【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1日，巴基斯坦南部城市卡拉奇一座橋梁部分?jǐn)嗨率乖跇蛏闲旭偟囊惠v客車和數(shù)輛其他汽車從橋上翻落，并被埋在廢墟里，造成至少5人死亡、多人受傷。,圖3.1.15 巴基斯坦某橋梁,36,16）2000年11月27日晚9時(shí)45分左右，正在施工的深圳鹽壩高速公路起點(diǎn)高架引橋突然坍塌，正在橋面作業(yè)的69名工人隨橋面滾落墜下。,圖3.1.16 深圳某高架橋,37,17）美國加州Parrots Ferry Bridge（主跨195m）跨中明顯下?lián)?圖3.1.17 Parrots Ferry Bridge跨中下?lián)?38,由以上實(shí)例可見：預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的病害主要是梁體下?lián)虾烷_裂。而這種病害在剛成橋的檢測(cè)和試驗(yàn)中無法體現(xiàn)，特別是梁體的下?lián)?，在成橋荷載試驗(yàn)時(shí)，橋梁的承載力能夠達(dá)到要求，但運(yùn)營(yíng)階段，在荷載特別是活載作用下，跨中將持續(xù)下?lián)?。這是由于有效預(yù)應(yīng)力不均勻度過大造成的預(yù)應(yīng)力損失過大，相當(dāng)于有效預(yù)應(yīng)力大的鋼筋承受了本應(yīng)該所有預(yù)應(yīng)力筋承受的力，這樣有效預(yù)應(yīng)力大的鋼筋在使用階段逐漸屈服，梁體也隨之下?lián)?。而隨著梁體下?lián)虾烷_裂的不斷發(fā)展，橋梁承載力將嚴(yán)重下降，甚至有斷裂的危險(xiǎn)。,39,3.2 預(yù)應(yīng)力施工現(xiàn)狀 現(xiàn)今施工技術(shù)的不成熟是造成了橋梁病害的主要原因，以下就是目前施工工藝存在的問題。 3.2.1 同束有效預(yù)應(yīng)力不均勻度過大 由于單索受力不均勻性過大，預(yù)應(yīng)力筋張拉過程中常有斷絲或滑絲現(xiàn)象存在，這主要因?yàn)閱胃┦斐山g線相互纏繞，已纏繞的絞線始終是長(zhǎng)短不一致的，不能達(dá)到受力均勻，即使多次調(diào)索也無濟(jì)于事，由此嚴(yán)重影響預(yù)應(yīng)力的有效性和預(yù)應(yīng)力筋的使用壽命，還有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的工程事故發(fā)生。張拉后即使絞線沒有進(jìn)入屈服階段，但其錨下預(yù)應(yīng)力經(jīng)過長(zhǎng)期的衰減后，在使用階段仍然可能大于其疲勞極限0.65，在汽車等活載作用下將造成絞線的早期疲勞斷裂。（如圖3.2.1）：施工工藝不當(dāng)導(dǎo)致單索索力不均，引起斷絲、滑絲。,40,圖3.2.1（滑絲、飛錨）,41,3.2.2 同斷面有效預(yù)應(yīng)力大小和不均勻度不滿足要求 施工過程中由于種種原因，導(dǎo)致張拉控制應(yīng)力與設(shè)計(jì)值偏差過大，預(yù)應(yīng)力過大，可能導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋的破斷，造成結(jié)構(gòu)過大變形或出現(xiàn)裂紋；過小，則預(yù)應(yīng)力度不足，造成結(jié)構(gòu)開裂、下?lián)系取?預(yù)應(yīng)力張拉控制一般采用“雙控法”—壓力表讀數(shù)和伸長(zhǎng)值，預(yù)應(yīng)力的大小主要由普通壓力表控制，嚴(yán)格按照規(guī)范的施工工藝進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工，“雙控法”是可以滿足錨下有效預(yù)應(yīng)力控制精度要求的。但“雙控法”存在人工讀數(shù)的影響、壓力表標(biāo)定條件與現(xiàn)場(chǎng)施工條件之間的差異等將導(dǎo)致誤差。普通壓力表精度較低，對(duì)于大噸位預(yù)應(yīng)力束難于準(zhǔn)確控制張拉應(yīng)力；其次，所用機(jī)具的標(biāo)定混亂：千斤頂、壓力表和油泵應(yīng)當(dāng)是一個(gè)完整的張拉施力系統(tǒng)，必須結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)整體標(biāo)定，實(shí)際上卻是分割標(biāo)定——只標(biāo)定千斤頂與壓力表，有的還是動(dòng)態(tài)標(biāo)定，其誤差大又違背使用條件，往往導(dǎo)致張拉停頓持荷中張拉力偏大。,42,張拉完畢后錨固前持荷時(shí)間過短，不能保證預(yù)應(yīng)力的充分傳遞，尤其是對(duì)于較長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力筋，張拉完畢后未及時(shí)壓漿可能導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋在壓漿前銹蝕。 另外，采用懸臂法澆筑的連續(xù)剛構(gòu)橋，預(yù)應(yīng)力管道跨越幾個(gè)節(jié)段，預(yù)應(yīng)力鋼束與管道的實(shí)際摩擦系數(shù)μ以及管道偏差系數(shù)k通常比規(guī)范規(guī)定的要大。 梁中同斷面束力不均，導(dǎo)致梁體有害變形。如下圖3.2.2，穿束工藝不當(dāng)和管道漏漿，導(dǎo)致絞線無法穿全，整束束力變小。,43,3.2.3 錨具質(zhì)量存在問題 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力筋錨具、夾具和連接器》（GB/T 14370）的要求，預(yù)應(yīng)力筋錨具、夾具和連接器應(yīng)具有可靠的錨固性能、足夠的承載能力和良好的適用性，能確保充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力筋的強(qiáng)度，安全地實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)，同時(shí)還應(yīng)進(jìn)行靜載錨固性能試驗(yàn)，用于有抗震要求結(jié)構(gòu)中的錨具、預(yù)應(yīng)力筋—錨具組裝件還應(yīng)滿足循環(huán)次數(shù)為50次的周期荷載試驗(yàn)。 但在進(jìn)行周期荷載性能試驗(yàn)時(shí)，現(xiàn)行的人工加載試驗(yàn)設(shè)備存在以下缺點(diǎn)： 1） 加載速度不容易控制：GB/T 14370標(biāo)準(zhǔn)中要求的加載速度為100 MPa/min，手動(dòng)控制試驗(yàn)設(shè)備不易實(shí)現(xiàn)。 2）無法實(shí)施周期荷載試驗(yàn)：周期荷載試驗(yàn)要求在預(yù)應(yīng)力鋼材抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的40％到80％之間循環(huán)荷載50次，手動(dòng)進(jìn)行這樣的控制幾乎是不可能的。 3）靜載試驗(yàn)的加載重復(fù)精度低：由于是人工手動(dòng)控制，同組試驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)有較大差異。,44,3.2.4 預(yù)應(yīng)力張拉控制存在問題 現(xiàn)行《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041）中明確要求：預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)未規(guī)定時(shí)，可采取分批、分階段對(duì)稱張拉。由于缺乏有效監(jiān)控手段，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋張拉的同步性和對(duì)稱性至今沒有明確的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；而后張拉預(yù)應(yīng)力束對(duì)梁體施加的壓力給先張拉預(yù)應(yīng)力束造成的損失，梁體非對(duì)稱受力必將引起梁體的平彎和扭曲，特別是采用彎橋、坡橋、斜橋型式的城市立交橋由于受到曲率的影響，非對(duì)稱受力過大必將導(dǎo)致梁體產(chǎn)生過大不利變形。 由于受到監(jiān)測(cè)手段的限制，橋梁工程預(yù)應(yīng)力束同步張拉一般采用步話機(jī)人工控制，其同步精度根本無法保證，施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該問題也沒有足夠的認(rèn)識(shí)和重視，基本上處于感官控制的階段。 張拉中停頓時(shí)間不充分，使得預(yù)應(yīng)力筋回縮、錨具變形等原因引起的預(yù)應(yīng)力損失十分大，嚴(yán)重影響有效預(yù)應(yīng)力的建立。,45,3.2.5 缺乏檢測(cè)驗(yàn)收評(píng)估手段 現(xiàn)行規(guī)范對(duì)預(yù)應(yīng)力工程施工中有效預(yù)應(yīng)力控制與檢測(cè)，都有十分明確的要求，但僅僅采用雙控法根本無法達(dá)到規(guī)范的要求。由于缺乏完整的檢測(cè)手段。使用傳感器進(jìn)行檢測(cè)的方法只能被動(dòng)檢測(cè)，不能主動(dòng)控制，同時(shí)精度不高，加之價(jià)格因素，無法完全實(shí)現(xiàn)。造成混凝土結(jié)構(gòu)中建立的預(yù)應(yīng)力狀況與設(shè)計(jì)相差較大，使得梁體存在問題而導(dǎo)致其下?lián)虾统霈F(xiàn)裂縫，甚至斷裂等后果。,46,四、預(yù)應(yīng)力精細(xì)化施工,4.1 錨具質(zhì)量控制（該系統(tǒng)已獲國家專利） 4.1.1 錨具綜合試驗(yàn)及其目的 錨具綜合試驗(yàn)研究的項(xiàng)目包括：靜載錨固試驗(yàn)、錨具內(nèi)縮量試驗(yàn)、摩阻損失試驗(yàn)和張拉錨固工藝試驗(yàn)等。 錨具回縮包括張拉端回縮和錨固端回縮。張拉端回縮影響錨下預(yù)應(yīng)力的損失，由于限位板高度的影響無法直接測(cè)量，只能通過預(yù)應(yīng)力損失值求回縮，此項(xiàng)回縮是在錨具內(nèi)縮量試驗(yàn)中進(jìn)行，最終的目的是測(cè)試錨具對(duì)預(yù)應(yīng)力損失的影響；錨固端回縮體現(xiàn)的是夾片與絞線跟蹤回縮的一致性和同步性，此項(xiàng)測(cè)試在靜載試驗(yàn)中進(jìn)行，可在張拉過程中用計(jì)算機(jī)記錄其回縮的曲線圖（此曲線圖只能在第一次張拉過程中或者單獨(dú)作靜載試驗(yàn)時(shí)繪制，因?yàn)橐坏埨戤吅?，夾片就回縮到位，即使放張夾片也不會(huì)再松弛，除非用退錨器退錨），最終目的通過測(cè)量觀察絞線和夾片咬合是否可靠，特別是張拉到80%時(shí)，回縮是否達(dá)到穩(wěn)態(tài)，如果不符合要求的，在張拉過程中絞線容易出現(xiàn)滑絲和飛錨。,47,錨具回縮包括張拉端回縮和錨固端回縮。張拉端回縮影響錨下預(yù)應(yīng)力的損失，由于限位板高度的影響無法直接測(cè)量，只能通過預(yù)應(yīng)力損失值求回縮，此項(xiàng)回縮是在錨具內(nèi)縮量試驗(yàn)中進(jìn)行，最終的目的是測(cè)試錨具對(duì)預(yù)應(yīng)力損失的影響；錨固端回縮體現(xiàn)的是夾片與絞線跟蹤回縮的一致性和同步性，此項(xiàng)測(cè)試在靜載試驗(yàn)中進(jìn)行，可在張拉過程中用計(jì)算機(jī)記錄其回縮的曲線圖（此曲線圖只能在第一次張拉過程中或者單獨(dú)作靜載試驗(yàn)時(shí)繪制，因?yàn)橐坏埨戤吅?，夾片就回縮到位，即使放張夾片也不會(huì)再松弛，除非用退錨器退錨），最終目的通過測(cè)量觀察絞線和夾片咬合是否可靠，特別是張拉到80%時(shí)，回縮是否達(dá)到穩(wěn)態(tài)，如果不符合要求的，在張拉過程中絞線容易出現(xiàn)滑絲和飛錨。 摩阻測(cè)試測(cè)定的是張拉端摩阻而不是錨固端摩阻，它包括錨圈口摩阻和錨墊板（喇叭口）摩阻。摩阻損失在張拉過程中體現(xiàn)，張拉力越大，絕對(duì)損失（即摩阻損失值）越大，而相對(duì)損失（即摩阻損失占張拉力值的比例）變化不大，摩阻損失一般取80%時(shí)的相對(duì)損失。摩阻測(cè)試的目的是解決超張拉系數(shù)，其損失不能太大，太大說明折彎損失大易引起滑絲，而錨圈口摩阻損失太大也容易引起滑絲斷絲。,48,張拉錨固工藝試驗(yàn)是為了使錨具適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)施工特點(diǎn)所進(jìn)行的性能測(cè)試。由于千斤頂?shù)男谐逃邢蓿A(yù)應(yīng)力筋往往很長(zhǎng)，這時(shí)需要倒頂，倒頂中就需要解決好臨時(shí)錨固和多次張拉的問題；但在分級(jí)多次張拉后，預(yù)應(yīng)力筋的受力均勻性不能受到影響；當(dāng)張拉發(fā)生故障或有預(yù)應(yīng)力筋受力嚴(yán)重超差，必須退錨重新穿索張拉，需要用退錨器人工放松預(yù)應(yīng)力筋；預(yù)應(yīng)力筋在夾片孔中自由對(duì)中關(guān)系到絞線受力均勻性，如果不能對(duì)中，錨具在多次張拉后易發(fā)生滑絲飛錨。 錨具的靜載錨固性能試驗(yàn)是檢測(cè)錨具質(zhì)量重要的試驗(yàn)，它能綜合反映出錨板、夾片的硬度、強(qiáng)度、錨固能力等方面的性能，并能對(duì)多次張拉錨固后絞線受力均勻性進(jìn)行考核。 經(jīng)過錨具綜合試驗(yàn)（靜載錨固試驗(yàn)、錨具內(nèi)縮量試驗(yàn)、摩阻損失試驗(yàn)和張拉錨固工藝試驗(yàn)等），能夠確保在使用過程中錨具的可靠性、安全性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，對(duì)無粘結(jié)筋尤為重要。,49,4.1.2 錨具綜合試驗(yàn)設(shè)備 由于現(xiàn)行的人工加載試驗(yàn)設(shè)備無法達(dá)到錨具綜合試驗(yàn)的要求，可采用預(yù)應(yīng)力錨具和連接器綜合試驗(yàn)臺(tái)（圖4.1.1為臺(tái)架圖、圖4.1.2為安裝原理圖）。預(yù)應(yīng)力錨具和連接器綜合試驗(yàn)臺(tái)克服了一般的試驗(yàn)臺(tái)架手工加載、人為因素影響大、質(zhì)量難以控制的缺點(diǎn)。整個(gè)試驗(yàn)過程完全由計(jì)算機(jī)控制，可實(shí)現(xiàn)全過程的有效監(jiān)控，具有高精度、重復(fù)精度和操作安全、可靠的特點(diǎn)，能準(zhǔn)確、科學(xué)地對(duì)錨具性能進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)。同時(shí)可進(jìn)行錨具回縮及其徑向變形自動(dòng)跟蹤測(cè)試，描繪相應(yīng)曲線（圖4.1.圖4.1.4），自動(dòng)分析相應(yīng)變化規(guī)律性，滿足國際預(yù)應(yīng)力學(xué)會(huì)最新測(cè)試要求計(jì)算機(jī)設(shè)有人機(jī)對(duì)話界面。只要輸入試驗(yàn)要求的參數(shù)，開動(dòng)泵站，即可進(jìn)入計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，屏幕上清晰顯示試驗(yàn)過程中的圖像與數(shù)據(jù)（圖4.1.4.1.6），實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤控制。一旦進(jìn)入屈服區(qū)或圖像異常，立即報(bào)警，提醒操作人員注意避免事故發(fā)生。加載時(shí)自動(dòng)生成周期圖像，具有峰值留存功能。對(duì)連接器試驗(yàn)，可自動(dòng)定心和調(diào)索。所有試驗(yàn)均能自動(dòng)打印實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并出具相應(yīng)的試驗(yàn)報(bào)告。試驗(yàn)過程中采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)保存，并可任意設(shè)定步長(zhǎng)、打印數(shù)據(jù)清單。此外，對(duì)連接器試驗(yàn)，可長(zhǎng)短臺(tái)架并用，使連接的錨具端先獲得定心和調(diào)索，然后再裝擠壓套的絞線，進(jìn)行另一端調(diào)索，這樣調(diào)索精度高，取消了另一個(gè)大千斤