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摘要：隨著時代的發展、科技的進步，中國造橋技術突飛猛進，從隋朝匠師李春設計建造的趙州橋，到在蘇聯專家幫助下建造的武漢長江大橋，再到中國自主設計建造的南京長江大橋，甚至現在的“世紀工程”珠港澳大橋，一座座橋梁的里程碑，見證了中國造橋技術的發展，亦體現了中國科技技術的進步。預應力作為橋梁的一個重要組成部分，其性能對橋梁的質量尤為關鍵。鑒于此，文章對預應力在橋梁工程的應用進行探討和分析。
關鍵詞：橋梁；預應力；結構
非預應力橋梁在橋梁自重和外部荷載的作用下，梁板會產生彎曲變形，再加上混凝土受壓不拉的特性，板底會產生裂縫，更有甚者會開裂，而預應力恰恰能很大程度上解決這一問題。由于實現給混凝土一個壓力，促使混凝土受拉區域受壓，當橋梁受到自重或外部荷載的作用下，首先需要抵消受拉區域原來預設的壓力，隨著荷載的不斷增加，使混凝土收拉，這樣就大大增加了橋梁的受載能力，同時限制了混凝土的拉伸，延緩或消除裂縫的出現。
1縱向、橫向、豎向預應力的作用
1.1縱向預應力
縱向預應力是預應力混凝土多夸連續梁施工的核心，其主要目的是確保足夠的預壓應力儲備，防止出現受拉裂縫。縱向預應力的配束方案根據梁在恒載和活載的作用下形成的彎矩包絡圖而確定。橋梁的預拱度主要是由縱向預應力控制的，橫向預應力的準確性直接影響橋梁竣工后線形能否符合設計線型，同時影響橋梁結構安全或縮短橋梁使用壽命。根據預應力作用下橋梁擾度的基本運算原理，預應力型鋼混凝土受彎構件的擾度由使用荷載產生的下擾度f1和預應力引起的上擾度f2兩部分組成，預應力型鋼混凝土框架跨中的總擾度為f=f1-f2。由此可見，只有縱向預應力所產生的上撓度可以抵消荷載引起的下撓度，從而可以更好地保證橋梁線型、安全及使用壽命。由此可見，縱向預應力不僅會引起縱向變形，同時會導致橫向變形，并且橫向變形會隨著縱向變形的增加而增加。因此，需要提高縱向預應力張拉質量的同時提高橫向預應力張拉質量，以便保證二者之間的協調性、合理性及影響程度，預防橋梁工程因施工不當引起變形過大而造成橋梁線型的合理或結構形式的損傷。綜上所述，檢測控制縱向預應力張拉質量，使其滿足設計要求，是保證整個橋梁結構安全的一條重要手段。
1.2橫向預應力
根據泊松比縱向預應力造成橫向變形，有可能造成板面形成縱向裂縫，特別是對于寬箱梁、長懸臂的截面影響尤為突出。橫向預應力能夠在很大程度上制止或緩解這一情況的發生，同時橫向預應力增加了橋梁面板的橫向穩定性。橫向預應力主要是針對橋梁的頂板，倘若不設置橫向預應力，橋梁在自身或外部荷載的作用下將會導致頂板開裂，此時針對頂板增加橫向預應力，可以對頂板施加預壓力控制或制止裂縫，橫向預應力主要是針對環框計算而言，主要是保證橋梁局部不出問題，根據環框計算而設置所需橫向預應力。
1.3豎向預應力
在提高斜截面抗剪承載力和控制主拉應力這2個方面，豎向預應力起著至關重要的作用。當橋梁受到自身荷載和外部荷載的作用下，橋梁會產生一個彎矩，在截面上的反映是上面受壓，下面受拉，那么截面上下就會形成錯位的趨勢，在截面上產生縱向剪切。當剪切過大時，會造成橋梁側面形成裂縫，豎向預應力的作用恰恰可以抵抗或緩解側面拉裂，同時使荷載作用下的主拉應力減小。由于豎向預應力長度較短預應力損失較大，因此在施工過程中應考慮安全富余量。
2有效預應力
有效預應力是維持橋梁使用壽命的保證，也是控制橋梁結構性能質量的關鍵，若有效預應力不能起到其應有的作用，對橋梁結構的安全使用性能存在隱患。有效預應力的大小受多種因素的影響，包括施工工藝、外界環境、材料技術性能等，所以要對各階段的預應力損失取值誤差做出合理的估算，以確定有效預應力。由于影響有效預應力的原因太多，因此橋梁預應力工程技術難度大、過程控制嚴格、質量安全風險高，若有效預應力出現缺陷，有可能造成橋梁跨中嚴重下擾，梁體出現裂縫甚至斷裂，嚴重影響橋梁的正常使用，增加養護成本。
3預應力損失
預應力的損失可分為長期損失和瞬時損失這2個方面，其中長期損失主要包括混凝土收縮、混凝土徐變、預應力筋松弛，瞬時損失主要包括錨具變形和預應力筋內縮、預應力筋與孔道之間摩擦阻力。
3.1混凝土收縮
混凝土收縮主要是因為混凝土凝結初期或者硬化出現的，其產生因素只與時間有關，混凝土收縮往往導致混凝土軸向方向的縮短產生預應力損失，這一因素將會對橋面的線形產生影響，同時有可能導致跨中下擾?；炷翗蛄簲_度的變化會導致橋面縱坡的變化，直接影響橋梁的運營質量。
3.2混凝土徐變
混凝土徐變有兩個主要原因：首先，當施加在混凝土構件上的應力不大時，具有黏性流動性的水泥凝膠在長期荷載作用下會產生黏性流動；其次當施加在混凝土構件上的應力較大時，混凝土中的微裂縫將承受長期荷載不斷延伸和發展。一旦混凝土徐變，就會引起橋梁的長期變形，導致預應力損失，進而對預應力混凝土的施工和運營產生較大影響。
3.3預應力筋松弛
當預應力筋處于一定的受拉狀態時，會導致預應力筋的伸長量隨時間增加，其中的預應力會隨時間減小，從而造成一定量的預應力損失。當預應力筋的松弛超過一定程度時，將會導致橋梁下擾和裂縫，故一般在預應力施工時會采取超張拉，或者設計采用低松弛鋼絞線或鋼絲。
3.4錨具變形和預應力筋內縮
由于預應力處于張拉狀態，錨具在錨固時會承受很大的壓力，這會導致錨具變形，同時會導致混凝土接縫縫隙變形導致預應力筋內縮，出現預應力損失，通常采用減少墊板塊數或增加臺座長度來減小預應力的損失。
3.5預應力筋與孔道之間摩擦阻力
由于孔道不光滑，張拉預應力筋的時候，預應力筋和孔道內壁之間會產生摩擦，導致預應力損失。在施工過程中，預應力的損失可以通過過度張拉、兩端張拉和預應力表面的潤滑涂層來減少。
4預應力現狀
4.1同束預應力
預應力筋的滑絲形成主要是由錨圈錐孔和夾片之間有雜物，力筋和千斤頂卡盤表面存在油污；錨下墊板喇叭口內殘留物；錨具偏離下墊板止口等造成的。預應力筋張拉的過程中由于孔道、錨圈、千斤頂不在一條直線上，造成預應力筋受力不均勻，個別鋼筋應力集中導致預應力筋斷絲，錨圈口分絲時交叉重疊、限位板的限位深度太小也是導致斷絲的因素；由于斷絲和滑絲，預應力筋不能發揮其應有的作用，有可能導致橋梁的承載能力不滿足要求。在工程施工過程中，當斷絲和滑絲在規范允許的范圍內，一般通過超張拉來彌補預應力損失，但當超過規范值時必須卸錨，重新換預應力筋。
4.2異束預應力
分批張拉時，前批次張拉的預應力筋必然會受到后批次張拉預應力筋的影響，并且這種影響不是純粹的遞增或遞減關系，是沒有任何規律可言的。當最后一批次預應力筋張拉完成后，先前張拉的預應力筋因受后面預應力筋張拉的影響，其預應力值均不再是施工時張拉的值。
4.3實際預應力和設計預應力不一致
預應力的大小受很多因素的影響，由于這些因素絕大多數不能通過計算而得到準確值，從而造成實際的預應力不能和設計預應力不一致，當預應力過大，有可能預應力筋的破壞，從而導致橋梁變形過大或出現裂縫。當預應力過小，導致預應力不足，引起橋梁的下擾，甚至影響橋梁的安全性。
5總結
有效預應力主要針對的是橋梁的上部結構，因此，在應該用預應力的時候不僅僅需要考慮結構性能，還需要配合環境景觀協調性、行車安全平穩性、高強度的抗震性能等。若預應力使用恰當，不僅能提高橋梁的結構性能和工程質量，還可以大幅度減小結構自重，降低鋼筋和混凝土的含量，從而減少工程成本，而橋梁也顯得輕巧美觀。當預應力的使用偏離時，不僅會浪費材料，造成橋面開裂，甚至可能破壞整個橋梁的結構穩定性，所以預應力對橋梁工程具有重大意義。為盡可能地避免橋梁因受各種因素的影響而出現損壞，人們越來越關注如何充分發揮預應力對橋梁的積極作用，因此，未來預應力在新材料、新設備、新技術、新工藝的發展空間很大。
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作者:黃華 裴志勇 單位:中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
