横张预应力混凝土及其研究近况

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本文第一作者自80年代初开始从事预应力混凝土结构的研究，在近20年中，先后参与和主持完成了3个国家级、5个省部级及十余个横向课题中有关预应力混凝土结构的研究，完成了100金根先张法、后张有粘结及无粘结预应力混凝土梁的静力和疲劳破坏试验，对各型预应力混凝土梁的工艺及性能进行了系统深入的研究，发现国内外常用的预应力混凝土技术中，每一种技术虽在某一（些）方面具有其优势，但在另一（些）方面亦存在明显的不足。于是，自90年代初即致力于寻求一种全面兼顾良好的使用性能、用料的经济性和施工的简易性的预应力混凝土技术。于1993年将预弯复合梁原理应用于钢筋混凝土梁中，率先提出并研制成功了“预弯预应力钢筋混凝土梁”，先后成功地应用于德阳雄湖大桥等三座桥梁中，获得1996年交通部科技进步三等奖和重庆市科技进步二等奖。1995年重庆市科委向国家科委推荐“预弯预应力钢筋混凝土梁性能试验研究”项目，经审批后列入国家科委下达的“1995年国家级地方重点攻关计划”，计划项目编号为：95一5A-03。在进一步的研究中，针对预弯预应力钢筋混凝土梁需预加载和存在裂缝的缺陷，于1994年提出将预弯预应力钢筋混凝土梁通过预加载条件下二次浇注混凝土来建立预应力转变为以梁底为反力承压面，沿垂直干力筋的竖向张拉钢未来建立预应力，从而形成了“横张预应力混凝土梁”的构思，并就此征求了科研、设计和施工方面众多专家的意见，确认“横张预应力混凝土梁”能在保持良好力学性能的条件下既节省了钢材，又简化了工艺，具有明显的技术经济优势。特此报请项目主管部门批准，签定了科技计划项目修改合同，将原计划研究内容更改为“横张预应力混凝土梁工艺及性能试验研究”，由重庆交通学院和重庆高级公路建设指挥部等四家单位联合完成；之后，在交通部、重庆市科委和市交通局的大力支持下，先后开展了“报张预应力混凝土设计原理及成套技术研究”、“演张预应力混凝土在桥梁工程中的应用研究”、“演张预应力混凝土梁疲劳试验研究”、“红槽房大桥长期性能监测”和“演张预应力混凝土连续梁桥的理论与应用研究”。目前，正着手进行交通部下达的《横张预应力混凝土桥梁设计规程》编制工作。
    二、撞张预应力混凝土的基本概念
    1、演张预应力混凝土的构思
    作者于1992年将预弯复合梁原理应用于钢筋混凝土梁中，提出并研制成功预弯预应力钢筋混凝土梁，在进一步研究和实践中，针对其存在的问题，于1994年提出“演张预应力混凝土梁”的构想；将预弯预应力钢筋混凝土梁通过预加载条件下二次浇注混凝土来建立预应力转变为以梁底为反力承压面，沿垂直于力筋的竖向张拉预应力钢柬来建立预应力。将先张法的粘结力自锚--省去专用锚具，后张法的以梁体自身为张拉预应力钢来的反力承压体一一无需专用预制场、张拉台座和吊运设备，体外预应力的在混凝土梁体夕张拉预应力钢束--避免了管道摩阻引起的预应力损失，旧梁加固中曾采用的竖向紧固力筋法--用较小的竖向拉力在力筋纵向获得较大的拉力等已有常用预应力混凝土技术的优点有机地融于一体。
    2、制作工艺及预应力原理
    横张预应力混凝土梁（以箱型梁为例）的制作工艺及预应力原理如下：
    （1）制作混凝土梁体，在箱型梁腹板内设预留明槽，在明精内的设定高度处直线布置预应力钢束（图11的虚线所示），其两端伸入先浇梁体混凝土作为粘结锚固区段；
    （2）安装张拉设备，以梁底为反力承压面沿竖向张拉预应力钢束至设计位置，梁体混凝土即在钢束伸长受拉的同时获得相应的预应力；
    （3）插入钢插销以锁定预应力钢束的位置，卸除千斤顶等张拉设备后灌注预留明槽的混凝土。
    3、与现有预应力混凝土技术的比较
    国内外上建工程中常用的预应力混凝土技术有：
    （1）先张法预应力混凝土：工艺相对简单，无需专用锚具，但需专门的预制场地、张拉合座和吊运就位设备，故一般仅适用于中小型构件；
    （2）常规后张预应力混凝土：无需专门的预制场地、张拉台座和吊运就位设备，力筋布置和张拉较灵活，在桥梁工程中广泛采用，但工艺复杂，技术要求高，预应力损失大，管道压浆质量难以保证；
    （3）无粘结预应力及体外来预应力混凝土：较常规后张预应力混凝土省去了成孔、穿束，压浆等工序，施工相对简单，但结构的力学性能有明显降低；
    （4）旧梁加固曾用的竖向紧固钢筋法：能以较小的竖向拉力使钢筋获得较大的纵向拉力，加固效果好，但施工复杂，技术要求高，以致很少采用；
    （5）预弯预应力复合梁：建筑高度小，自重轻、跨越能力较大，但其用钢量巨大，工艺复杂，所需预加载设备庞大且周转率低，目前仅在部分国家有少量应用。
    鉴于桥梁工程通常为大型结构的特点，目前国内外桥梁建设中均主要采用后张法预应力混凝土，演张预应力混凝土技术属后张法系列，与常规后张预应力混凝土相比具有：
    （1）改传统的预留孔道为预留明槽：可节省成孔、定位材料及其工序；避免了由管道摩阻引起的预应力损失；避免了管道压浆质量不定性及其危害；
    （2）改专用锚具锚固为粘结力自锚：节省了专用锚具、部分局部加强钢筋，预应力来无需伸出的张拉操作长度而节省了部分预应力钢筋；
    （3）改纵向张拉为横向张拉：演张力仅需纵张力的1/5~1/7即可达到同等预应力效果，能将必须多次重复进行的纵向张拉简化为一次性横向张拉；避免了由分批张拉产生弹性压缩引起的预应力损失；避免了梁端张拉所需的操作空间，相邻跨梁的建造互不干扰。