最最重重要要的的原原因因有有效效预预应应力力不不均均匀匀度度过过大大。有有效效预预应应力力不不均均匀匀度度过过大大，在在桥桥梁梁刚刚建建成成时时问问题题不不会会显显现现出出来来，但但经经过过一一段段时时间间有有效效预预应应力力大大的的预预应应力力筋筋出出现现早早期期疲疲劳劳，桥桥梁梁跨跨中中的的持续下挠也由此产生。持续下挠也由此产生。2021/2/28201.2 梁体开裂梁体开裂2.在在预预应应力力桥桥梁梁使使用用中中发发现现，有有相相当当数数量量的的箱箱梁梁在在顶顶板板、腹腹板板、底底板板、横横隔隔板板以以及及齿齿块块等等部部位位出出现现了了各各种种不不同同形形式式的的裂裂缝缝，其其中中箱箱梁梁腹腹板板裂裂缝缝最最为为普普遍遍和和严严重重。腹腹板板裂裂缝缝一一般般集集中中在在1/8跨跨至至3/4跨跨之之间间，其其中中距距支支座座L/4附附近近腹腹板板斜斜裂裂缝缝数数量量较较多多，裂裂缝缝开开展展宽宽度度一一般般在在0.150.5mm之之间间；通通常常腹腹板板内内侧侧的的裂裂缝缝数数量量较较多多，夏夏季季缝缝宽宽较较冬冬季季有有所所增增大大，较宽的裂缝贯透腹板，在结构上呈一定的对称性。较宽的裂缝贯透腹板，在结构上呈一定的对称性。3.经经分分析析，箱箱梁梁腹腹板板开开裂裂产产生生的的主主要要原原因因有有：设设计计计计算算方方法法的的影影响响、混混凝凝土土收收缩缩徐徐变变的的影响、温度的影响、施工因素的影响和混凝土应力限值的影响。影响、温度的影响、施工因素的影响和混凝土应力限值的影响。2021/2/28211.3 梁体断裂梁体断裂由由于于预预应应力力筋筋的的有有效效预预应应力力失失效效或或梁梁体体裂裂缝缝，特特别别是是纵纵向向预预应应力力损损失失过过大大引引起起下下挠挠和和底底板板横横向裂缝的进一步发展。当发展到一定程度，由量变转为质变，使梁体发生结构性破坏。向裂缝的进一步发展。当发展到一定程度，由量变转为质变，使梁体发生结构性破坏。2021/2/2822病害实例病害实例1）钟祥汉江大桥钟祥汉江大桥设计使用寿命50年，1993年竣工验收时工程质量等级优良，但仅运行10年便成为危桥。2001年检测，省交通部门就发现梁体有裂缝。2004年，大桥“病症”加剧，主桥箱梁腹板开裂，中间三跨跨中底板横向贯穿开裂，且仍在发展；两个次边跨下挠严重；混凝土劣化严重；箱梁接段质量较差，箱梁顶板开裂渗水；抽查的底板纵向预应力管道未见压浆；预应力钢束有断丝、滑丝现象，部分钢筋锈蚀严重。大桥荷载等级远低于原设计标准，不能满足使用要求，被定性为“危桥”。最终与2005年封闭。2021/2/2823图图3.1.1 拆除中的钟祥汉江大桥拆除中的钟祥汉江大桥 2021/2/28242）三门峡黄河公路大桥三门峡黄河公路大桥主桥为一座6跨预应力混凝土连续刚构桥，长1310.09米，跨径布置为105m+4160m+105m，于1993年建成通车。2002年6月对该桥的检查发现，跨中区域下挠最大达到22cm，另外箱梁腹板出现大量斜裂缝，且裂缝长度数量不断增加，结构承载力有下降趋势。为确保桥梁正常安全地使用，2003年7月对其主桥上部进行加固。主要加固项目：增设体外纵向预应力钢束提高承载力；处理裂缝，用压浆、封闭法及粘贴钢板修补裂缝。处理蜂窝、麻面和空洞；处理掉块、漏筋部位。总投资达2408万元，2005年底进行了竣工验收。为防止大桥出现二次病害，确保大桥安全，自本次工程竣工之日起，在桥两端设立超载、超限监控室，对过桥车辆进行限速、限距、限载控制，禁止55吨以上车辆过桥。2021/2/2825图图3.1.2 三门峡黄河公路大桥三门峡黄河公路大桥2021/2/28263）广东南海金沙大桥主桥结构形式为三跨预应力混凝土变截面连续刚构，跨度为66m+120m+66m。断面形式为单室箱梁，跨中梁高2.5 m，墩顶梁高6.0 m，于1994年建成通车。该桥在1999年10月发现主跨跨中出现明显下挠，截止2000年底，跨中挠度已达22 cm左右。2001年4月检测单位对该桥进行全面检查和静动载试验，检测结果如下：主桥的中跨跨中严重下挠已达23.8 cm；箱梁两侧腹板出现大量的斜剪裂缝，最大裂缝达到1 mm；静载试验检测的应力及挠度的效验系数大于1.05，桥梁总体承载能力下降；静载试验时腹板斜裂缝宽度均有加宽，最大增量达0.5 mm；动载试验结果显示主桥整体刚度降低，结构品质下降。从该桥的试验检测资料来看，该桥跨中下挠大，梁斜剪裂缝多，其抗弯和抗剪承载能力都存在不足2021/2/2827图图3.1.3 黄石长江大桥黄石长江大桥4）黄石大桥黄石大桥为一座5跨预应力混凝土连续刚构桥，跨径布置为 162.5m+3245m+162.5m，于1995年建成。2021/2/2828图图3.1.4 黄石长江大桥立面布置黄石长江大桥立面布置 该桥通车运营3年后，跨中仍然持续下挠。该桥运营7年后，各跨跨中均有明显下挠，与成桥时相比，大桥北岸次边跨2号墩和3号墩之间主梁跨中下挠累计已达30.5cm，中跨3号墩和4号墩之间主梁跨中下挠已达21.2cm，南岸次边跨4号墩和5号墩之间主梁跨中下挠累计已达22.6cm。2021/2/28295）虎门大桥辅航道桥虎门大桥辅航道桥为一座3跨预应力混凝土连续刚构桥，跨径布置为150m+270m+150m，于1997年建成通车，是当时世界上最大跨径的预应力混凝土连续刚构桥。连续7年的观测表明，承台竖直变位和墩顶角位移很小，但主跨跨中下挠挠度逐年增长，而且尚未停止。2003年11月测量数据表明，与成桥时相比，左幅桥跨中累计下挠达22.2cm，右幅桥跨中累计下挠达20.7cm。2021/2/2830 虎门大桥辅航道桥跨中挠度发展虎门大桥辅航道桥跨中挠度发展2021/2/28316 6）潭州大桥）潭州大桥2021/2/28327）广州洛溪大桥洛溪大桥主桥箱梁的顶板、腹板、底板局部地区出现不同程度的裂缝和破损，腹板裂痕77条，横隔板裂痕99条，最长的一条裂缝位于主桥1号箱梁右侧腹板上，宽0.56mm，长2.15m。这些绝不允许出现的裂缝，说明大桥结构方面已存在安全隐患。同时，桥梁局部区域砼保护层不足，满足不了现行砼规的规定。南北引桥梁体砼已有部分裂缝超标，支座出现剪切变形或倾斜及老化，需立即整修、更换，部分桥墩盖梁局部钢筋外露、锈蚀，盖梁出现较多裂缝，部分超标。2021/2/2833图图3.1.6 裂缝和破损裂缝和破损 2021/2/28348）江津长江公路大桥江津长江公路大桥建成于1997年，主桥为（140+240+140）m预应力混凝土连续刚构桥，主桥箱梁运营9年后，出现主跨跨中下挠，箱梁顶、底、腹板开裂等病害。2007年，对该桥采取箱梁顶、底板粘贴纤维布和钢板、箱梁腹板布置体外预应力索的方式对裂缝和梁体下挠进行加固处理。2021/2/2835图图3.1.7 江津长江公路大桥江津长江公路大桥2021/2/28369）高家花园大桥重庆高家花园嘉陵江大桥，桥型为预应力混凝土连续刚构桥。主跨240米，主桥跨径组合：140m+240m+140m。桥宽31.5m。主梁为两幅单室箱型梁，采用三向预应力钢筋混凝土结构。1996年1月开工，1998年12月竣工。由于箱梁腹板、顶板等部位开裂、跨中下挠严重等原因，今年进行主桥箱梁加固，9月3日，箱梁内加固施工起火，对重庆内环高速公路的交通造成严重影响。2021/2/2837图图3.1.8 高家花园大桥高家花园大桥2021/2/283810）2009年7月15日，津晋高速公路港塘收费站800米外匝道连续箱梁桥垮塌，5辆载货车坠落，造成6人死亡，4人受伤。2021/2/283911）锡澄高速公路江阴互通式立交主线桥锡澄高速公路是同江至三亚、北京至上海国道主干线的一段，北起江阴长江大桥，南接沪宁高速公路。江阴高架桥是锡澄高速公路连接江阴长江大桥的主要桥梁，全长3.97km。自2003年2月起，发现江阴高架桥箱梁底板产生不同程度的裂缝，经分析，该裂缝是由于预应力不足导致梁底开裂，结构承载能力下降，从而使梁体不满足结构正常使用要求。2006年，对江阴高架桥上的六座桥梁采用在梁底板粘贴碳纤维布和钢板、梁内布置体外预应力索的方式对进行加固处理。2021/2/2840图图3.1.10 锡澄高速公路江阴互通式立交主线桥锡澄高速公路江阴互通式立交主线桥2021/2/284112）重庆某高速路空心板底部大量裂缝2021/2/284213）科罗巴岛(KororBabeldaob)桥科罗巴岛(KororBabeldaob)桥是一座跨中带铰的3跨连续预应力混凝土刚架桥，其跨径组合为72m+241m+72m，是当时世界上同类桥梁中跨径最大者。1978年建成通车，通车后不久就产生了较大的挠度，到1990年，其挠度达到1.2m。后来采用体外束施加预应力，是主跨中央挠度减小。1996年加固结束，加固不到3个月又发生倒塌事故。2021/2/2843图图3.1.12 科罗科罗巴岛巴岛(KororBabeldaob)桥桥 2021/2/284414）美国明尼苏达州明尼阿波利斯市的一座桥梁于当地时间2007年8月1日晚发生坍塌。2021/2/284515）2007年9月1日，巴基斯坦南部城市卡拉奇一座桥梁部分断塌，致使在桥上行驶的一辆客车和数辆其他汽车从桥上翻落，并被埋在废墟里，造成至少5人死亡、多人受伤。2021/2/284616）2000年11月27日晚9时45分左右，正在施工的深圳盐坝高速公路起点高架引桥突然坍塌，正在桥面作业的69名工人随桥面滚落坠下。2021/2/284717）美国加州Parrots Ferry Bridge（主跨195m）跨中明显下挠2021/2/2848由以上实例可见：预应力混凝土桥梁的病害主要是梁体下挠和开裂。而这种病害在刚成桥的检测和试验中无法体现，特别是梁体的下挠，在成桥荷载试验时，桥梁的承载力能够达到要求，但运营阶段，在荷载特别是活载作用下，跨中将持续下挠。这是由于有效预应力不均匀度过大造成的预应力损失过大，相当于有效预应力大的钢筋承受了本应该所有预应力筋承受的力，这样有效预应力大的钢筋在使用阶段逐渐屈服，梁体也随之下挠。而随着梁体下挠和开裂的不断发展，桥梁承载力将严重下降，甚至有断裂的危险。2021/2/28492.预应力施工现状现今施工技术的不成熟是造成了桥梁病害的主要原因，以下就是目前施工工艺存在的问题。2.1 同束有效预应力不均匀度过大同束有效预应力不均匀度过大由由于于单单索索受受力力不不均均匀匀性性过过大大，预预应应力力筋筋张张拉拉过过程程中中常常有有断断丝丝或或滑滑丝丝现现象象存存在在，这这主主要要因因为为单单根根穿穿束束造造成成绞绞线线相相互互缠缠绕绕，已已缠缠绕绕的的绞绞线线始始终终是是长长短短不不一一致致的的，不不能能达达到到受受力力均均匀匀，即即使使多多次次调调索索也也无无济济于于事事，由由此此严严重重影影响响预预应应力力的的有有效效性性和和预预应应力力筋筋的的使使用用寿寿命命，还还有有可可能能导导致致严严重重的的工工程程事事故故发发生生。张张拉拉后后即即使使绞绞线线没没有有进进入入屈屈服服阶阶段段，但但其其锚锚下下预预应应力力经经过过长长期期的的衰衰减减后后，在在使使用用阶阶段段仍仍然然可可能能大大于于其其疲疲劳劳极极限限0.65，在在汽汽车车等等活活载载作作用用下下将将造造成成绞绞线线的的早早期期疲疲劳劳断断裂裂。（如如图图3.2.1）：施施工工工工艺艺不不当当导导致致单单索索索索力力不不均均，引引起断丝、滑丝。起断丝、滑丝。2021/2/2850图图3.2.1（滑丝、飞锚）（滑丝、飞锚）2021/2/28512.2 同断面有效预应力大小和不均匀度不满足要求施工过程中由于种种原因，导致张拉控制应力与设计值偏差过大，预应力过大，可能导致预应力筋的破断，造成结构过大变形或出现裂纹；过小，则预应力度不足，造成结构开裂、下挠等。预应力张拉控制一般采用“双控法”压力表读数和伸长值，预应力的大小主要由普通压力表控制，严格按照规范的施工工艺进行预应力施工，“双控法”是可以满足锚下有效预应力控制精度要求的。但“双控法”存在人工读数的影响、压力表标定条件与现场施工条件之间的差异等将导致误差。普通压力表精度较低，对于大吨位预应力束难于准确控制张拉应力；其次，所用机具的标定混乱：千斤顶、压力表和油泵应当是一个完整的张拉施力系统，必须结合施工现场整体标定，实际上却是分割标定只标定千斤顶与压力表，有的还是动态标定，其误差大又违背使用条件，往往导致张拉停顿持荷中张拉力偏大。2021/2/2852张拉完毕后锚固前持荷时间过短，不能保证预应力的充分传递，尤其是对于较长的预应力筋，张拉完毕后未及时压浆可能导致预应力筋在压浆前锈蚀。另外，采用悬臂法浇筑的连续刚构桥，预应力管道跨越几个节段，预应力钢束与管道的实际摩擦系数以及管道偏差系数k通常比规范规定的要大。梁中同断面束力不均，导致梁体有害变形。如图3.2.2，穿束工艺不当和管道漏浆，导致绞线无法穿全，整束束力变小。2021/2/28532021/2/28542021/2/28552.3 锚具的质量存在问题 根据国家标准预应力筋锚具、夹具和连接器（GB/T 14370）的要求，预应力筋锚具、夹具和连接器应具有可靠的锚固性能、足够的承载能力和良好的适用性，能确保充分发挥预应力筋的强度，安全地实现预应力张拉作业，同时还应进行静载锚固性能试验，用于有抗震要求结构中的锚具、预应力筋锚具组装件还应满足循环次数为50次的周期荷载试验。但在进行周期荷载性能试验时，现行的人工加载试验设备存在以下缺点：1）加载速度不容易控制：GB/T 14370标准中要求的加载速度为100 MPa/min，手动控制试验设备不易实现。2）无法实施周期荷载试验：周期荷载试验要求在预应力钢材抗拉强度标准值的40到80之间循环荷载50次，手动进行这样的控制几乎是不可能的。3）静载试验的加载重复精度低：由于是人工手动控制，同组试验结果可能会有较大差异。2021/2/28562.4 预应力张拉控制存在问题 现行公路桥涵施工技术规范（JTJ 041）中明确要求：预应力筋的张拉顺序应符合设计要求，当设计未规定时，可采取分批、分阶段对称张拉。由于缺乏有效监控手段，对预应力筋张拉的同步性和对称性至今没有明确的质量标准；而后张拉预应力束对梁体施加的压力给先张拉预应力束造成的损失，梁体非对称受力必将引起梁体的平弯和扭曲，特别是采用弯桥、坡桥、斜桥型式的城市立交桥由于受到曲率的影响，非对称受力过大必将导致梁体产生过大不利变形。由于受到监测手段的限制，桥梁工程预应力束同步张拉一般采用步话机人工控制，其同步精度根本无法保证，施工现场对该问题也没有足够的认识和重视，基本上处于感官控制的阶段。张拉中停顿时间不充分，使得预应力筋回缩、锚具变形等原因引起的预应力损失十分大，严重影响有效预应力的建立。2021/2/28572.5 缺乏检测验收的评估手段缺乏检测验收的评估手段现行规范对预应力工程施工中有效预应力控制与检测，都有十分明确的要求，但仅仅采用双控法根本无法达到规范的要求。由于缺乏完整的检测手段。使用传感器进行检测的方法只能被动检测，不能主动控制，同时精度不高，加之价格因素，无法完全实现。造成混凝土结构中建立的预应力状况与设计相差较大，使得梁体存在问题而导致其下挠和出现裂缝，甚至断裂等后果。2021/2/2858四、预应力精细化施工 1.锚具质量控制 预应力精细化施工技术，首先要保证锚具质量，进行必要的试验验收。以下列出试验过程中应测量、观察的项目和对试验结果的要求。选取有代表性的若干根预应力钢材，按施加荷载的前4级，逐级测量其与锚具（夹具、连接器）之间的相对位移a。a应与预应力筋的受力增量成正比；如不成比例，应检查预应力钢材是否失锚滑动，否则会出现滑丝事故；选取锚具（夹具、连接器）若干有代表性的零件，按施加荷载的前4级，逐级测量其间的相对位移b。b应与预应力筋的受力增量成比例变化；如不成比例，应检查相关零件（锚环、锚板等）是否发生了塑性变形，否则会出现飞锚事故；2021/2/2859在预应力筋应力达到0.8时，在持荷1h期间，a、b应保持稳定。如继续增加、不能稳定，表明已失去可靠锚固能力。夹片式锚具的夹片在预应力筋应力达到0.8时不允许出现裂纹和破断；在满足规定的情况下允许出现裂纹和纵向断裂，不允许横向、斜向断裂及碎断。但对于无粘结筋不允许出现任何裂纹。锚具组装件的外观及性能除应符合国家标准预应力筋用锚具、夹具和连接器（GB/T14370）的要求外，对无粘结筋、体外索、斜拉索等预应力锚固系统，其锚具要求十分严格。由于终身受力，而且处于低应力状态，锚具既要有良好的跟进，又要有防滑防松装置，同时务必作具有重复精度的周期荷载试验，完毕后无任何裂纹产生。2021/2/2860由于现行的人工加载试验设备无法达到周期荷载试验的要求，可采用预应力锚具和连接器综合试验台（图4.6.1）。预应力锚具和连接器综合试验台克服了一般的试验台架手工加载、人为因素影响大、质量难以控制的缺点。整个试验过程完全由计算机控制，可实现全过程的有效监控，具有高精度、重复精度和操作安全、可靠的特点，能准确、科学地对锚具性能进行检测和评价。计算机设有人机对话界面，只要输入试验要求的参数，开动泵站，即可进入计算机自动控制，屏幕上清晰显示试验过程中的图像与数据（图4.6.2、图4.6.3），实现实时跟踪控制。一旦进入屈服区或图像异常，立即报警，提醒操作人员注意避免事故发生。加载时自动生成周期图像，具有峰值留存功能。对连接器试验，可自动定心和调索。所有试验均能自动打印实验结果（含图像与数据），并出具相应的试验报告。试验过程中采集的数据自动保存，并可任意设定步长、打印数据清单。此外，对连接器试验，可长短台架并用，使连接的锚具端先获得定心和调索，然后再装挤压套的绞线，进行另一端调索，这样调索精度高，取消了另一个大千斤顶，试验可靠、精度高。2021/2/2861图图4.6.1 预应力锚具与连接器综合试验台预应力锚具与连接器综合试验台2021/2/2862图图4.6.2 静载试验曲线静载试验曲线 2021/2/2863图图4.6.3静载试验中绞线、夹片相对锚具的位移变化曲线静载试验中绞线、夹片相对锚具的位移变化曲线2021/2/2864图4.6.4 周期荷载试验曲线2021/2/2865图4.6.5 摩阻测试2021/2/2866图4.6.6 摩阻测试 1 钢绞线钢绞线 2 工作锚工作锚 3 千斤顶一千斤顶一 4 台座台座 5(单根钢绞线单根钢绞线)磁通量传感器磁通量传感器 6 约束环约束环 7 被动端传感器被动端传感器 8 混凝土试件混凝土试件 9 锚垫板锚垫板 10 工作夹片工作夹片 12 限位板限位板 13 张拉端传感器张拉端传感器 14 千斤顶二千斤顶二 15 工具锚工具锚2021/2/28672.梳编穿束 2.1 疏编穿束工艺 为了避免单根穿束引起的绞线相互缠绕，导致张拉时绞线受力严重不均。我们强调采用整束穿束系统进行穿束，此工艺已在不少工程中得到应用，对多索、长索效果更加明显，方法如下：1）对于预制梁等预应力筋束长度较短的构件，用锚具疏顺钢绞线，每隔1米绑扎一次，以使绞线顺直、等长，绑扎成束顺直不扭转，以提高其刚度便于穿束，禁止在钢绞线不顺直的情况下绑扎成束。穿束时，应整束穿入，注意前端封头，以便于导向穿束，穿束时只做平动，切不可转动或扭动。若遇阻力，可前后拖动（平动），或用牵引。2021/2/28682）对于预应力筋长度较长、整束索数较多的现浇预应力构件，一般的整束穿束方法操作困难，甚至可能无法完成。此时可采取以下方法（图4.1）：钢绞线下料完毕后在其一端套入锚板作为梳束工具（也可用限位板），用砂轮锯将该端钢绞线各索端头切割2030cm，但保留中心一根钢丝，将中心丝穿入具有与锚具相似位置孔的牵引螺塞后镦头（图4.1.1），镦头直径大于牵引螺塞孔的直径，以满足整束穿束时拖动绞线平动的要求。牵引塞上各孔距略大于钢绞线直径，镦头后的整束钢绞线（图4.1.2）通过牵引螺塞和螺旋套连接（图4.1.3），牵引螺塞外径和螺旋套内径相同，均带有丝口，拧紧即可，螺旋套另一端由卷扬机上的钢丝绳牵引。绞线穿束前钢绞线端头（包括切割部分）须用胶带缠绕保护（注意牵引头缠胶带以前，应先用卷扬机牵引，使各绞线在镦头处长短一致），防止穿束过程中钢绞线端头散索。将牵引螺塞与螺旋套连接，螺旋套另一端由卷扬机上的钢丝绳牵引，穿束时由卷扬机缓慢牵引整束绞线平动完成整束穿束。若受场地限制可利用转向滑轮，也可增加卷扬机，钢绞线牵引时应采用锚板边梳理边绑扎，绑扎间距宜为1.0m。在穿束过程中，注意只克服预应力筋束与波纹管的摩阻，便于对系统的保护。2021/2/2869图图4.1 疏编穿束示意图疏编穿束示意图 1.梳束板（或锚具）2.钢绞线 3.牵引螺塞 7.绑扎胶带 13.扎丝2021/2/2870图图4.1.1 整束穿束的牵引套整束穿束的牵引套2021/2/2871图图4.1.2 钢绞线的墩头钢绞线的墩头 2021/2/2872图图4.1.3 镦头后整束钢绞线及牵引头镦头后整束钢绞线及牵引头2021/2/2873图图4.1.4 牵引头和牵引套连接后牵引头和牵引套连接后2021/2/28743）对于分节段施工的连续梁桥和连续刚构桥，宜采用梳束板梳束。梳束板上各孔的大小略大于钢绞线直径，但也不易