預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)在橋梁施工中的應(yīng)用

摘要：為了提高預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)橋梁的施工質(zhì)量，對(duì)橋梁工程預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)進(jìn)行了概述，對(duì)橋梁工程中預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的類型及適用范圍進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)在橋梁施工中的作用進(jìn)行了分析，提出了預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)在橋梁施工中的具體應(yīng)用和質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；施工；預(yù)應(yīng)力；鋼結(jié)構(gòu)

0" "前言

在城市化進(jìn)程發(fā)展迅速的背景下，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)到了廣泛的應(yīng)用。在橋梁建設(shè)中，涌現(xiàn)了很多新工藝和新技術(shù)，通過優(yōu)化施工技術(shù)，可以有效提高施工質(zhì)量[1]。其中，鋼結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的應(yīng)用最為普遍，主要是由于高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)可以大大提高橋梁的承載能力，可有效延長(zhǎng)其橋梁工程的使用壽命，在橋梁工程發(fā)揮著重要的作用。

1" "預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的特點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)最初應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)中，用于有效減少混凝土裂縫。在橋梁施工中，結(jié)構(gòu)連接處經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種裂縫，采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)混凝土材料與鋼材的有效結(jié)合，降低裂縫出現(xiàn)的概率。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)是橋梁建設(shè)中常用的一種鋼結(jié)構(gòu)，它將鋼結(jié)構(gòu)中的鋼材替換成特殊預(yù)應(yīng)力鋼筋，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力得到提升[2]。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的施工原理是對(duì)受力大的部位施加預(yù)應(yīng)力，在結(jié)構(gòu)受到荷載后依靠預(yù)應(yīng)力達(dá)到平衡狀態(tài)[3]。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)可以承受較大荷載，從而達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的。

現(xiàn)階段，我國(guó)橋梁建設(shè)應(yīng)用比較廣泛，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用特點(diǎn)表現(xiàn)在以下三點(diǎn)[4-5]：第一，鋼材本身強(qiáng)度比較大，在承受一定荷載后變形增大，強(qiáng)度降低，鋼材承載力因此降低，從而影響橋梁施工質(zhì)量。第二，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)可以彌補(bǔ)普通鋼材中存在的缺陷，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這是因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力在達(dá)到平衡后，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)循環(huán)應(yīng)力能夠得到改善，提高了結(jié)構(gòu)承載力，從而使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。第三，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)自重比較輕，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)抗荷載能力強(qiáng)，在同樣荷載下，所需的鋼材比較少，有利于節(jié)約材料，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2" "橋梁工程中預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的類型及適用范圍

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)種類較為多樣，主要包括以下4類[6-7]：

2.1" " 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型

在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)發(fā)展中，撐桿梁等形式得到了較快發(fā)展，所用到的索膜結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出了新勢(shì)態(tài)。在傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)中，索系布置時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況施加應(yīng)力，以減輕結(jié)構(gòu)自重，降低施工成本。常用的有網(wǎng)架、網(wǎng)殼等。另一種是懸索結(jié)構(gòu)應(yīng)用也比較廣泛。該結(jié)構(gòu)由承重索、穩(wěn)定索構(gòu)成，在施工中增加預(yù)應(yīng)力能夠提高結(jié)構(gòu)剛度，優(yōu)化其應(yīng)用性能。

2.2" " 吊掛結(jié)構(gòu)型

吊掛結(jié)構(gòu)主要由支撐體系、吊索、屋蓋組成，支撐體系高出頂部鋼索吊掛屋蓋，在施工中可以適當(dāng)增加應(yīng)力，對(duì)屋蓋內(nèi)力調(diào)整，確定屋蓋結(jié)構(gòu)彈性支點(diǎn)以后即可進(jìn)入下一個(gè)施工環(huán)節(jié)。支撐體系與吊索長(zhǎng)期在室外，因此也被稱為暴露結(jié)構(gòu)。

2.3" " 整體張拉型

整體張拉型是一種全新結(jié)構(gòu)形式。在大跨度結(jié)構(gòu)中已經(jīng)不再采用傳統(tǒng)構(gòu)件，而是被受張索系與膜面受壓撐桿所代替。使用它有利于減輕結(jié)構(gòu)自重，設(shè)計(jì)思想符合現(xiàn)代化發(fā)展趨勢(shì)，在新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系中具有一定的代表性。

2.4" " 張力金屬膜型

金屬膜片大多固定在結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件，一方面可以起到圍護(hù)結(jié)構(gòu)的作用，另一方面可以被當(dāng)作承重結(jié)構(gòu)。受張力所影響，固定膜片在骨架結(jié)構(gòu)形成塊體形式，可以形成大范圍覆蓋結(jié)構(gòu)。在橋梁施工中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)，能夠減少鋼材消耗量，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

針對(duì)荷載大、跨度大等情況，采用預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際生產(chǎn)中，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)大多是被應(yīng)用在建筑領(lǐng)域，尤其是大型建筑與高層建筑。其在國(guó)內(nèi)懸索橋以及斜拉橋都有應(yīng)用，在橋梁施工中逐漸成熟。

3" "預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)在橋梁施工中的作用

3.1" " 提升性能

采用預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)，可以提升結(jié)構(gòu)整體性能。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)可以最大限度地發(fā)揮其材料特性，在鋼材承受荷載時(shí)，應(yīng)力分布比較均勻。鋼材強(qiáng)度比較高，如果荷載過大，材料結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變形，導(dǎo)致鋼材強(qiáng)度得不到發(fā)揮。選擇預(yù)應(yīng)力鋼材結(jié)構(gòu)，能夠有效地提高橋梁受力性能。從結(jié)構(gòu)形式上看，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)具有一定的多樣性，應(yīng)用范圍廣，可以形成系統(tǒng)的施工技術(shù)[8]。

3.2" " 提高穩(wěn)定性

預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)與普通鋼結(jié)構(gòu)相比，自重比較小，穩(wěn)定性好，在承受較大荷載時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)變形方向與應(yīng)力方向相反，比普通鋼結(jié)構(gòu)更能平衡應(yīng)力，顯著提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。另一方面，還能優(yōu)化結(jié)構(gòu)循環(huán)，減少裂縫問題。傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力拉索制作比較簡(jiǎn)單，有一定的制作要求，制作費(fèi)用比較低。采用組裝索縮短節(jié)點(diǎn)構(gòu)造相對(duì)較為復(fù)雜，美觀性不足，組裝索腐蝕性不強(qiáng)，經(jīng)過改進(jìn)后采用預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)，防腐性可以得到明顯提升，美觀性會(huì)更強(qiáng)。

3.3" " 降低用鋼量

預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以降低用鋼量（主要體現(xiàn)在降低鋼材總量上），節(jié)約資源、減少成本。增強(qiáng)鋼材強(qiáng)度，改善結(jié)構(gòu)應(yīng)用條件，優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系，能夠發(fā)揮預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在橋梁施工過程中，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)可發(fā)揮出承載力與使用性能優(yōu)勢(shì)，促使企業(yè)降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益最大化，滿足新時(shí)代提出的低碳環(huán)保理念，促進(jìn)建筑企業(yè)持續(xù)發(fā)展[9]。

3.4" " 改善結(jié)構(gòu)受力情況

應(yīng)用預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)，可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力，降低應(yīng)力峰值。受彎構(gòu)件峰值比較高，增加撐桿后將彎矩變成軸力，有利于降低應(yīng)力峰值。此外，利用預(yù)應(yīng)力技術(shù)還能創(chuàng)建橫向結(jié)構(gòu)體系，達(dá)到改善結(jié)構(gòu)受力的目的。

4" 預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)在橋梁施工中的具體應(yīng)用

4.1" " 橋梁施工

在橋梁工程施工開始前，需要了解建筑特點(diǎn)以及預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用原理。在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)張拉力度的控制。張拉力的強(qiáng)弱關(guān)系到橋梁建筑質(zhì)量，拉力過強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致橋梁負(fù)載大；拉力弱，則達(dá)不到預(yù)應(yīng)力預(yù)期效果，鋼結(jié)構(gòu)作用得不到發(fā)揮。需要對(duì)張拉力強(qiáng)弱進(jìn)行控制，合理約束鋼筋延伸程度，在保證其施工質(zhì)量的同時(shí)，提高橋梁施工的安全性。

跨度比較大橋梁需要可靠的預(yù)應(yīng)力，對(duì)此通常都是采用先張法施工，以加快工程施工，保證施工效果。在施工過程中，施工單位應(yīng)當(dāng)結(jié)合橋梁設(shè)計(jì)要求綜合考慮，設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。根據(jù)橋梁施工項(xiàng)目的實(shí)際情況，搭設(shè)預(yù)應(yīng)力臺(tái)座，達(dá)到預(yù)應(yīng)力張拉的目的，以有效地提高橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。除此之外，還需按照設(shè)計(jì)方案施工，避免出現(xiàn)施工與設(shè)計(jì)不匹配等問題的出現(xiàn)。與其他鋼結(jié)構(gòu)施工控制相比較，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的控制，需要從開始到制作、安裝，并對(duì)結(jié)構(gòu)性能及張拉分析，發(fā)現(xiàn)問題要采取有效的控制措施。

大跨空間鋼結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)是增加橋梁承載力。其對(duì)受力與變形兩方面的要求比較高，二者理論上是相對(duì)應(yīng)的關(guān)系，但是在實(shí)際施工中卻存在一定誤差。在分析受力與變形時(shí)，需要綜合考慮，結(jié)合施工力學(xué)、成型狀態(tài)等影響因素進(jìn)行研究。通過改變拉索張力，可以改善鋼結(jié)構(gòu)的性能。將鋼結(jié)構(gòu)與拉索施工結(jié)合在一起，對(duì)施工誤差進(jìn)行控制，可以提高整體施工質(zhì)量。

4.2" " 混凝土空心板T梁施工

高速公路橋梁預(yù)應(yīng)力施工中，混凝土梁板是整個(gè)施工結(jié)構(gòu)中的重要支撐組件，因此需要嚴(yán)格針對(duì)該處施工進(jìn)行質(zhì)量管理。混凝土空心板與T梁出現(xiàn)裂縫是施工現(xiàn)場(chǎng)最為常見的問題。出現(xiàn)裂縫的原因：一方面是在對(duì)施工設(shè)計(jì)和材料采購(gòu)質(zhì)量把控不嚴(yán)。另一方面則是現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制不佳。混凝土材料是通過砂石泥漿與凝膠材料按照一定配比混合而成的，其強(qiáng)度和延展性存在著此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，若空心板在施工中跨境范圍過大則會(huì)引起材料剛度失衡問題。

4.3" " 橋梁加固

隨著我國(guó)橋梁建設(shè)數(shù)量的增加，人們對(duì)橋梁承載力也提出了一個(gè)更高的要求，很多已建成的橋梁都在進(jìn)行翻新和加固處理。在橋梁翻新過程中，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，可以在對(duì)橋梁加固的同時(shí)，解決存在結(jié)構(gòu)變形等問題，有助于提高橋梁承載力。對(duì)整個(gè)橋梁加固施工過程進(jìn)行模擬計(jì)算，不僅可以得到每個(gè)結(jié)構(gòu)件施工過程中的變形、應(yīng)力或索力，還可以獲得臨時(shí)支撐的變形和應(yīng)力變化情況，為支撐設(shè)計(jì)提供依據(jù)。目前，結(jié)構(gòu)計(jì)算分析大多采用 MIDAS建立有限元模型。對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，必須以實(shí)際為主，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，將其作為模型構(gòu)建依據(jù)，才能保證結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)效果，施工單位應(yīng)當(dāng)對(duì)其加以重視。

5" "橋梁施工中預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制措施

5.1" " 科學(xué)設(shè)計(jì)

在施工設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合橋梁施工具體情況開展設(shè)計(jì)工作，確保預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)作用可以得到發(fā)揮，以取得良好應(yīng)用效果。在橋梁施工中應(yīng)當(dāng)遵守相關(guān)技術(shù)規(guī)定，使設(shè)計(jì)內(nèi)容合理、可行。在預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工中，除了對(duì)鋼結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)以外，還需進(jìn)行科學(xué)的混凝土配合比設(shè)計(jì)，為后續(xù)橋梁工程施工奠定良好的基礎(chǔ)。

5.2" " 合理進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉

對(duì)鋼材進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉過程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉力度的控制。張拉過度會(huì)導(dǎo)致鋼材疲勞，影響其性能；張拉力度弱，就很難達(dá)到預(yù)期張拉效果，導(dǎo)致其作用得不到發(fā)揮。在張拉過程中，除了控制張拉力，還需注意鋼筋伸長(zhǎng)量，以利于控制施工質(zhì)量。

5.3" " 提升施工人員技術(shù)水平

施工人員的綜合素養(yǎng)，會(huì)直接影響預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工效果。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工對(duì)施工人員的專業(yè)技能有著較高的要求，施工人員只有具備較高的技術(shù)水平以及責(zé)任心，確保其能夠達(dá)到正常處理效果。在實(shí)際施工中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)范有序地開展施工。在連續(xù)施工中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生預(yù)應(yīng)力管道堵塞等現(xiàn)象。為了解決這一問題，保證施（轉(zhuǎn)下頁(yè)）（接上頁(yè)）工質(zhì)量，工作人員一定要按照規(guī)范開展施工，準(zhǔn)確計(jì)算內(nèi)部結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)管道堵塞等問題。

5.4" " 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管控

在實(shí)際操作中，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工常需要配合混凝土施工。橋梁結(jié)構(gòu)大多是以連續(xù)施工的方式進(jìn)行，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種質(zhì)量問題，影響橋梁施工。出現(xiàn)這種問題的原因主要是施工單位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理不夠重視、質(zhì)量控制不到位、操作不規(guī)范等。在施工過程中，必須嚴(yán)格按照要求進(jìn)行精密計(jì)算，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格管控，以提高預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。

6" "結(jié)語(yǔ)

在橋梁建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，并且已經(jīng)取得了進(jìn)一步的突破。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、承載力大，將其應(yīng)用于橋梁施工，不僅能夠滿足現(xiàn)代橋梁建設(shè)的要求，同時(shí)有利于提高建設(shè)單位的經(jīng)濟(jì)效益。

為了有效提高橋梁施工中預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，本文對(duì)橋梁工程中預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的類型及適用范圍進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)在橋梁施工中的作用進(jìn)行了分析，提出了預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)在橋梁施工中的具體應(yīng)用和質(zhì)量控制措施。

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