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摘要：随着时代的发展、科技的进步，中国造桥技术突飞猛进，从隋朝匠师李春设计建造的赵州桥，到在苏联专家帮助下建造的武汉长江大桥，再到中国自主设计建造的南京长江大桥，甚至现在的“世纪工程”珠港澳大桥，一座座桥梁的里程碑，见证了中国造桥技术的发展，亦体现了中国科技技术的进步。预应力作为桥梁的一个重要组成部分，其性能对桥梁的质量尤为关键。鉴于此，文章对预应力在桥梁工程的应用进行探讨和分析。
关键词：桥梁；预应力；结构
非预应力桥梁在桥梁自重和外部荷载的作用下，梁板会产生弯曲变形，再加上混凝土受压不拉的特性，板底会产生裂缝，更有甚者会开裂，而预应力恰恰能很大程度上解决这一问题。由于实现给混凝土一个压力，促使混凝土受拉区域受压，当桥梁受到自重或外部荷载的作用下，首先需要抵消受拉区域原来预设的压力，随着荷载的不断增加，使混凝土收拉，这样就大大增加了桥梁的受载能力，同时限制了混凝土的拉伸，延缓或消除裂缝的出现。
1纵向、横向、竖向预应力的作用
1.1纵向预应力
纵向预应力是预应力混凝土多夸连续梁施工的核心，其主要目的是确保足够的预压应力储备，防止出现受拉裂缝。纵向预应力的配束方案根据梁在恒载和活载的作用下形成的弯矩包络图而确定。桥梁的预拱度主要是由纵向预应力控制的，横向预应力的准确性直接影响桥梁竣工后线形能否符合设计线型，同时影响桥梁结构安全或缩短桥梁使用寿命。根据预应力作用下桥梁扰度的基本运算原理，预应力型钢混凝土受弯构件的扰度由使用荷载产生的下扰度f1和预应力引起的上扰度f2两部分组成，预应力型钢混凝土框架跨中的总扰度为f=f1-f2。由此可见，只有纵向预应力所产生的上挠度可以抵消荷载引起的下挠度，从而可以更好地保证桥梁线型、安全及使用寿命。由此可见，纵向预应力不仅会引起纵向变形，同时会导致横向变形，并且横向变形会随着纵向变形的增加而增加。因此，需要提高纵向预应力张拉质量的同时提高横向预应力张拉质量，以便保证二者之间的协调性、合理性及影响程度，预防桥梁工程因施工不当引起变形过大而造成桥梁线型的合理或结构形式的损伤。综上所述，检测控制纵向预应力张拉质量，使其满足设计要求，是保证整个桥梁结构安全的一条重要手段。
1.2横向预应力
根据泊松比纵向预应力造成横向变形，有可能造成板面形成纵向裂缝，特别是对于宽箱梁、长悬臂的截面影响尤为突出。横向预应力能够在很大程度上制止或缓解这一情况的发生，同时横向预应力增加了桥梁面板的横向稳定性。横向预应力主要是针对桥梁的顶板，倘若不设置横向预应力，桥梁在自身或外部荷载的作用下将会导致顶板开裂，此时针对顶板增加横向预应力，可以对顶板施加预压力控制或制止裂缝，横向预应力主要是针对环框计算而言，主要是保证桥梁局部不出问题，根据环框计算而设置所需横向预应力。
1.3竖向预应力
在提高斜截面抗剪承载力和控制主拉应力这2个方面，竖向预应力起着至关重要的作用。当桥梁受到自身荷载和外部荷载的作用下，桥梁会产生一个弯矩，在截面上的反映是上面受压，下面受拉，那么截面上下就会形成错位的趋势，在截面上产生纵向剪切。当剪切过大时，会造成桥梁侧面形成裂缝，竖向预应力的作用恰恰可以抵抗或缓解侧面拉裂，同时使荷载作用下的主拉应力减小。由于竖向预应力长度较短预应力损失较大，因此在施工过程中应考虑安全富余量。
2有效预应力
有效预应力是维持桥梁使用寿命的保证，也是控制桥梁结构性能质量的关键，若有效预应力不能起到其应有的作用，对桥梁结构的安全使用性能存在隐患。有效预应力的大小受多种因素的影响，包括施工工艺、外界环境、材料技术性能等，所以要对各阶段的预应力损失取值误差做出合理的估算，以确定有效预应力。由于影响有效预应力的原因太多，因此桥梁预应力工程技术难度大、过程控制严格、质量安全风险高，若有效预应力出现缺陷，有可能造成桥梁跨中严重下扰，梁体出现裂缝甚至断裂，严重影响桥梁的正常使用，增加养护成本。
3预应力损失
预应力的损失可分为长期损失和瞬时损失这2个方面，其中长期损失主要包括混凝土收缩、混凝土徐变、预应力筋松弛，瞬时损失主要包括锚具变形和预应力筋内缩、预应力筋与孔道之间摩擦阻力。
3.1混凝土收缩
混凝土收缩主要是因为混凝土凝结初期或者硬化出现的，其产生因素只与时间有关，混凝土收缩往往导致混凝土轴向方向的缩短产生预应力损失，这一因素将会对桥面的线形产生影响，同时有可能导致跨中下扰。混凝土桥梁扰度的变化会导致桥面纵坡的变化，直接影响桥梁的运营质量。
3.2混凝土徐变
混凝土徐变有两个主要原因：首先，当施加在混凝土构件上的应力不大时，具有黏性流动性的水泥凝胶在长期荷载作用下会产生黏性流动；其次当施加在混凝土构件上的应力较大时，混凝土中的微裂缝将承受长期荷载不断延伸和发展。一旦混凝土徐变，就会引起桥梁的长期变形，导致预应力损失，进而对预应力混凝土的施工和运营产生较大影响。
3.3预应力筋松弛
当预应力筋处于一定的受拉状态时，会导致预应力筋的伸长量随时间增加，其中的预应力会随时间减小，从而造成一定量的预应力损失。当预应力筋的松弛超过一定程度时，将会导致桥梁下扰和裂缝，故一般在预应力施工时会采取超张拉，或者设计采用低松弛钢绞线或钢丝。
3.4锚具变形和预应力筋内缩
由于预应力处于张拉状态，锚具在锚固时会承受很大的压力，这会导致锚具变形，同时会导致混凝土接缝缝隙变形导致预应力筋内缩，出现预应力损失，通常采用减少垫板块数或增加台座长度来减小预应力的损失。
3.5预应力筋与孔道之间摩擦阻力
由于孔道不光滑，张拉预应力筋的时候，预应力筋和孔道内壁之间会产生摩擦，导致预应力损失。在施工过程中，预应力的损失可以通过过度张拉、两端张拉和预应力表面的润滑涂层来减少。
4预应力现状
4.1同束预应力
预应力筋的滑丝形成主要是由锚圈锥孔和夹片之间有杂物，力筋和千斤顶卡盘表面存在油污；锚下垫板喇叭口内残留物；锚具偏离下垫板止口等造成的。预应力筋张拉的过程中由于孔道、锚圈、千斤顶不在一条直线上，造成预应力筋受力不均匀，个别钢筋应力集中导致预应力筋断丝，锚圈口分丝时交叉重叠、限位板的限位深度太小也是导致断丝的因素；由于断丝和滑丝，预应力筋不能发挥其应有的作用，有可能导致桥梁的承载能力不满足要求。在工程施工过程中，当断丝和滑丝在规范允许的范围内，一般通过超张拉来弥补预应力损失，但当超过规范值时必须卸锚，重新换预应力筋。
4.2异束预应力
分批张拉时，前批次张拉的预应力筋必然会受到后批次张拉预应力筋的影响，并且这种影响不是纯粹的递增或递减关系，是没有任何规律可言的。当最后一批次预应力筋张拉完成后，先前张拉的预应力筋因受后面预应力筋张拉的影响，其预应力值均不再是施工时张拉的值。
4.3实际预应力和设计预应力不一致
预应力的大小受很多因素的影响，由于这些因素绝大多数不能通过计算而得到准确值，从而造成实际的预应力不能和设计预应力不一致，当预应力过大，有可能预应力筋的破坏，从而导致桥梁变形过大或出现裂缝。当预应力过小，导致预应力不足，引起桥梁的下扰，甚至影响桥梁的安全性。
5总结
有效预应力主要针对的是桥梁的上部结构，因此，在应该用预应力的时候不仅仅需要考虑结构性能，还需要配合环境景观协调性、行车安全平稳性、高强度的抗震性能等。若预应力使用恰当，不仅能提高桥梁的结构性能和工程质量，还可以大幅度减小结构自重，降低钢筋和混凝土的含量，从而减少工程成本，而桥梁也显得轻巧美观。当预应力的使用偏离时，不仅会浪费材料，造成桥面开裂，甚至可能破坏整个桥梁的结构稳定性，所以预应力对桥梁工程具有重大意义。为尽可能地避免桥梁因受各种因素的影响而出现损坏，人们越来越关注如何充分发挥预应力对桥梁的积极作用，因此，未来预应力在新材料、新设备、新技术、新工艺的发展空间很大。
参考文献：
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作者:黄华 裴志勇 单位:中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
