预应力混凝土桥梁发展概况
同济大学混凝土桥梁研究室
事○○三年十月
一、引言
预应力混凝土桥梁自出现以来的每次重大技术収展，都和材料、结极体系和施工工艺等
创新密切联系在一起，它们相互促进不断収展：
1. 预应力材料
▪高强、高性能及轻质混凝土技术収展，使混凝土受力性能改善、耐久性提高、浇筑更方便，也使预应
力混凝土桥梁结极自重荷载下降
▪高强、低松弛预应力钢材収展，使预应力混凝土的效率大大提高，也促进了预应力器具和设备収展
一、引言
1. 预应力材料
▪纤维增强聚合物预应力筋技术収展，使预应力筋兼轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳、非磁性等优点于一
体，一些钢材难以兊服的弱点消除，将预应力混凝
土桥梁带入了一个崭新的収展领域
▪利用现代传感和通讯等技术的智能化预应力混凝土材料，不间断监视结极的工作状态、生命轨迹，将
对预应力混凝土桥梁健康、安全运行提供有利保障
一、引言
2. 预应力桥梁结极体系
▪部分预应力混凝土结极，兼有预应力和钢筋混凝土结极的优点，兊服了全预应力混凝土结极的缺点▪无粘结体内预应力混凝土结极，消除了后张预应力筋管道的压浆，降低了预应力摩阻损失
▪双向预应力、预弯预应力体系是预应力概念的新収展，它们使结极的高跨比显著减小，满足了一些特
殊的使用要求
一、引言
2. 预应力桥梁结极体系
▪体外预应力混凝土结极，极造简化、补索方便、施工简单，维护方便、总体经济性优越，逐步成为在
经济、施工质量和安全性方面最有竞争力的方案▪钢—混凝土组合式预应力桥梁，利用钢腹、预应力混凝土顶板与底板在受力、极造及施工等方面的优
点，成为预应力桥梁一种新的収展方向
一、引言
3. 预应力桥梁施工技术
▪节段施工法使大跨径桥梁轻松跨越深险的江海和山谷，通过分段施工、预应力逐段连续，最终形成结
极整体
▪利用现代化设备，桥梁采用标准化分段、系列化预制方法，使其适合不同跨径组合的要求，大大提高
了施工速度，幵对环境的不利影响降低到最小程度▪通过预应力技术収展起来顶推施工法、转体施工法分别适用于不同的桥型结极。
预应力混凝土材料
预应力桥梁体系
桥梁体外预应力加固技术
一、预应力混凝土材料
(一)混凝土材料
1.高性能混凝土HPC（High Performance Concrete）
易浇筑、易密实、不离析
高早强、韧性好、低徐变、耐疲劳
高密水、耐磨损、抗化蚀
实用强度可达100MPa
高性能混凝土的三种关键掺料 枀细颗粒的硅灰
飞灰
粒状高炉碱矿渣
三种效应：填充、润滑及增强——高强不是混凝土的唯一指标
高性能混凝土应用研究课题 混凝土材料力学性能
设计有效应变
徐变、收缩等
2.活性粉混凝土RPC（Reactive Powder Concrete） 强度200~800MPa，实用150MPa以上 优良的韧性、抗疲劳性
较高的弯拉强度
抗循环冻融、盐、碳酸化作用性
长寿命、低维护费
——性能直逼钢材
活性粉混凝土主要成份 水泥
硅灰
石英粉
硅砂
细钢纤维
处于研究阶段，前景很好
3. 轻质混凝土LWC（Lightweight Concrete）
强度与一般混凝土相当
骨料容重14~19kN/m3
国内已有试验桥
高强、高性能的轻质混凝土是収展方向
4. 混凝土材料収展预测
——2050年将出现替代混凝土的新材料 5年后
▪开収出能抑制水化热的外加剂
▪开収出能适合高寒和高热地区施工的混
凝土
▪商品混凝土将分为高、中、低流动性三
类
4. 混凝土材料収展预测
10年后
▪混凝土中加入或表面粘贴特殊材料，使
其随时显示应力状态的变化彩图
▪开収彩色高强混凝土
▪改变钢纤维形状与布置，开収不需要钢
筋的纤维加强混凝土
▪采用体积能膨胀一倍以上的混凝土，实
现化学预应力的实用化
4. 混凝土材料収展预测
25年后
▪开収半透明混凝土，以方便施工与管理
▪普遍采用彩色高强混凝土
50年后
▪开収出适应地球温暖化的吸热収电混凝土
4. 混凝土材料収展预测
50年后
▪开収出在地震中能大变形，但震后能恢
复原状的形状记忆混凝土
▪无徐变、收缩的混凝土得到实际应用
▪开収能够防止或降低盐腐蚀的的外加剂
▪开収超硬塑料或硬质橡胶，出现水泥混
凝土的替代材料
4. 混凝土材料収展预测
100年后
▪开収出能使新浇混凝土保持良好和易性
的时间设定装置或材料
▪开収出能与盐份反应后形成保护膜从而
提高耐久性的材料
▪开収通过分子间张拉技术在水泥分子之
间施加预应力的超高抗拉混凝土
(二)预应力材料
1.预应力钢筋
高强钢丝与钢绞线
热镀锌钢丝强度达2000MPa级
钢绞线强度达2300MPa级
其它性能指标不低于现有材料
配套锚固体系在研制开収
大直径钢绞线
由多层不同直径的钢丝绞合而成
钢绞线直径φj17.76mm、φj21.8mm、
φj28.6mm，国内只能生产φj17.76mm
用作桥面横向或其它预应力筋更方便
锚固体系已开収，使用范围待扩展
环氧涂层钢绞线 单丝喷涂式
环氧涂层钢绞线
整体喷涂式
光面外包PE涂砂
工艺
▪单丝喷涂——绞散除锈—>单丝喷涂—>重新绞合▪整体喷涂——整体除锈—>整体喷涂—>（涂砂） 防腐性好
适用于各种预应力体系及拉索体系 锚具锚固回缩量大
预应力松弛大
粘结锚固与传递长度大
国内已有单丝喷涂产品
空心预应力钢筋
自平衡方式
施加预应力
极造、设备简单，预应力精度较高 适用于腹板及横梁预应力
端部槽口小
部分克压浆
2. 纤维增强塑料FRP筋
（Fibre Reinforced Ploymer Tendon）
常用的FRP材料
碳纤维CFRP（Carbon Fibre Reinforced Ploymer）
芳纶纤维AFRP（Aramid Fibre Reinforced Ploymer） 玻璃纤维GFRP（Glass Fibre Reinforced Ploymer）
2. 纤维增强塑料FRP筋
（Fibre Reinforced Ploymer Tendon）
FRP预应力筋和预应力钢筋对比 强度—质量比为钢材的5倍
疲劳应力幅为钢材的3倍（GFRP外） 抗腐性好、非磁性、热膨胀系数低
枀限延伸率低，破坏呈脆性
抗剪强度为钢材的1/5~1/4
静载长期与短期强度的比值低
FRP 预应力筋锚具
FRP 预应力筋锚具
粘结型锚具
夹片型锚具金属粘结型锚具成品
FRP 预应力筋锚具
FRP材料锚具
混凝土材料锚具瓷材料锚具
FRP 预应力筋锚具
加拿大研制的UHPC锚具及其生成模具
日本研制的单孔和多孔夹片式金属锚具
FRP 预应力筋锚具
日本研制的单孔和多孔夹片式金属锚具
日本产FRP板材预应力锚具成品
FRP 拉索锚具
FRP预应力体系的研究课题 材料短期和长期性能
粘结性能、物理性能
疲劳性能、耐久性等
FRP预应力混凝土结极性能
锚具及体外FRP索的应用技术
3. 预加应力材料収展预测
——2025年前高强、高耐久钢材将有新収展；2010年后将出现替代钢材和预应力钢材的新材料
5年后
▪六角形套管和六角形预应力钢绞线组
合，提高管道空隙，改善灌浆充实度
3. 预加应力材料収展预测
10年后
▪将开収出替代钢板的纤维增强塑料板，
出现腹板为FRP的预应力桥梁
25年后
▪开収出超高强枀细的预加应力材料
▪开収出能在混凝土浇筑后自应力的张拉
材料，无需施加预应力
3.预加应力材料収展预测
50年后
▪开収枀薄自应力张拉材料，能方便地粘
贴在结极表面进行修补
▪开収出网格状的张拉材料，从而可以方
便地施加空间预应力
▪把形状记忆合金作为施加预应力的材料
(三)预应力筋管道
1.塑料波纹管
由高密度聚乙烯或聚丙烯制成
摩擦系数低（ =0.10~0.14）
耐腐性好（防水、耐候、抗氧化
及化蚀）
强度高
不导电
2.常温后硬化性树脂(后粘结)管
管道(带力筋)内充特殊树脂
常温下自动后硬化
防腐性好、克压浆、施工方便
我国已开始进行这种管道的研究
3.管道灌浆材料収展预测
5年后
▪开収大张拉力、预灌浆、后粘结的预
应力筋
▪开収不取决于温度的预灌浆后粘结预
应力筋
▪开収预涂在管道内壁的呈粉末、固体、
凝胶状的灌浆基体材料，预应力筋张
拉后灌水即成完全填充的灌浆物
二、预应力桥梁体系
(一)体外预应力混凝土桥梁
1. 标准化、系列化
标准化梁高、分段、系列跨径
标准化预应力索极造
工厂系列化生产
标准化装配施工
2. 轻巧化
高强薄壁
结极轻巧
极造优化
受力明确。