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【摘要】从上世纪50年代首座预应力混凝土桥梁修建至今,特别是改革开放以来,我国已经修建了大量的预应力混凝土桥梁。这些在役桥梁的中均存在不同程度的损伤、病害。其中病害之一就是预应力管道压浆缺陷。本文对此进行研究,为今后的预应力混凝土结构检测结构评价积累资料。
【关键词】预应力;桥梁;施工误差;管道压浆;结构影响
Research and analysis effects of prestressed pipe grouting defects for bridges
Wang Hong-fa1, Quan En-lei 1, Tian Jun2
(1. Shandong Huatong Road and Bridge Engineering Co., Ltd FeixianShandong273400;
2. Qingdao University if Technology Fei County campusLinyiShandong276000)
【Abstract】The laboratory's internal audit work and other internal quality control activities are organically combined, not to let the laboratory quality management system a mere formality.
【Key words】Internal Audit; Quality Management
1. 前言
20世纪50年代,我国在修建大量小跨径钢筋混凝土梁桥的同时,开始对预应力混凝土梁桥进行试验研究,于1956年在公路上建成了第一座跨径20m的预应力混凝土简支梁桥。随后,预应力混凝土简支梁桥在公路上获得广泛应用,近年来我国修建了大量的大、中跨径预应力混凝土桥梁,其数量在我国大、中跨径桥梁中占主导地位,这些在役的大、中跨径预应力混凝土桥梁中均存在不同程度的损伤、病害。其中病害之一就是预应力管道压浆缺陷。预应力管道压浆缺陷直接影响到预应力混凝土桥梁的正常使用性能、耐久性甚至是安全性。针对这些问题,本文进行预应力管道压浆缺陷对桥梁具体影响的研究分析。
2. 预应力管道压浆目的及主要作用
预应力混凝土孔道灌浆其作用主要有以下几点:一是减轻锚具负担,使预应力钢束与混凝土良好结合,保证它们之间预应力的有效传递,使预应力钢束与混凝土共同工作;二是排除孔道内的水分和气体,保护预应力钢束不外露而遭锈蚀,保证预应力混凝土结构或构件的安全寿命;三是消除预应力混凝土结构或构件在反复荷载作用下,由于应力变化对锚具造成的疲劳破坏,提高了结构的耐久性。
3. 预应力管道压浆缺陷的原因
影响灌浆质量的因素有很多,但主要因素一般认为是三点:即灌浆材料、灌浆机械和灌浆工艺。在灌浆施工中,使用一般的机械(通常是活塞式灰浆泵)将配制好的水泥浆注入预应力混凝土孔道,这项工作由于操作起来比较简单,没有太高的技术含量,因此,在过去的大量的有粘结预应力混凝土的施工中得不到重视甚至被疏忽。而且,灌浆工作无法用肉眼直接观察到水泥浆在预应力孔道中的行进过程及灌浆的效果;更进一步的是灌浆质量的优劣对预应力混凝土结构或构件的影响不能在短时间内反映出来,这就给施工人员提供了马虎作业的机会,从而易形成工程隐患。
灌浆材料的组成和配比是影响灌浆质量的最关键的因素,如果灌浆材料本身(内因)存在缺陷,即使有最先进的检测手段,也无法保证灌浆工艺的质量。当后张预应力钢束处于倾斜部位、多跨度弯曲状态和垂直状态时,水泥浆泌水会在泌水蒸发后形成空隙,使这部分的预应力钢束暴露在空气中而失去水泥浆对钢筋的保护作用。
灌浆工艺和灌浆机械对灌浆质量的影响也很大:
3.1灌浆施工时的环境温度、灌浆料的投料顺序、浆体的搅拌时间、灌浆的压力、速度、保压时间等,对灌浆的质量都有直接的影响。
3.2灌浆机械能否提供灌浆需要的压力,能否足以防止油、空气或其他杂质进入浆体而使浆体产生泡沫或离析,能否防止浆体或水流失等,也直接影响灌浆质量。
灌浆后的孔道浆体属于隐蔽工程,虽然浆体的泌水率、膨胀率和浆体硬化后的强度可以通过实验预先测定,但浆体孔道的充盈度却无法直接检测,必须借助先进的测试仪器进行非破损检测。根据相关文献,有学者曾采用过超声波、探地雷达或冲击回波法检测灌浆质量,检测效果较好,但这两种方法只能在测试厚度为200~400mm之间的结构或构件中进行,对尺寸更大的预应力混凝土构件则无法检测。
4. 预应力管道压浆状况对桥梁的影响
孔道灌浆是后张法预应力钢束防腐系统的一个重要部分,其质量好坏直接影响到防腐系统的功能。研究表明,在后张预应力混凝土结构中,预应力钢束的腐蚀多由孔道灌浆不密实引起预应力钢束防腐蚀失效,而灌浆不密实的一个主要原因是混合料配制不好和施工不规范。
4.1对安全性的影响。
管道压浆缺损将导致预应力钢束与混凝土间的粘结力降低,协同工作能力丧失,受力性能向无粘结预应力混凝土构件变化,这对于按有粘结预应力设计时普通钢筋较少的桥梁危害较大。
而无粘结预应力混凝土受弯构件与有粘结预应力混凝土受弯构件的性能有所区别。对于无普通钢筋的无粘结预应力混凝土受弯构件在破坏时最大弯矩区段内将只出现一条或几条裂缝,其中一条主裂缝一旦发生便立即扩展,其上部呈叉形,随着裂缝的开展中和轴上升,混凝土受压应变迅速增长,但预应力钢束的应变增加缓慢而挠度增加较快,最后无粘结受弯构件像带拉杆的扁拱那样破坏。
有粘结预应力混凝土梁在加载时,若混凝土与预应力钢束的粘结较好则两者的变形是一致的,在破坏状态该类构件最大弯矩区的裂缝分布均匀,间距较小。与相同配筋的无粘结预应力受弯构件相比,在相同持荷条件下有粘结预应力混凝土受弯构件开裂后的挠度较小,且极限承载力要前者高10%~30%。
4.2对适用性的影响。
孔道灌浆缺损对结构适用性影响较小,一方面由于其无法直观检查,其破损程度无法直观体现;另一方面,孔道灌浆缺损对结构刚度及动力特性的影响也不大。
4.3对耐久性的影响。
预应力钢束的锈蚀有有多方面原因,一般认为是孔道中的由于水、氧气、二氧化碳的存在造成了预应力钢束的锈蚀。造成这种锈蚀的原因主要是孔道灌浆不密实,其孔隙充满了钢束锈蚀所必需的各种有害物质。预应力孔道灌浆的密实性关系到预应力钢束使用寿命,特别是锚固区和连结点周围的密实性。很多工程实际情况表明,锈蚀一般都发生在这些部位。预应力钢束没有被灌浆的部分危害较大。因此预应力混凝土构件孔道灌浆缺损对结构耐久性的影响不可忽视。
5. 结论
本章研究内容主要从预应力管道压浆对结构产生的不利影响进行了分析。总结了管道压浆缺损的成因及对桥梁安全性、适用性及耐久性的影响。研究表明预应力管道压浆缺陷的桥梁的安全性、耐久性有较大的影响。严格把握灌浆材料、灌浆机械和灌浆工艺,是保证预应力管道压浆压密实饱满,从而保证预应力混凝土桥梁的质量。
[文章编号]1006-7619(2009)11-06-988
【关键词】预应力;桥梁;施工误差;管道压浆;结构影响
Research and analysis effects of prestressed pipe grouting defects for bridges
Wang Hong-fa1, Quan En-lei 1, Tian Jun2
(1. Shandong Huatong Road and Bridge Engineering Co., Ltd FeixianShandong273400;
2. Qingdao University if Technology Fei County campusLinyiShandong276000)
【Abstract】The laboratory's internal audit work and other internal quality control activities are organically combined, not to let the laboratory quality management system a mere formality.
【Key words】Internal Audit; Quality Management
1. 前言
20世纪50年代,我国在修建大量小跨径钢筋混凝土梁桥的同时,开始对预应力混凝土梁桥进行试验研究,于1956年在公路上建成了第一座跨径20m的预应力混凝土简支梁桥。随后,预应力混凝土简支梁桥在公路上获得广泛应用,近年来我国修建了大量的大、中跨径预应力混凝土桥梁,其数量在我国大、中跨径桥梁中占主导地位,这些在役的大、中跨径预应力混凝土桥梁中均存在不同程度的损伤、病害。其中病害之一就是预应力管道压浆缺陷。预应力管道压浆缺陷直接影响到预应力混凝土桥梁的正常使用性能、耐久性甚至是安全性。针对这些问题,本文进行预应力管道压浆缺陷对桥梁具体影响的研究分析。
2. 预应力管道压浆目的及主要作用
预应力混凝土孔道灌浆其作用主要有以下几点:一是减轻锚具负担,使预应力钢束与混凝土良好结合,保证它们之间预应力的有效传递,使预应力钢束与混凝土共同工作;二是排除孔道内的水分和气体,保护预应力钢束不外露而遭锈蚀,保证预应力混凝土结构或构件的安全寿命;三是消除预应力混凝土结构或构件在反复荷载作用下,由于应力变化对锚具造成的疲劳破坏,提高了结构的耐久性。
3. 预应力管道压浆缺陷的原因
影响灌浆质量的因素有很多,但主要因素一般认为是三点:即灌浆材料、灌浆机械和灌浆工艺。在灌浆施工中,使用一般的机械(通常是活塞式灰浆泵)将配制好的水泥浆注入预应力混凝土孔道,这项工作由于操作起来比较简单,没有太高的技术含量,因此,在过去的大量的有粘结预应力混凝土的施工中得不到重视甚至被疏忽。而且,灌浆工作无法用肉眼直接观察到水泥浆在预应力孔道中的行进过程及灌浆的效果;更进一步的是灌浆质量的优劣对预应力混凝土结构或构件的影响不能在短时间内反映出来,这就给施工人员提供了马虎作业的机会,从而易形成工程隐患。
灌浆材料的组成和配比是影响灌浆质量的最关键的因素,如果灌浆材料本身(内因)存在缺陷,即使有最先进的检测手段,也无法保证灌浆工艺的质量。当后张预应力钢束处于倾斜部位、多跨度弯曲状态和垂直状态时,水泥浆泌水会在泌水蒸发后形成空隙,使这部分的预应力钢束暴露在空气中而失去水泥浆对钢筋的保护作用。
灌浆工艺和灌浆机械对灌浆质量的影响也很大:
3.1灌浆施工时的环境温度、灌浆料的投料顺序、浆体的搅拌时间、灌浆的压力、速度、保压时间等,对灌浆的质量都有直接的影响。
3.2灌浆机械能否提供灌浆需要的压力,能否足以防止油、空气或其他杂质进入浆体而使浆体产生泡沫或离析,能否防止浆体或水流失等,也直接影响灌浆质量。
灌浆后的孔道浆体属于隐蔽工程,虽然浆体的泌水率、膨胀率和浆体硬化后的强度可以通过实验预先测定,但浆体孔道的充盈度却无法直接检测,必须借助先进的测试仪器进行非破损检测。根据相关文献,有学者曾采用过超声波、探地雷达或冲击回波法检测灌浆质量,检测效果较好,但这两种方法只能在测试厚度为200~400mm之间的结构或构件中进行,对尺寸更大的预应力混凝土构件则无法检测。
4. 预应力管道压浆状况对桥梁的影响
孔道灌浆是后张法预应力钢束防腐系统的一个重要部分,其质量好坏直接影响到防腐系统的功能。研究表明,在后张预应力混凝土结构中,预应力钢束的腐蚀多由孔道灌浆不密实引起预应力钢束防腐蚀失效,而灌浆不密实的一个主要原因是混合料配制不好和施工不规范。
4.1对安全性的影响。
管道压浆缺损将导致预应力钢束与混凝土间的粘结力降低,协同工作能力丧失,受力性能向无粘结预应力混凝土构件变化,这对于按有粘结预应力设计时普通钢筋较少的桥梁危害较大。
而无粘结预应力混凝土受弯构件与有粘结预应力混凝土受弯构件的性能有所区别。对于无普通钢筋的无粘结预应力混凝土受弯构件在破坏时最大弯矩区段内将只出现一条或几条裂缝,其中一条主裂缝一旦发生便立即扩展,其上部呈叉形,随着裂缝的开展中和轴上升,混凝土受压应变迅速增长,但预应力钢束的应变增加缓慢而挠度增加较快,最后无粘结受弯构件像带拉杆的扁拱那样破坏。
有粘结预应力混凝土梁在加载时,若混凝土与预应力钢束的粘结较好则两者的变形是一致的,在破坏状态该类构件最大弯矩区的裂缝分布均匀,间距较小。与相同配筋的无粘结预应力受弯构件相比,在相同持荷条件下有粘结预应力混凝土受弯构件开裂后的挠度较小,且极限承载力要前者高10%~30%。
4.2对适用性的影响。
孔道灌浆缺损对结构适用性影响较小,一方面由于其无法直观检查,其破损程度无法直观体现;另一方面,孔道灌浆缺损对结构刚度及动力特性的影响也不大。
4.3对耐久性的影响。
预应力钢束的锈蚀有有多方面原因,一般认为是孔道中的由于水、氧气、二氧化碳的存在造成了预应力钢束的锈蚀。造成这种锈蚀的原因主要是孔道灌浆不密实,其孔隙充满了钢束锈蚀所必需的各种有害物质。预应力孔道灌浆的密实性关系到预应力钢束使用寿命,特别是锚固区和连结点周围的密实性。很多工程实际情况表明,锈蚀一般都发生在这些部位。预应力钢束没有被灌浆的部分危害较大。因此预应力混凝土构件孔道灌浆缺损对结构耐久性的影响不可忽视。
5. 结论
本章研究内容主要从预应力管道压浆对结构产生的不利影响进行了分析。总结了管道压浆缺损的成因及对桥梁安全性、适用性及耐久性的影响。研究表明预应力管道压浆缺陷的桥梁的安全性、耐久性有较大的影响。严格把握灌浆材料、灌浆机械和灌浆工艺,是保证预应力管道压浆压密实饱满,从而保证预应力混凝土桥梁的质量。
[文章编号]1006-7619(2009)11-06-988