文献综述
预应力混凝土是在第二次世界大战后迫切要求恢复战争创伤,从西欧迅速发展起来的。半个多世纪以来,从理论、材料、工艺到土建工程中的应用,都取得了巨大的发展。尤其是随着部分预应力概念的逐步成熟,突破了混凝土不能受拉与开裂的约束,大大扩展了它的应用范围。目前预应力混凝土已成为国内外土建工程最主要的一种结构材料,而且预应力技术已扩大应用到型钢、砖、石、木等各种结构材料,并用 以处理结构设计、施工中用常规技术难以解决的各种疑难问题。我国预应力混凝土的起步比西欧大约晚10年,但发展迅速,应用数量庞大。我国近年来在土木工程投资方面、建设规模方面均居世界前列。在混凝土工程技术、预应力技术应用方面取得了巨大进步。近来二三十年来,我国预应力混凝土 桥梁发展很快,无论在桥型、跨度以及施工方法与技术方面都有突破性发展,不少预应力混凝土桥梁的修建技术已达到国际先进水平。
预应力即就是预加力,是指构件在承受荷载力之前,对构件人为施加一个与荷载力方向相反但大小相同的作用力,这个反方向的作用力就可以抵消的构件承受的荷载力,这样既可以提升构件的抗裂性以及耐久性还可以加强刚度和强度,同时也可以减小构件的弹性变形。在对预应力的实际运用中,如果承重部位是非常重要的,从成本角度出发考虑,利用预应力技术不但能够大量降低道路桥梁在施工过程中使用的混凝土和钢材,而且能够有效降低桥梁本身的重量,还可以从根本上节省建筑材料和建设资金,同时也可以提高道路桥梁的工程质量。在道路桥梁的具体施工过程中,预应力技术显示出以下三个方面的优势: ①无粘结预应力技术在混凝土中的应用使其产生了适度的塑性变形这样就可以有效增大预压应力; ②在锚固技术中使用预应力技术可以增加锚固支挡结构的稳定性; ③预应力混凝土斜拉桥和拉索成套技术的 应用有效减少了道路桥梁的荷载力。因此,在我国道路桥梁的实际施 工过程中,要充分分析桥梁结构和施工要求,结合国外成功的使用预应力技术的经验,在施工过程中合理的采用预应力技术,这样不仅可以节省钢筋、水泥等建筑材料,而且也可以从根本上降低桥梁自身的重量,有效提高桥梁结构方面的抗张拉力和抗渗透力,保证桥梁质量。
在道路桥梁的施工中预应力技术的使用范围主要是: ①在混凝土 受弯构件中使用预应力技术:碳纤维不仅具有非常高的强度,而且施工简单方便,因此在工程中通常采用碳纤维片材料来加固混凝土的受弯构件,在对桥梁的混凝土受弯构件没有加固时,受弯构件结构的内部有初始内力再加上混凝土本身的拉应变力和压应变力这两个力将会使混凝土的压应变逐渐达到最高值,此时混凝土的受弯构件也同时会达到承载力的极限; ②在桥梁工程维修和加固中的使用预应力技术: 道路桥 梁经过长时间的使用后,许多结构就需要做加固处理,也就是需要对桥 梁的构件进行补强,通过使用预应力技术来改善已经运行桥梁结构的性能,恢复桥梁原有的负荷承载力,有效保障我国已运行桥梁的安全和使用期限; ③在两跨以及多跨的道路桥梁中使用预应力技术: 多跨连续桥梁的类型主要有正弯矩区和负弯矩区这两种,如果抗弯能力与抗剪能力都达不到桥梁工程的施工要求时,通常会采用人工利用碳纤维片进行黏贴加固混凝土的方式,虽然这种人工加固的方式简单易于操作,但是不能很好的利用在桥梁墩柱的加纵筋加固方面。
T型梁桥在我国公路上修建最多,早在50、60年代,T型桥梁建设中受到了广泛的运用,这种简支梁式桥很大程度上改善了我国的公路交通。中小跨径桥梁在铁路桥梁和公路桥梁上一直占有主导地位,而在中小跨径桥梁中,梁式桥的运用最为广泛。预应力混凝土简支梁桥已经有了近50年的发展历史。在发展的过程中无论是结构材料、施工技术还是设计水平都得到了很大的进步。预应力简支梁桥运用广泛,如今,在市政工程的投入日益增加,并主要用于受力部分。
预应力混凝土桥梁的发展与施工技术的发展是密不可分的,施工技术水平直接影响桥梁的跨径、线型、截面形式等。预应力混凝土连续梁在初期大多采用满布支架法施工,其跨度一般在 40 以内,且施工周期长,施工用料多。60 年代 预应力混凝土桥梁引入悬臂施工法以后,预应力连续梁桥得以迅速发展,其跨越能力达200以上,适用范围也不断扩大。悬臂拼装法将大跨桥梁化整为零,施工简便,拼装工期短,速 度快,特别对于多跨长联桥(跨度在 100 以内)是一种效率高而且经济的施工方法。预应力连续梁的施工方法还有顶推法、移动模架法、逐孔架设法等。近年来由乌克兰的工程师发明的新型预应力技术是介于先张拉法和后张拉法之间的工艺。它是在浇捣混凝土尚未凝固的时候施加预应力,混凝土 在压力的情况下固结。施加这种预应力需要用特殊的可滑动的模板及能把压力传给混凝土的装置。它可使同样配筋率情况下梁的承载力提高 25%~34%,柱的承载力提高75%,抗裂度不变。该方法已在重达30t 的桥梁结构中使用。
当前国际混凝土结构工程界对预应力混凝土结构的抗震问题给予了重视。 日本在1995年神户大阪地震之后,结合混凝土结构(包括预应力混凝土结构)在地震中的实际表现进行了调查并作了大量研究工作,其它国家也作了不少研究工作。研究表明预应力结构在地震区是能够应用的,和普通钢筋混凝土结构一样,需要的是合理的设计和施工。采用竖向预应力加固普通钢筋混凝土结构可提高结构抗震性能。采用竖向预应力的混凝土结构,可以提高结构抵抗水平荷载的能力,并在地震之后又能很快的复原。在地震作用下,预制的预应力混凝土结构会发生屈服,产生塑性铰,提高整个结构的延性和耗能能力而避免损坏,因而具有良好抗震性能。
目前,我国桥梁建设正在与国际接轨,预应力混凝土简支梁桥的建设开始向大跨度、新型、轻质和美观方向发展。体外索在预应力混凝土结构中的使用是近来建筑工业发展的方向之一。用体外预应力的方式修建混凝土桥梁在国际上已有近90年的历史。但早期因防腐工艺不完善,造价高等原因,取得的效果并不理想。但自80 年代以来,由于技术的进步,体外预应力技术几经改进后,日趋完善,其应用也越来越多。从预加应力方式来看,它把绝大部分的预应力钢束布置在混凝土截面外,通过锚固端和变向装置来传递预加应力。该方法不但可以应用于新建结构,还可以用来加固原有 结构。在预应力使用早期,体外预应力筋已被应用于桥梁建设,不过,由于当时技术条件的制约,这种方法在20世纪50年代几乎被人们放弃了。 抗腐蚀(纤维增强塑料)索,高性能钢索以及体外索防护系统的发展,为体外预应力技术的再次 兴起提供了有利的条件。使用体外预应力技术的桥梁工程具有以下优点:①由于板内没有安装管道,减小了板的厚度,从而减轻了桥梁的重量;②预应力索安装简便;③易于检查预应力索,有利于索的养护;④预应力索的替换或者再次张拉成为可能;⑤大大地缩短施工工期,特别是使用预制分段拼装方法施工的桥梁。体外预应力技术广泛应用于混凝土桥梁 建设中,并已被用于高速公路和高架铁路分段预制桥梁建设。体外预应力技术另一个极具潜力的用途是对原有混凝土结构进行加固与修复。近年来,该技术已应用于许多新型结构中,其中包括:在大偏心结构设置体外预应力索以提高结构的受力性能,可以被应用于由混凝土翼缘与波形钢腹板构成的组合结构之中,高性能轻质材料的使用减轻了结构的自重。
新建设的宋保大桥位于淮安区宋集乡与涟水县保滩镇交界处的肖渡渡口,跨越古黄河。宋保大桥工程属省、市规划的撤渡建桥项目。撤渡建桥旨在改善百姓出行条件,从根本上消除渡口安全隐患,促进地方经济发展。宋保大桥建成后,两岸群众靠摆渡过河的状况将成为历史,淮安区与淮安涟水机场的联系将更加便捷,两岸群众的交往将更加通畅,同时也为327省道宋保段改线创造了良好的前提条件。
毕业设计能使我们树立正确的设计思想,掌握设计原则、方法、步骤,独立完成设计,提高分析问题和解决问题的能力,将所学的课程系统的训练,更深刻掌握桥梁的知识。这是我们独立系统的完成一项工程设计,因而对我们的综合素质、工程意识和创新能力具有很重要的作用。通过毕业设计这一任务,我们独立分析问题、解决问题的能力以及实践动手能力都会有很大的提高,更可以培养土木工程专业本科毕业生综合应用所学基础课、技术基础课及专业知识和相关技能,解决具体问题的能力。最终达到专业工程人员的水平,得到进一步的提高。
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