【摘要】本文第一作者在综合研究现有主要预应力混凝土技术优点的条件下，提出一种新型的预应力混凝土---横张预应力混凝土。文中概要介绍了横张预应力混凝土的施工方法、原理及近期研究情况，研究和实践表明横张预应力混凝土在保持常规后张预应力混凝土良好的力学特性的条件下，能明显节省钢材、简化工艺、提高工效，具有明显的技术经济效益。
关键词 横张预应力混凝土 技术效益 经济效益 研究概况
一、引言
本文第一作者自80年代初开始从事预应力混凝土结构的研究，在近20年中，先后参与和主持完成了3个国家级、5个省部级及十余个横向课题中有关预应力混凝土结构的研究，完成了
100金根先张法、后张有粘结及无粘结预应力混凝土梁的静力和疲劳破坏试验，对各型预应力混凝土梁的工艺及性能进行了系统深入的研究，发现国内外常用的预应力混凝土技术中，每一种技术虽在某一（些）方面具有其优势，但在另一（些）方面亦存在明显的不足。于是，自90年代初即致力于寻求一种全面兼顾良好的使用性能、用料的经济性和施工的简易性的预应力混凝土技术。于1993年将预弯复合梁原理应用于钢筋混凝土梁中，率先提出并研制成功了"预弯预应力钢筋混凝土梁"，先后成功地应用于德阳雄湖大桥等三座桥梁中，获得1996年交通部科技进步三等奖和重庆市科技进步二等奖。1995年重庆市科委向国家科委推荐"预弯预应力钢筋混凝土梁性能试验研究"项目，经审批后列入国家科委下达的"1995年国家级地方重点攻关计划"，计划项目编号为：95一5A-03。在进一步的研究中，针对预弯预应力钢筋混凝土梁需预加载和存在裂缝的缺陷，于1994年提出将预弯预应力钢筋混凝土梁通过预加载条件下二次浇注混凝土来建立预应力转变为以梁底为反力承压面，沿垂直干力筋的竖向张拉钢未来建立预应力，从而形成了"横张预应力混凝土梁"的构思，并就此征求了科研、设计和施工方面众多专家的意见，确认"横张预应力混凝土梁"能在保持良好力学性能的条件下既节省了钢材，又简化了工艺，具有明显的技术经济优势。特此报请项目主管部门批准，签定了科技计划项目修改合同，将原计划研究内容更改为"横张预应力混凝
土梁工艺及性能试验研究"，由重庆交通学院和重庆高级公路建设指挥部等四家单位联合完成；之后，在交通部、重庆市科委和市交通局的大力支持下，先后开展了"报张预应力混凝土设计原理及成套技术研究"、"演张预应力混凝土在桥梁工程中的应用研究"、"演张预应力混凝土梁疲劳试验研究"、"红槽房大桥长期性能监测"和"演张预应力混凝土连续梁桥的理论与应用研究"。目前，正着手进行交通部下达的《横张预应力混凝土桥梁设计规程》编制工作。
二、撞张预应力混凝土的基本概念
1．演张预应力混凝土的构思
作者于1992年将预弯复合梁原理应用于钢筋混凝土梁中，提出并研制成功预弯预应力钢筋混凝土梁，在进一步研究和实践中，针对其存在的问题，于1994年提出"演张预应力混凝土梁"的构想；将预弯预应力钢筋混凝土梁通过预加载条件下二次浇注混凝土来建立预应力转变为以梁底为反力承压面，沿垂直于力筋的竖向张拉预应力钢柬来建立预应力。将先张法的粘结力自锚--省去专用锚具，后张法的以梁体自身为张拉预应力钢来的反力承压体一一无需专用预制场、张拉台座和吊运设备，体外预应力的在混凝土梁体夕张拉预应力钢束--避免了管道摩阻引起的预应力损失，旧梁加固中曾采用的竖向紧固力筋法--用较小的竖向拉力在力筋纵向获得较大的拉力等已有常用预应力混凝土技术的优点有机地融于一体。
2．制作工艺及预应力原理
横张预应力混凝土梁（以箱型梁为例）的制作工艺及预应力原理（图1）如下：
（l）制作混凝土梁体，在箱型梁腹板内设预留明槽，在明精内的设定高度处直线布置预应力钢束（图11的虚线所示），其两端伸入先浇梁体混凝土作为粘结锚固区段；
（2）安装张拉设备，以梁底为反力承压面沿竖向张拉预应力钢束至设计位置，梁体混凝土即在钢束伸长受拉的同时获得相应的预应力；
（3）插入钢插销以锁定预应力钢束的位置，卸除千斤顶等张拉设备后灌注预留明槽的混凝土。
3．与现有预应力混凝土技术的比较
国内外上建工程中常用的预应力混凝土技术有：
（1）先张法预应力混凝土：工艺相对简单，无需专用锚具，但需专门的预制场地、张拉合座和吊运就位设备，故一般仅适用于中小型构件；
（2）常规后张预应力混凝土：无需专门的预制场地、张拉台座和吊运就位设备，力筋布置和张拉较灵活，在桥梁工程中广泛采用，但工艺复杂，技术要求高，预应力损失大，管道压浆质量难以保证；
（3）无粘结预应力及体外来预应力混凝土：较常规后张预应力混凝土省去了成孔、穿束，压浆等工序，施工相对简单，但结构的力学性能有明显降低；
（4）旧梁加固曾用的竖向紧固钢筋法：能以较小的竖向拉力使钢筋获得较大的纵向拉力，加固效果好，但施工复杂，技术要求高，以致很少采用；
（5）预弯预应力复合梁：建筑高度小，自重轻、跨越能力较大，但其用钢量巨大，工艺复杂，所需预加载设备庞大且周转率低，目前仅在部分国家有少量应用。
鉴于桥梁工程通常为大型结构的特点，目前国内外桥梁建设中均主要采用后张法预应力混凝土，演张预应力混凝土技术属后张法系列，与常规后张预应力混凝土相比具有：
（1）改传统的预留孔道为预留明槽：可节省成孔、定位材料及其工序；避免了由管道摩阻引起的预应力损失；避免了管道压浆质量不定性及其危害；
（2）改专用锚具锚固为粘结力自锚：节省了专用锚具、部分局部加强钢筋，预应力来无需伸出的张拉操作长度而节省了部分预应力钢筋；
（3）改纵向张拉为横向张拉：演张力仅需纵张力的1/5~1/7即可达到同等预应力效果，能将必须多次重复进行的纵向张拉简化为一次性横向张拉；避免了由分批张拉产生弹性压缩引起的预应力损失；避免了梁端张拉所需的操作空间，相邻跨梁的建造互不干扰。
综上所述，根张预应力混凝土因节省了波纹管、灌浆料、锚具、锚下加强钢筋及部分预应力钢筋，可降低主梁造价20％～30％，具有明显的经济效益；避免了管道摩阻和分批张拉引起的预应力损失，可使有效预应力提高10％～20％，相应的张拉控制应力由常规张拉的（含超张拉）可降低到
以下，提高了钢束张拉的安全储备；以灌注明槽混凝土取代了管道压浆，易于保证梁体质量和耐久性，具有明显的技术效益放常规预应力混凝土的多次重复工序为一次性工序，简化了工艺及张拉设备，提高了工效，具有良好的社会效益。
横张预应力混凝土综合了先张法与后张法、体内束与体外来、有粘结与无粘结预应力混凝土技术的主要优点，全面兼顾了良好的使用性、施工的简易性及用料的经济性，具有很好的综合技术经济效益。
三、现有研究工作
在"演张预应力混凝土"的构思成熟并获准国家科委下达的1995年国家级地方重点攻关计划（横张预应力混凝土梁工艺及性能试验研究）后，由重庆交通学院、重庆市高速公路建设有限责任公司、重庆市公路工程监理处、重庆市渝通公路工程总公司等四家单位联合组成了横张预应力混凝土专题研究课题组，先后开展了如下工作：
1．在对已有预应力混凝土技术进行全面深入剖析的基础上，率先提出全面兼顾常用预应力混凝土技术优点的"横张预应力混凝土"技术，并以重庆一长寿高速公路红槽房大桥为依托工程开展研究；
2．进行计算机模拟分析，并就横张预应力混凝土梁的构想广泛地征求有关科研、设计和施工单位的意见，论证其在理论上的正确性和合理性；
3．设计理论研究，针对依托工程提出初步的《根张预应力混凝土梁设计计算方法》：
（1）查阅资料文献，确定以常用的高强低松弛钢绞线作为预应力筋，对钢绞线的几何构成及力学特性进行分析，提出具有安全储备的横张控制应力上限；
（2）对横张过程建立简化的计算模型，提出有效预应力的实用计算方法，并以计算机模拟分析结果进行校正；
（3）参考现行《公桥规》计算方法，结合演张预应力混凝土的特点，提出横张预应力混凝土梁在施工阶段和使用阶段的应力计算、抗裂计算以及各区段的强度计算方法。
（4）对预应力钢来的粘结锚固区、张拉时的局部承压区和张拉后的插销定位区局部用非线性有限元分析，提出局部加强构造措施；
4．工艺流程研究，拟定了一套模张预应力混凝土梁施工工艺，编制了初步的《横张预应力混凝土梁施工技术要求》；
5．配套设备研制，研制出一整套横张设备及定位配件；
6．工艺试验研究
完成了30m跨径横张预应力混凝土T型梁（足尺试验梁）和5m跨径横张预应力混凝土小梁的制作工艺全过程试验研究，并对横张过程进行了现场测试，取得如下进展：
（1）完善和丰富了《横张预应力混凝土梁施工技术要求》；
（2）通过多次试验和改进，研制出一整套可操作性较强的横张设备及定位配件；
（3）完善和丰富了施工期间预应力损失估算和有效预应力的计算方法；
（4）总结编制了针对T型梁桥的《演张预应力混凝土梁质量检验条文》；
（5）论证了横张预应力混凝土技术在实践上的可行性和合理性。
7．受载性能试验研究，对30m跨径横张预应力混凝土试验梁进行了现场加载试验，首先对梁进行了六次零至使用荷载的重复加载试验，然后加载至开裂，再加载至破坏；加载过程中对梁的变形、混凝土应变、普通钢筋应变、预应力混凝土钢柬应变、抗裂强度、裂缝开展和破坏情况进行了全面测试。结果表明：
（1）开裂前实测挠度值与按全截面刚度（含后浇明槽混凝土）得到的挠度理论计算值吻合较好，证明横张预应力混凝土梁具有足够的刚度；
（2）卸载后梁的残余变形为1～0.lmm，表明其具有很强的弹性恢复能力；
（3）实测开裂弯矩与理论预期弯矩值相吻合，证明了其预期的预应力效果；
（4）裂缝开展和破坏表现与高质量的常规预应力混凝土梁的情况无异；
（5）人工凿开后浇明槽混凝土查明，其与预应力钢绞线及先浇梁体混凝土结合很好；
（6）完善和丰富了横张预应力混凝土梁的设计理论及构造措施；
8．开展了演张预应力混凝土技术在桥梁中的应用研究
（1）设计并建成了第一座横张预应力混凝土T型梁桥（渝长高速公路红槽房大桥）；对其实施的前5根梁进行了现场监控，酌情调整了张拉时承压钢垫板的厚度和定位配件形式；完善了T型梁的实施细则，使后续施工得以顺利进行；
（2）利用横张预应力混凝土张拉效率高的优势，创造性地提出全跨一次性浇注混凝土，一次性同步竖向张拉的新工艺；提出了在腹板中设置预留明槽的实施方法；设计并建成了第一座横张预应力混凝土空心板桥（渝长高速公路徐家沟大桥）；对其施工的第一跨和最后一跨空心板桥进行了现场监控；完善了横张预应力混凝土空心极的实施细则；
（3）首次采用横张预应力混凝土箱型梁对既有钢筋混凝土梁桥进行拓宽加固改造，设计并指导实施了四川省荥经大桥的改造工程；
（4）创造性地构思和设计了横张预应力混凝土连续梁桥（重庆重家院子人行天桥），进一步拓展了演张预应力混凝土技术的应用范围；
（5）演张预应力混凝土的设计理论、施工工艺问套设备及实施细则在上述造工程实践中得到进一步发展和完善。
9．疲劳性能研究：对横张预应力混凝土梁桥从理论上进行了疲劳分析，结果表明在设计荷载下不产生疲劳破坏；演张预应力混凝土梁的疲劳破坏试验正在进行中；
10．长期性能研究：自1999年3月开始对已建成的红槽房大桥进行长期性能监测，目前正与重庆大学联合研制桥梁性态的远程智能监测系统，已有的监测数据表明桥梁工作正常。
于1996年12月和1999年5月分别就"横张预应力混凝土梁工艺及性能试验研究"和"横张预应力混凝土技术在T型梁和箱型梁（板）桥中的应用研究"进行了鉴定，得到与会专家的高度评价，被列入1998年交通部科技成果推广应用推荐项目，获得1999年度重庆市科技进步一等奖，"横张预应力混凝土桥梁设计规程"正式列入交通部1999年度公路建设标准、规范、定额等编制、修订工作计划中。
四、结语
作者率先提出并研制成功的横张预应力混凝土与常规后张预应力混凝土相比，具有如下三大特点：
（l）改预留孔道为预留明槽（节省成孔和定位材料及工序，减小预应力损失）；
（2）改专用锚具锚固为粘结力自锚（节省锚具、局部加强钢筋和部分预应力筋）；
（3）改纵向张拉为横向张拉（仅需1／5～1／7的拉力即达同等效果，降低设备要求，提高工效）。
故横张预应力混凝土技术在其适用范围内具有明显的技术、经济和社会效益。
课题组经过近六年的研究工作，主要取得如下成果：
（1）提出一套预应力混凝土技术，开展了试验和理论研究，针对试点工程首次编制了： ①《横张预应力混凝土梁设计计算方法》；②《演张预应力混凝土梁施工技术要求》；③《演张预应力混凝土梁质量检验条文》；
（2）研制出一整套安全可靠、操作简易的演张设备及定位配件；
（3）提出了施工中保证钢束安装长度和伸直度，腹板中预留明槽的具体措施；明确了粘结锚固区、局部承压区和插销定位区的局部构造要求；
（4）设计并成功地建造了第一座横张预应力混凝土T型梁桥、空心板桥和箱型梁桥；
（5）设计了第一座人行横张预应力混凝土连续梁桥，创造性地提出：分区段采用无粘结束和有粘结束来适应该类桥梁的受力及施工特点；通过固定件达到实现逐跨横张和根据受力需要调节各跨钢柬预应力的目的。
（6）本课题组正着手进行交通部行业标准《横张预应力混凝土桥梁设计规范》的编制工作。
横张预应力混凝土作为一种新型的预应力技术经历了构思、研究到实际应用的过程，正向成熟化迈进，我们恳请各位同行们的批评指正，也衷』乙地欢迎对此有兴趣的同行们共同研究。
参考文献
［l］周志祥．预应力混凝土新技术探索．重庆交通学院学报，1999，No．4
［2」周志祥，徐谋，李祖伟，李洪霞．横张预应力混凝土梁试验研究．重庆交通学院学报，1999，No.4
［3］周志祥，徐谋，李祖伟，黄钢．横张预应力混凝土技术的应用研究．重庆交通学院学报，1999，No．4
