現代橋梁預應力結構
發布日期：2016-06-081、預應力混凝土的定義：根據需要人為引入某一數值的反向荷載、用以部分或全部抵消使用荷載的一種加筋混凝土。
2、對預應力混凝土的三種理解：
（1）是混凝土由脆性材料成為彈性材料；
（2）預加應力充分發揮了高強鋼材的作用，使其與混凝土能共同工作。從這一觀點看，預加應力只是一種充分利用高強鋼材的有效手段。所以，預應力混凝土又可看成是鋼筋混凝土應用的擴展。這一概念清楚的告訴我們：預應力混凝土也不能超越材料本身的強度極限。
（3）預加應力平衡了結構荷載。
3、預應力度：衡量預應力混凝土結構施加預應力的大小程度，它能夠影響結構在承載時的受力性能和結構變形程度。
4、消壓彎矩：使構件控制截面預壓受拉邊緣應力抵消到零時的彎矩。
5、預應力混凝土的分類：
一、按施工工藝：先張法、后張法；
二、按預應力度分類：（1）國外的分類：全預應力混凝土、限值預應力混凝土、部分預應力混凝土、普通混凝土；（2）國內的分類：全預應力混凝土、部分預應力混凝土、鋼筋混凝土；三、按預應力筋的位置分類：體內預應力混凝土、體外預應力混凝土。
6、預應力混凝土結構所采用的混凝土應具有高強、輕質、高耐久性的性質。
7、現代預應力結構設計中，采用了概率極限狀態和容許應力的設計理論。
8、提高鋼材強度的三種方法：
（1）在鋼材成分中增加某些合金元素，如碳、錳、硅、鉻等；
（2）采用冷拔、冷拉、冷扭法提高鋼材屈服強度；
（3）用調質熱處理、高頻感應熱處理、余熱處理等方法。
9、金屬預應力筋分為：高強鋼筋（螺紋錨）、鋼絲（墩頭錨）、鋼絞線（夾片錨）。
10、錨具按錨固方式分類：夾片式、支撐式、錐塞式、握裹式四種。
11、預應力鋼材對電化腐蝕、應力腐蝕兩種類型比較敏感。
12、高強鋼絲按交貨狀態分為冷拉、矯直；按外形分為光面、螺旋肋、刻痕。
14、鋼絞線的環氧涂層兩種工藝：單絲噴涂式、整體噴涂式。
15、預應力鋼筋一般取殘余應變為0.2%所對應的應力作為無明顯屈服點鋼筋的強度限值。
16、預應力筋的松弛試驗通常在溫度20℃、初始應力范圍0.6fpu至0.8fpu的情況下進行。
17、預應力混凝土結構中非預應力縱向鋼筋宜選用HRB335、HRB400；箍筋宜選用Q235、HRB335和冷軋帶肋鋼筋。
18、用于承受靜、動荷載的預應力混凝土結構，其預應力鋼絞線—錨具組裝件，除應滿足靜載錨固性能要求外，尚應滿足循環次數為200萬次的疲勞性能試驗。
19、鋼絲拉索體系包括冷鑄錨具（或墩頭錨具）和OVM鋼絲成品索。
20、鋼絞線拉索體系包括鋼絞線拉索錨具和WGS拉索群錨錨頭。鋼絞線拉索體系具有抗疲勞性能高、良好的異地施工性能、經濟性好、良好的防護性能的優點。
21、常用的無粘結預應力筋由15.2mm鋼絞線、建筑油脂、熱擠PE套管組成。
22、連接器主要由連接體、夾片、保護罩、約束圈等組成。連接器用于連接構件的預應力筋接長，有單根、多根、扁形三種形式。
23、預應力機具系列包括高壓油泵、千斤頂、墩頭器、擠壓器、壓花機等設備類產品。
24、無粘結預應力施工工藝的基本特點與有粘結后張法預應力比較相似，區別在于：（1）由于避免了預留孔道、穿預應力筋及壓力灌漿等施工工序，無粘結預應力的施工過程較為簡單；（2）由于無粘結預應力筋通長與混凝土無粘結，其預應力的傳遞完全依靠構件兩端的錨具，因此無粘結預應力對錨具要求非常高。
25、一套完整的體外預應力體系的組成應包括體外預應力防護系統和體外預應力減振器等。
26、張拉千斤頂在整拉整放工藝中，單束初調及張拉宜采用穿心式雙作用千斤頂；整體張拉和整體放張宜采用自鎖式千斤頂。
27、壓力表應選用防震型，壓力表的最大讀數應為張拉力的1.5至2.0倍，精度不低于1.0級，校正有效期為一周。
28、張拉預應力鋼筋束應按照：左右對稱、上下平衡的張拉順序原則。
鋼絞線下料按設計長度加張拉設備長度的總產度下料。
預應力筋的實際伸長值除張拉時測的伸長值外，還應加上初應力時的推算伸長量。
預應力混凝土全梁斷絲、滑絲總數不得超過該斷面鋼絲總數的0.5%，且一束內斷絲數不得超過一絲。
壓漿設備應包括攪拌器、儲漿桶及一個帶所需的連接軟管和閥門的壓漿泵、水、水泥和灌漿料的測量裝置與測試設備。
埋入式制孔器形成的孔道系統由孔道連接器、進漿口、出漿口、出氣口（閥門）、閥鏈接、孔道排水、錨具過渡段及與錨具連接的壓漿保護罩組成一個封閉的孔道系統。
水泥漿的攪拌時間應根據適用性試驗結果確定，對于葉片式攪拌器不應超過4min，對于高速強制式攪拌器為2min。
壓漿設備應包括一個最大孔徑為1.2mm的濾網。
壓漿泵應使水泥漿能連續流動并能夠保持至少1Mpa的壓力。
水泥漿的溫度不能超過40℃，也不宜低于5℃。
真空輔助壓漿設備包括：水泥漿攪拌機、壓漿泵、計量設備、儲漿桶、過濾網、高壓橡膠管、連接頭、控制閥。
29、先張法施工工序：在臺座上張拉預應力筋至預定長度后，將預應力筋固定在臺座的傳力架上；然后在張拉好的預應力筋周圍澆注混凝土；待混凝土達到一定的強度后（約為混凝土設計強度的70%左右）切斷預應力筋。由于預應力筋的彈性回縮，使得與預應力筋粘結在一起的混凝土受到預壓作用。因此，先張法是靠預應力筋與混凝土之間的粘結力來傳遞預應力的。
30、后張法施工工藝：先澆注好混凝土構件，并在構件中預留孔道（直線或曲線形）；待混凝土達到預期強度后（一般不低于混凝土設計強度的75%），將預應力鋼筋穿入孔道；利用構件本身作為受力臺座進行張拉（一端錨固一端張拉或兩端同時張拉），在張拉預應力鋼筋的同時，使混凝土受到預壓。張拉完成后，在張拉端用錨具將預應力筋錨住；最后在孔道內灌漿使預應力鋼筋和混凝土構成一個整體，形成有粘結后張法預應力結構。
31、體外預應力施工工藝：先澆注好混凝土構件，并在構件中預埋預應力筋轉向塊；待混凝土達到預期強度后（一般不低于混凝土設計強度的75%），穿入預應力筋、并定位；利用構件本身作為受力臺座進行張拉（一端錨固一端張拉或兩端同時張拉），在張拉預應力筋的同時，使混凝土受到預壓。張拉完成后，在張拉端用錨具將預應力筋錨住，從而行成體外預應力結構。
32、真空灌漿工藝流程：張拉完成；封錨；清理注漿孔；連接注漿設備；啟動真空泵，抽真空；啟動注漿泵，開始注漿；關閉真空泵，注漿泵繼續工作；關閉注漿泵，完成注漿；進行下一道注漿；清理注漿設備。
33、真空輔助壓漿工藝特點：
（1）可以排除普通壓漿引起的氣泡。同時，在孔道中殘留的水珠在接近真空的情況下被氣化，隨同空氣一起被抽出，增加了漿體的密實度。
（2）消除混在漿體中的氣泡，這樣就避免了有害水積聚在預應力筋附近的可能性，防止預應力筋的腐蝕。（3）優良的漿體設計，使其不會發生析水、干硬收縮等問題。
（4）孔道在真空狀態下，減小了由于孔道高低彎曲而使漿體自身形成的壓力差，便于漿體充滿整個管道，對于彎形、U形、豎向預應力筋更能體現其優越性。
34、預應力張拉控制應力：指預應力筋張拉時錨下的控制應力，其值宜定得高一些，以便使混凝土能獲得較高的預壓應力，從而提高構件的抗裂性，減小變形。其值定得過高則會：
（1）可能會引起鋼絲破斷；
（2）其值越高，預應力筋的應力松弛也將越大；
（3）其值越高，預應力混凝土構件沒有足夠的安全系數來防止混凝土的脆裂；
（4）反拱過大不易恢復；
（5）后張法構件還可能在預拉區出現裂縫或產生局部受壓破壞。
35、預應力損失：在預應力結構施工及使用過程中，由于張拉工藝、材料特性及環境條件的影響等原因，使得預應力筋中的拉應力不斷降低。 滿足設計需要的預應力筋中的拉應力值，應是張拉控制應力扣除預應力損失后的有效預應力。
瞬時損失：施加預應力時短時間內完成的損失，包括錨具變形和鋼筋滑移、混凝土彈性回縮、先張法蒸汽養護及折點摩阻、后張法孔道摩擦及分批張拉損失等。
長期損失：考慮了材料的時間效應所引起的預應力損失，主要包括了混凝土的收縮、徐變和預應力松弛的損失。
36、松弛：在持續高應力的作用下，如果長度和溫度保持不變，鋼材的應力隨時間增長而降低的現象。 蠕變：如果應力與溫度不變，鋼材的應變隨時間而增加的現象。
37、分項計算法：
（1）預應力筋與孔道壁之間摩擦引起的應力損失；
（2）錨具變形、預應力筋回縮和分塊拼裝構件接縫壓密引起；
（3）預應力筋和臺座之間溫差引起；
（4）混凝土彈性壓縮引起；
（5）預應力筋松弛引起；
（6）混凝土收縮和徐變引起。
38、減小預應力損失的措施：
（1）采用兩端張拉；進行超張拉；在接觸材料表面涂水溶性潤滑劑，以減少摩擦損失；提高施工質量，減少鋼筋位置偏差；盡可能避免使用連續彎束及超長束，同時采用超張拉方法克服此項應力損失。
（2）采用超張拉，可以部分抵消錨固損失；對直線預應力鋼筋可采用一端張拉方法；選擇錨具變形和內縮值較小的錨具；減少墊板塊數或螺帽個數；先張法時選擇較長的臺座；
（3）對先張法構件可采用兩次升溫養護的措施；
（4）盡量減少后張法構件的分批張拉次數；
（5）采用低松弛預應力筋；進行超張拉；
（6）控制混凝土法向壓應力；采用高強度等級水泥，以減少水泥用量；采用級配良好的骨料及摻加高效減水劑，減少水灰比；延長混凝土的受力時間，即控制混凝土的加載齡期；振搗密實，加強養護。
39、摩擦損失主要由孔道的彎曲和管道的偏差兩部分影響產生。
預應力鋼筋的最大控制應力：鋼絲、鋼絞線不應超過0.80fpk，精軋螺紋鋼筋不應超過0.95fpk。
后張法構件預應力曲線鋼筋由錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的預應力損失，應考慮鋼筋與管道間反向摩擦的影響。
部分預應力混凝土構件的混凝土收縮與徐變引起的預應力損失計算應當考慮非預應力鋼筋含筋率的影響。
美國混凝土學會（ACI）提出的時步分析法以除去各項瞬時損失后的初始預應力作為長期損失計算的基點。
40、預應力混凝土結構從張拉預應力筋到承受極限荷載破壞，其受力過程大致分為三個階段：施加預應力階段、正常使用階段、承載能力極限階段。
先張法和后張法在施加預應力階段的受力稍有不同，其中主要區別在于預應力損失的計算和在施加預應力階段換算截面的取值等方面。
全預應力混凝土構件在正常使用階段經歷的時間比較長，在這一階段，一般假定預應力損失已全部完成；全預應力混凝土構件在這一階段處于彈性工作狀態。
在預應力混凝土受彎截面開裂之前，外彎矩的增加主要有內力臂的增加來抵抗。
我國規范要求預應力混凝土受彎截面的最小配筋率為Mu/Mcr>1.0時的配筋率，其中Mu為截面的計算抗彎承載力，Mcr為截面的開裂彎矩。
預應力混凝土受彎構件與普通鋼筋混凝土受彎構件一樣，主要有兩類剪切裂縫：腹剪斜裂縫、彎剪斜裂縫。彎剪斜裂縫是彎曲裂縫的斜向擴展，它的擴展主要是因為剪應力和彎曲拉應力的共同作用所致。
實際工程中的受扭構件包括：平衡扭轉構件、協調扭轉構件。
要有效提高預應力混凝土構件的抗扭承載力，需同時增加縱向鋼筋與箍筋。
預應力混凝土抗扭構件的抗扭承載力應包括：開裂前混凝土提供的抗扭承載力、抗扭鋼筋提供的抗扭承載力、預加力對混凝土抗扭承載力的影響。
當前預應力混凝土局部受壓承載力的計算理論主要有：掏箍理論、剪切理論。
預應力混凝土平板節點的抗沖切承載力，主要取決于混凝土的強度和有效預壓應力值，此外還與板的有效高度、柱的邊長和形狀、受拉鋼筋、板的雙向性質等因素有關。
41、錨下局部承壓破壞有幾種情況？有何控制措施？
一種是由于集中壓力的作用，在錨具與混凝土接觸面局部壓碎；另一種是由于壓力曲線垂直方向的拉應力達到混凝土抗拉強度極限出現裂縫而破壞。為避免這兩種破壞，一方面要有足夠的局部承壓面積；一方面要設置鋼筋網片，以限制其橫向擴張，從而提高局部承壓能力。
42、在相對濕度低于60%的環境中，混凝土的鋼筋很少發生腐蝕，在干濕循環環境中鋼筋腐蝕最為嚴重。
確定裂縫等級需根據混凝土結構構件的功能要求、壞境條件對鋼筋的腐蝕影響、鋼筋種類對腐蝕的敏感性、荷載作用的時間等四個方面的因素來確定。
關于裂縫寬度的計算，<PPC建議>中提供了兩種方法：計算特征裂縫寬度；采用名義拉應力。
預應力混凝土受彎構件的撓度應按照荷載效應標準組合并采用考慮荷載長期作用影響的剛度來進行計算。
預應力混凝土構件正截面的抗裂性是通過正截面混凝土的荷載短期效應組合作用下的截面受拉邊緣的法向力應力來控制；斜截面的抗裂性是通過斜截面混凝土的荷載短期效應組合作用下截面的主拉應力控制；預應力混凝土結構斜截面的抗裂性驗算的實質是選取若干最不利截面（如支點附近截面，梁肋寬度變化處截面等），計算在荷載短期效應組合作用下截面的主拉應力，并控制限制條件。
43、預拱度的設置：
（1）鋼筋混凝土受彎構件：①當荷載短期效應組合并考慮荷載長期效應影響產生的長期撓度不超過計算跨徑的1/1600時，可不設預拱度；②當不符合上述規定時應設預拱度，且其值應按結構自重和1/2可變荷載頻遇值計算的長期撓度值之和采用。
（2）預應力混凝土受彎構件：①當預加應力產生的長期反拱值大于按荷載短期效應組合計算的長期撓度時，可不設預拱度；②當預加應力的長期反拱值小于荷載短期效應組合計算的長期撓度時，其值應按該項荷載的撓度值加與預加應力長期反拱值之差采用。
對自重相對于活載較小的預應力混凝土受彎構件，應考慮預加應力反拱值過大可能造成的不利影響，必要時采取反預拱或設計和施工上的其他措施，避免橋面隆起直至開裂破壞。
44、影響耐久性的主要因素：
內在因素：混凝土、鋼筋、水灰比、裂縫寬度、保護層厚度、施工、養護質量等；環境因素：侵蝕條件、相對濕度、溫度等；受荷狀況：腐蝕疲勞、摩擦腐蝕等。歸根結底就是內因與外因共同作用的過程。
45、提高混凝土橋梁結構耐久性的措施有哪些：①采用高耐久性混凝土，增強混凝土的密實度，提高混凝土自身抗破損能力；②加強橋面排水和防水層設計，改善橋梁的環境作用條件；③改進橋梁結構設計，其中包括加大混凝土保護層厚度；加強構造鋼筋，防止和控制裂縫發展；采用具有防腐保護的鋼筋。
46、耐久性：在正常養護條件下，在一定時間內，材料或結構具有抵抗各種作用的能力，以使其承載能力和正常使用性能不發生明顯變化。
47、塑料波紋管及真空輔助壓漿工藝是歐洲為解決預應力混凝土構件中的鋼絞線可能發生的電化腐蝕和氧化銹蝕兩個技術問題所發明的。
與金屬波紋管相比，塑料波紋管具有強度高、剛度大、密封性好、可施工性好、耐腐性強、孔道摩阻小等優點。