竖向应力（共6篇）
竖向应力 篇1
0 引言
在箱梁腹板设置竖向预应力筋是为了减小和控制腹板主拉应力、防止开裂,然而有关该类桥型在施工、营运过程中箱梁桥腹板开裂的病害报告也越来越多。这些情况表明,施加腹板竖向预应力并不能完全防止腹板的开裂。竖向预应力损失过大或失效,没有达到设计目的是导致混凝土箱梁桥腹板开裂的主要原因之一。
竖向预应力体系与纵向预应力体系相比:竖向预应力采用的是钢筋螺纹锚具,与夹片锚具不同,螺母拧紧需要人工操作,同时精轧螺纹钢筋具有一定刚度,事实证明,竖向预应力瞬时损失除了摩阻损失,弹性压缩损失,回锚损失外还包括钢筋与螺母滑移及锚具安装偏差引起的损失,竖向预应力的实际损失比计算值要大许多[2]。
1 钢筋与螺母的相对滑移引起瞬时损失
精轧螺纹钢筋在生产过程中它的螺纹、直径尺寸存在着加工误差,螺母也存在这种情况。钢筋的阳纹与螺母的阴纹必存在咬合空隙。文献[4]指出螺母的各螺纹牙承受载荷的大小是不同的,螺栓和螺母结合的第一螺纹牙的百分比最大可达到30%左右,而螺纹连接的载荷分布情况将随标称应力的改变而改变。
基于以上两方面原因,由精轧螺纹钢筋和螺母构成螺旋副,与锚垫板组成的竖向预应力体系,在预应力筋回缩时,钢筋阳纹与螺母阴纹经历的贴紧,塑变,滑移,协调变形的过程必造成竖向预应力损失。钢筋与螺母的相对滑移造成的竖向预应力损失的大小与钢筋螺母的加工精度,材料的性质(如表面的锈蚀程度,钢材的强度),施加的张拉力、扭力的大小等因素有关。
利用测试装置进行钢筋与螺母相对滑移试验,试验共分三组:A,B,C。
试验结果表明:
1)A,B,C组钢筋与螺母存在相对的滑移,并随拉力的增加而逐渐增大,最大值接近0.5 mm;2)当张拉力达到一定值时,钢筋与螺母的位移增量变成一致;3)在进行二次张拉时,钢筋与螺母的位移基本一致,与张拉力的大小无关。且位移量比第一次小很多。
图1,图2分别按钢筋与螺母相对滑移(0.5 mm)和文献[3]计算(其中锚具变形,钢筋回缩和接缝压缩取1 mm)引起的预应力损失值。
可以看出:1)钢筋与螺母的0.5 mm的滑移量引起的预应力损失不大,预应力钢筋长度为12 m预应力损失率只有2%,2 m钢筋预应力接近10%;2)文献[3]计算结果略大,考虑到接缝压缩等因素影响,文献取值是合适的。针对上述损失对预应力筋应进行二次张拉,即对竖向预应力先后完成两次张拉,通过第一次张拉,消除钢筋与螺母存在相对的滑移,减小钢筋松弛和混凝土徐变引起的预应力损失,在此基础上进行第二次张拉,二次张拉还能大大降低施工中失误操作,保证竖向预应力的施工质量。
2 竖向预应力锚具垂直度对竖向预应力回缩瞬时损失影响
预应力施工过程,为了保证张拉安全,减少预应力损失,要求端部的预埋钢垫板应垂直于孔道中心线。由于钢垫板安装误差及混凝土浇筑过程的扰动都可能引起钢垫板不垂直于孔道中心线,对于纵向的夹片锚具体系,钢绞线具有一定的柔度,对锚下垫板偏角有一定的适应性。对于精轧螺纹钢筋,当垫板与钢筋成一定角度(90°-θ)时,会出现以下状况:1)锚具(螺母)很难拧紧,在螺母与垫板之间形成空隙。当预应力钢筋回缩时必造成预应力的损失;2)同时造成钢筋弯曲。钢筋的弯曲使钢筋与螺母卡在一起,二次张拉施工时,很难再拧动螺母。当θ角度较大时,可能引起钢筋的断裂(日本铁道施工规定θ角不能超过3°)。文献[3]并未将锚具安装偏差计入预应力损失。
锚具(钢垫板)安装偏角误差引起的预应力损失σL2-2计算如下:
σL2-2=(tgθ D/2L)×EP。
其中,θ为安装的偏角,(°);D为螺母的平均外径,mm;L为预应力钢筋的长度,mm;EP为钢筋的弹性模量,Pa。
本文利用图3模型进行锚具安装偏角对预应力损失影响测试,混凝土:采用C60高强混凝土(在标准养护24 d后,混凝土强度达到62.8 MPa),弹性模量Ec=3.5 MPa;钢筋:ϕ32精轧螺纹筋,fpk=930 MPa,Ep=2.0×105 MPa,其技术条件满足Q/12QT 394-2002中JL800级要求;锚具:YGM25型YM锚,其锚固性能类别满足Ⅰ类要求;钢筋张拉力:500 kN。锚具的倾角利用电子倾角仪测量。试验结果见表1。
从表1中可看出:实测结果与理论计算值吻合较好;钢筋与锚垫板的安装偏角θ都在2°范围内。当θ=2°时的钢筋回缩损失量为24%。测试的8根钢筋安装偏角较大的3号、6号、8号钢筋,预应力的瞬时锚固损失分别占预拉力的21.12%,20.74%,22.42%。
表2按安装的偏角3°计算的预应力损失值并与文献[3]计算结果进行对比:从表2得出,3°的安装偏角误差引起的预应力损失很大,12 m长钢筋的预应力损失率接近10%,2 m长钢筋预应力损失则接近60%;由安装偏角造成的预应力损失要远大于文献[1][2]规定的锚具变形等引起的预应力损失计算值。计算竖向预应力损失小于实际损失,未计入锚具安装误差是重要原因。
3 结语
测试结果表明,预应力钢筋与螺母相对滑移并未引起较大的预应力损失,而未计入安装偏角预应力损失是造成实际预应力损失与理论差异大的主要原因,针对上述情况,一方面,应对竖向预应力筋进行二次张拉(减小弹性压缩,钢筋和螺母相对滑移造成的损失),超张拉(减小锚具安装误差造成的预应力损失),改进竖向预应力张拉工艺和加强质量检验,减少人为因素的影响。另一方面,可通过数理统计,概率分析得到合理的安装偏角,并将此项损失计入预应力回缩损失中。
参考文献
[1]钟新谷.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝防治与研究[J].铁道工程与科学学报,2006(6):7-14.
[2]彭宝华.对公路混凝土桥梁裂缝的认识[A].中国公路学会桥梁和结构工程分会2004年全国桥梁学术会议论文集[C],2004:320-325.
[3]JTJ D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
[4]王自勤.螺栓应力应变及疲劳寿命分析[J].科技成果,2000(4):44-46.
[5]唐宗富,杨昀,刘军.弯连续刚构箱梁桥0号块的空间应力分析[J].山西建筑,2007,33(33):312-314.
竖向应力 篇2
近年来, 许多学者多致力于预应力损失的研究, 并提出了多种确定预应力损失的方法, 然而, 还没有一种简单有效的方法来精确确定预应力损失, 这是由于很难确定材料的特性和外界的环境对构件的影响, 国内外对预应力损失的研究, 一般主要针对的是桥梁的纵向预应力损失的研究, 而对竖向预应力损失的研究还比较少。
竖向预应力损失过大, 是混凝土连续箱梁桥裂缝的主要原因, 国内不少学者与专家已作了一定的研究。其中, 因斜截面抗剪强度不足而引起腹板的斜裂缝, 是桥梁工程师们比较关注的研究内容之一。文献[1]指出:竖向预应力钢筋高强精轧螺纹钢筋螺帽的拧紧程度不同, 其锚固应力损失差别极大。由于设计以及设计规范存在的一些不足, 引起竖向预应力损失的原因很多, 影响因素复杂, 一般应根据现场测试方法确定, 本文通过现场测试, 进一步分析了竖向预应力失效与不足的原因, 并提出了相应的解决方法[3]。
2 竖向预应力损失
由于预应力技术的新建结构在结构体系、构造形式、施工方法等方面与常规的结构有较大的差别, 预应力损失的参考现行的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62-2004) (以下简称《桥规》 (JTG D62) ) , 在体外预应力结构中应考虑下列因素引起的预应力损失:
⑴预应力筋摩擦引起的预应力损失σl1;
⑵锚具变形、筋束回缩和接缝压密引起的预应力损失σl2;
⑶混凝土弹性压缩损失σl4;
⑷预应力钢筋的松弛引起的预应力损失σl5;
⑸混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失σl6;
⑹传力锚固后的损失, 考虑到竖向预应力筋在纵向布置上的均匀性, 因此本文进行一定的简化并作如下基本假定: (1) 忽略各排竖向预应力筋的相互作用; (2) 叠加原理适用; (3) 非预应力筋与混凝土保持良好的黏结。
⑺其他因素对竖向预应力的影响, 凡能使预应力筋相对周边混凝土产生缩短的因素, 都将造成预应力损失, 因此影响预应力损失的因素较多。
⑻后续荷载对竖向预应力的影响, 在张拉完成竖向预应力筋之后, 还存在较多的后续施工阶段, 此损失一般比较小, 可忽略后续荷载的影响。
⑼温度对竖向预应力的影响, 由于预应力筋与混凝土之间黏结力尚未形成这一期间预应力筋相对其张拉时刻的温度不同, 预应力筋中的应力将随温度的升高而有所降低, 可见这一损失不容忽视。
总之, 引起这些预应力损失的原因很多, 影响因素复杂, 一般应根据现场测试资料确定。
3 竖向预应力的现场测试方法
某大桥左幅桥竖向预应力设计为830级JL32精轧螺纹钢筋。每根竖向预应力筋设计张拉力为600.7kN, 每根精轧螺纹钢筋均需用630.7kN张拉力预拉后才能进行安装。鉴于竖向预应力筋在抵抗腹板主拉应力上的重要性, 设计方提出必须对所有竖向预应力束2124根的3%进行张拉力监测, 在竖向预应力的施工中埋设测力环 (压力传感器) , 以观察实际使用效果。
3.1 测试仪器与测点的选择
为保证监测长期顺利的实施并能保证足够的精度, 经过综合比较, 选用MGH型振弦式压力传感器及配套GSJ-2型智能检测仪作为竖向预应力监测设备。左幅桥共分15个悬臂施工节段, 在1～14号每个节段中随机选择1根高强螺纹钢筋安装压力传感器进行张拉力监测。
3.2 安装方法及测试过程
竖向预应力的监测可通过在竖向预应力筋锚固螺母与锚碇板之间安装压力传感器来完成。传感器的埋设方法有两种:在张拉端埋设和在锚固端埋设。压力传感器放在锚固端 (埋在混凝土中) , 因混凝土对这种形式锚具的嵌固作用, 锚固力不可能全部传给压力传感器, 导致压力传感器的承压力比实际小。受砼浇注质量影响而产生较大的离散性, 不能真实反应预应力筋的有效力。
综合考虑以上因素, 某大桥采用在张拉端埋设压力传感器 (见图1) , 在混凝土浇注前预留传感器导线孔, 以便后期将导线引入箱梁内。压力传感器埋设在张拉端, 虽不能反映摩擦损失后的张拉力, 但竖向预应力筋因是直束, 本身刚度相对较大使管道较直, 张拉产生的摩阻损失很小, 可以忽略不计。
竖向预应力筋张拉时, 需记录竖向预应力束的最大张拉力, 以测试实际张拉力与锚固端压力之差, 从而明确管道摩阻所造成的预应力损失;待预应力张拉到位并完成锚固后, 及时测出此时的预应力值。由于竖向预应力束较短, 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩造成的预应力损失一般占较大的比例, 因此, 对锚固后竖向预应力的测量非常重要。如果此项损失过大, 可以通过调整预张拉力的大小来保证竖向预应力中的永存预应力大小;为研究混凝土弹性压缩所造成的预应力损失, 当被测竖向预应力束后两排的竖向预应力张拉时也应进行测量;混凝土的收缩徐变是造成预应力损失的一个不可忽略的因素, 尤其是混凝土浇注之后的短期时间内, 混凝土徐变和收缩量较大。因此在竖向预应力筋灌浆后的1～40天, 每天测一次, 其后每7天测一次。
4 测试结果及分析
由于测试的竖向预应力筋比较多, 只列出14号墩边跨侧竖向预应力的测试结果, 见表1。
从表1看出, 按设计张拉力747MPa进行张拉, 竖向预应力损失中混凝土弹性压缩损失较小, 影响约为6MPa。钢束传力锚固时的总损失中绝大部分是由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的损失 (约占初拉力的10%～25%之间) , 钢束越段该项损失也大。收缩徐变引起的损失也相当可观, 到灌浆后10天平均损失约27MPa, 灌浆后30天平均损失约37MPa, 灌浆后60天平均损失约52MPa。同时, 在第一次张拉传力锚固后有5根竖向预应力筋 (约占总数的22.7%) 应力特别小, 起不到应有的作用, 这多半是由于张拉不认真, 螺母拧紧度不够造成的。由此可见, 竖向预应力筋的张拉工艺要求较高, 可通过埋设压力传感器来保证竖向预应力筋的张拉满足要求。
注:调整后指重新张拉竖向预应力筋锚固后的应力值。
5 结论
基于大跨世度预应力混凝土连续箱梁桥腹板竖向预应力损失的现场实测数据分析, 对箱梁腹板竖向预应力的损失进了分析, 得出如下结下论:
⑴由于竖向预应力筋一般都比较短, 钢束传力锚固时的总损失中绝大部分是由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的损失, 竖向预应力的失效或不足, 主要是由施工引起, 但也与设计规范不完善, 设计意图难以实现有关。
⑵收缩徐变引起的预应力损失也占一定的比例, 到灌浆后10天平均损失约27MPa, 灌浆后30天平均损失约37MPa。
⑶竖向预应力钢筋高强精轧螺纹钢筋螺帽的拧紧程度不同, 其锚固应力损失差别极大, 可采用扭矩扳手衡量拧紧程度以控制锚固应力损失。
摘要：本文对预应力混凝土箱梁桥竖向预应力的现场测试方法作了简要的介绍, 并通过对某大跨预应力混凝土连续箱梁桥腹板竖向预应力的现场测试, 对预应力混凝土箱梁桥竖向预应力损失的原因进行分析认为, 预应力损失绝大部分是由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的。
关键词：预应力混凝土,竖向预应力,连续箱梁,预应力损失
参考文献
[1]杜官民, 陈爱萍.混凝土结构竖向预应力筋锚固应力损失控制[J].桥梁建设, 2006 (增刊1) .
[2]中华人民共和国行业标准.JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社, 2004
[3]钟新谷, 等.混凝土箱梁桥竖向预应力作用下腹板应力场分析[J].湖南科技大学学报, 2005 (6) .
[4]李国平.桥梁预应力混凝土技术及设计原理[M].北京:人民交通出版社, 2004.
竖向预应力损失的实测与分析研究 篇3
多年来国内外学者多致力于预应力损失的研究,并提出了多种确定预应力损失的方法,然而,还没有一种简单而有效的方法来精确确定预应力损失,这是由于很难确定材料的特性和外界环境对构件的影响因素较为复杂,很难确定一个真实有效的理论计算模型来进行理论分析。现在工程界确定预应力损失的方法大致分为三类:分项预应力损失法,预应力总损失法,“时—步”分析法。
1 工程简介
汾河矮塔斜拉桥属于单箱三室大截面,腹板竖向预应力筋间距0.5 m布置在腹板中部,全桥通长布置共2 784根竖向预应力筋,数目众多。如果竖向预应力损失过大,达不到竖向预应力筋抗剪的目的,会引起箱梁腹板斜向裂缝的出现和扩展,甚至影响全桥的使用安全。因此在汾河矮塔斜拉桥施工中对于合理确定竖向预应力的各种损失,总结出施工工艺与预应力损失的对应关系以指导施工尤为重要。
汾河矮塔斜拉桥腹板竖向预应力采用ϕ32精轧螺纹粗钢筋,其抗拉强度标准值为750 MPa,张拉控制应力为674 MPa(张拉控制力为540 kN),配YGM锚具。梁底锚固、梁顶张拉。为了定量研究箱梁腹板预应力损失,在该桥选取了10个竖向预应力筋,顶部埋设了JXL-4型穿心压力传感器,由SS-Ⅱ型精密数字钢弦频率接受仪采集读数(精度为1 KZ)进行了预应力损失检测,如图1所示。
2 传力锚固时的损失
对于后张法混凝土构件,传力锚固时的损失(即第一批损失)主要包括预应力筋与管道壁间的摩擦引起的损失σl1;锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的损失σl2;混凝土弹性压缩引起的损失σl4。《公路桥规》中对于以上三项损失的计算公式为:
测试数据表明:由于竖向预应力筋较短,实际施工中预应力损失较大,经过一段时间调整,发现张拉力需达到预应力筋设计拉力的105%才能保证预应力筋的设计应力,因此后期采用了超张拉工艺,超张5%,将预应力损失减到最小。
3 传力锚固后的损失
对于后张法施工的混凝土构件,传力锚固后的损失(即第二批损失σl4)主要包括预应力筋的应力松弛引起的损失σl5,以及混凝土收缩和徐变引起的损失σl6。对预应力第二批损失分析的准确性取决于对混凝土收缩应变和徐变系数的计算及预应力损失方法的选用。现行的典型计算方法有:AASHTO 1994模型、ACI209-1992模型、B3模型、JTG D62-2004模型、GL2000模型等。
4 传力锚固损失计算
由于混凝土的收缩徐变和钢筋的松弛引起的预应力损失均随着时间变化,且产生的影响也是不同的,因此在计算时需考虑它们之间的影响,此外在计算中还应考虑非预应力筋的影响。确定这两种损失的方法较多,有关文献介绍精度较高的有“时—步”分析方法。“时—步”模型采用线性叠加原理,即任意时刻混凝土的应变为:
模型以1号预应力筋(4BS110C)为例将腹板从箱梁中取出,单纯看作轴心受压柱,以此构件为模型分析腹板竖向预应力损失。考虑到竖向预应力筋在纵向布置上的均匀性,因此对模型进行一定的简化并作出基本假定:1)忽略各排竖向预应力筋排间的相互作用;2)以叠加原理为基础;3)非预应力筋及预应力筋之间保持良好的粘结。在此模型中,将第一批损失即传力锚固时的损失完成至计算时刻之间的时间长度设为t,把t分割为n个时间间隔,在每一时间段内,假定预应力筋、混凝土以及非预应力筋的应力均保持不变,在t时段末才计入各种因素的影响,并作为下一时段的初始应力状态。分析步骤如下:
1)确定传力锚固损失完成时的初始预应力;2)采用JTG D62-2004收缩徐变计算模式,计算第一个时段内的混凝土应力的变化,根据应变相容条件计算出预应力损失σl6;3)计算由于预应力筋松弛引起的损失σl5;4)由前几步算出的σl5,σl6损失和得到第一步预应力总的损失,将第一步开始时刻的预应力减去第一步的预应力损失作为第二步的初始预应力值,进入下一步计算,循环计算直至ti时段结束。
“时—步”分析法计算法计算模型如图2所示。
至第i时段,其初始状态变量为:预应力筋的预拉力Pi-1,预应力筋处混凝土的应力为σci-1,则相对于第i-1时段,混凝土的应变变化为:
由此可确定由混凝土收缩徐变引起的预应力损失:
ΔPci=EpΔε(ti)。
同时考虑到预应力筋松弛引起的损失:
计入以上两种影响后,在第i时段末,预应力筋的拉应力为:
Pi+1=Pi-ΔPi=Pi-ΔPci-ΔPri。
因此在第i+1时段,混凝土的压应力相对于第i时段的变化为:
其中,As为非预应力筋截面积。
进入下一步进行计算直至结束,计算结果见表1。
从各模型计算出的预应力损失相差较大,发展趋势也有所不同,较为吻合的是时步分析结果。规范计算的预应力损失前期较吻合,后期发展较快。计算结果表明采用“时—步”模型计算预应力损失是可行的,此外按《公路桥规》计算的与时间相关损失基本能够反映实际情况。预应力筋越短,其锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失越严重。
5 结语
理论和实践表明:三向预应力张拉工艺的运用,使得预应力损失准确计算的重要性尤为突出,其计算结果直接影响施工过程及成桥后结构的强度和变形。对于后张拉预应力混凝土结构,有预留孔道摩擦、锚具变形和构件弹性压缩等引起的瞬时预应力损失和钢束应力松弛、混凝土干缩、徐变等引起的后期预应力损失。
竖向预应力是抵抗剪应力和主拉应力的关键。没有设置竖向预应力筋的箱梁腹板,开裂更为严重。在施工过程中,结构的实际纵向预应力与设计值有一些差异,只有通过施工监测监控工作,一方面,保证结构有足够的竖向预应力和纵向预应力大小;另一方面,通过实际测量的纵向预应力大小来合理配置和调整竖向预应力,以提高结构的抗破坏能力。
摘要：通过对实际桥梁竖向预应力的测试,对传力锚固时的损失、传力锚固后的损失、传力锚固损失计算作了论述,计算结果表明,采用“时—步”模型计算预应力损失是可行的,其计算结果直接影响施工过程及成桥后结构的强度和变形。
关键词：桥梁,竖向预应力,传力锚固损失,计算模型
参考文献
[1]JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
竖向应力 篇4
关键词：竖向预应力,空心墩,施工技术
1 工程简介
洛河特大桥是西部大通道包 (头) 北 (海) 线陕西境内黄陵至延安段高速公路上的一座特大桥, 全长1056m。黄陵岸引桥为10×30m的后张预应力连续箱梁, 延安岸引桥为3×3 0 m的后张预应力连续箱梁, 主桥为9 0m+3×1 60 m+90 m的预应力连续刚构。1 1#主墩墩高6 4 m, 1 2#墩墩高1 2 8 m, 1 3#墩墩高143.5m, 14#墩墩高46m。
14#墩、13#墩墩身高度相差97.5m, 墩身刚度差异较大, 为保证运营期间安全使用, 墩身设计变更, 增加竖向预应力钢束。
2 墩身预应力布置形式 (如图1)
3 墩身施工方法简述
墩身采用满堂碗扣支架施工, 左右幅4个空心墩同时施工。每个空心墩配置4层1.5 m高模板, 人工翻模, 5吨导链提升模板。简易提升架提升施工材料。墩身钢筋接长采用镦粗直螺纹接头连接, 墩身砼采用泵送浇注。
4 墩身预应力施工方法
4.1 钢铰线底部锚固
承台钢筋安装完毕, 安装加固承台四周模板, 模板与钢筋骨架之间的空隙垫块加密, 防止骨架左右晃动。在顶层钢筋表面墩身四角大致位置上水平临时焊接一块20×20cm厚5mm钢板, 供精确放样墩身四个角点使用。依四个角点放样出每束钢铰线的安装位置, 并在承台上下层钢筋网间钢铰线锚固位置附近增设竖直方向支撑钢管, 以提高顶层钢筋网片的承载力。在顶层钢筋网表面空心墩内腔搭设碗扣支架, 以固定外露的钢铰线 (支架高出钢铰线不少于2.0m) 。
钢铰线下料、编束:按设计长度 (含工作长度) 下料, 放在一水平场地上, 用梳子板从一端向另一端梳理, 梳理的同时编束, 每100cm用扎丝紧紧捆扎一道。
钢铰线锚固端挤压套挤压:在锚固端先穿上锚垫板, 再把钢绞线端头从挤压环尾部穿入, 然后把挤压套套在钢绞线端头, 挤压套两端挤压弹簧外露长度基本相等, 钢绞线伸出挤压套约1cm。开动油泵, 扶正挤压套, 使挤压锥头轴线与挤压套轴线重合。锥头把挤压套从挤压环中挤出, 挤压结束。
钢铰线定位:从设计位置的钢筋网眼中向下放锚固端, 锚固端长度不小于设计长度。用钢筋点焊固定锚垫板, 用钢筋绑扎定位锚固端钢铰线, 钢束顶端用导链固定在支架顶端, 调节导链确定锚固长度并使钢束基本垂直。在承台顶面以上1.0m范围内用钢管等辅助材料定位钢束, 确保其竖直。
4.2 承台砼浇注时在锚固端附近加强振捣, 防止钢束中留有空隙而造成锚固力不足
振捣时不得碰撞周围的钢筋、钢管, 防止钢束位置偏移。
4.3 钢束波纹管安装
墩身每循环施工1.5m高, 波纹管下料长度为1.7m (也即波纹管高出砼面20cm) , 在距钢束上端头约2.5m的地方另设一吊点, 拆除端头吊点, 穿上波纹管, 当波纹管下滑至2.5m处吊点时, 张紧端头吊点, 拆除2.5m处吊点, 波纹管沿钢束滑至承台顶面, 凿除承台顶面钢束周围砼, 凿深约3cm。在波纹管上下口四周用棉砂封堵, 使钢束位于管道的中央, 用砂浆封堵波纹管底脚, 封堵砂浆高8cm, 宽8cm, 并加强养生, 防止砂浆干缩开裂, 砼浇注时波纹管中进浆。
4.4 波纹管定位
在墩身钢筋安装的同时定位波纹管, 波纹管定位使用φ10“U”型钢筋, 竖向每0.5m一道, “U”钢筋焊接在墩身钢筋上, 焊接时采用硬纸板摭挡, 防止电焊渣烧穿波纹管。
4.5 压浆孔的设置
在距承台顶面30cm的地方设置底部压浆孔, 压浆孔的构造如下图。钢管与套管 (波纹管接头用的套管) 焊节在一起, 焊缝密实, 无砂眼、气泡。套管两端用宽胶带纸緾绕密实, 套管与钢管焊节处再用胶带纸密封, 确保接头不漏浆。
钢管端头与墩身砼面平齐, 钢管端头用胶带纸封口, 外周再用橡胶条緾绕, 钢管端头外壁车丝, 丝长不少于5cm。
4.6 波纹管接长
波纹管接头采用略大一点的波纹管套接, 套管长30cm, 套管采用0.5mm厚的加厚薄钢板卷成, 上下波纹管接头位于套管的中央, 两端用宽胶带纸緾绕密封。
4.7 锚垫板安装
根据墩身施工模板循环的顶面高度, 调整锚垫板安装位置, 使锚垫板顶面与模板上缘基本平齐。墩身钢筋安装至锚垫板下缘时安装螺旋筋、锚板定位钢筋, 安装锚板, 用定位筋定位并调整垫板, 使垫板顶面水平垫板安装时事先拆除部分波纹管, 使锚垫板的压浆孔 (这里用作出浆孔) 与波纹管管道畅通, 波纹管与锚垫板尾部孔道之间的空隙用棉纱四周塞紧, 再用胶带纸緾绕密封, 采用双保险的方法确保不漏浆。
锚垫板出浆孔、钢绞线空隙用棉沙封堵, 防止砼浇筑时管道进浆。
墩身砼浇注至锚垫板位置时应加强振捣, 赶尽砼中气泡, 保证垫板下砼的密实 (垫板背面为倾斜面, 不利于气泡排出) , 同时要避免振动棒碰撞垫板、定位筋、周围墩身钢筋, 防止垫板倾斜或移位 (如图2) 。
4.8 钢铰线张拉
当砼初凝后清理锚垫板顶面的杂物、水泥浆, 安装连接体和夹片。
当墩身砼强度达到设计强度的90%以上时 (即40MPa×90%=36 MPa) , 张拉竖向钢束。
张拉程序:初应力 (20%σk) ——40%σk——100%σk—— (持荷3分钟) 回油锚固。
墩身竖向预应力钢束在自重的作用下, 在管道中呈蛇形弯曲, 也即管道中自由长度较多, 因此先用单根张拉千斤顶逐根张拉至10%σk, 使每根钢绞线受力均匀相等 (这里忽略钢绞线自重的影响) , 再用200吨千斤顶张拉至20σk。
当张拉至20%σk时在钢铰线上做标记 (标记线距工具锚夹片尾部约5cm) , 丈量垫板至标记线之间的垂直距离, 记作L1。当张拉至40%σk时丈量锚垫板至标记线之间的垂直距离, 记作L2。当张拉至100%σk时丈量锚垫板至标记线之间的垂直距离, 记作L3。回油锚固后丈量锚垫板至标记线之间的垂直高度距离, 记作L4。
当 (L3-L4) >8mm时 (8mm为实际使用的限位板槽口深度, 也即夹片在张拉过程的滑动范围) , 说明钢束在锚固过程滑丝, 需用单根张拉千斤顶逐根退出钢束夹片, 更换夹片, 重新张拉。
当 (L3-L4) <或=8mm时, 说明锚固过程无滑丝现象, 锚固工序合格, 计算实际伸长量。
实际伸长量= (L4-L1) + (L2-L1) 。
当 (-6%理论伸长量) ≤ (理论伸长值-实际伸长量) ≤ (6%×理论伸长量) , 施加预应力工序合格。
若超出 (±6%×理论伸长量) 的范围, 则应该暂停张拉, 分析出原因, 采取措施处理后, 再进行张拉其它钢束。
4.9 管道压浆
拆除压浆管口的胶带纸和管外壁橡胶条, 用电钻 (直径20mm的钻头) , 钻通加厚套管管壁和波纹管管壁, 在管口外壁套接一节钢管 (钢管上配带阀门) , 并与压浆管相接。
竖直管道浆液沉淀较快, 若压浆中途暂停, 沉淀的浆液把压浆口堵死, 无法继续压浆。因此, 需加工一个较大的容器 (储浆罐) , 能够储存该管道的全部浆液。
制浆:根据浆液配合比, 称重浆液各组成材料, 用自动制浆机制浆。浆液存放在储浆罐中, 同时不间断地搅拌。
管道连接:在锚垫板出浆孔上安装 (用丝套连接) 一节钢管 (带有阀门) , 在钢管上接真空泵管软管。钢管与垫板、钢管与软管接头要求密封不漏气, 否则管道中无法形成负压, 起不到真空压浆的作用。
压浆:关闭进浆阀门, 开动真空泵, 当真空泵的压力表达到0.6MPa~0.7MPa时, 打开进浆阀门, 同时开动压浆机, 浆液在“前拉后推”作用下, 沿管道迅速上升。当真空泵透明软管中有浆液流入时关闭出浆口阀门, 保压10秒, 关闭进浆阀门, 拆除真空泵透明软管、压浆管, 压浆结束。压浆结束1小时后拆除出浆阀门, 24h后拆除进浆阀门。
4.10 钢绞线接长
钢绞线采用配套的连接器接长。钢绞线下料、编束、挤压、在支架上固定等要求与上述相同。
钢束挤压的一端从连接体保护罩中穿出, 逐根卡在连接体对应位置, 用扎丝逐根编住钢绞线, 防止从连接体卡槽中脱落。保护罩下滑, 封住连接体。在保护罩外侧点焊钢筋, 并固定在墩身主筋上, 防止保护罩向上移动, 并把底角用砼包裹, 确保密封不漏浆。
保护罩上端与波纹管用宽胶带纸缠绕密封。
保护罩使用薄铁皮卷制而成, 压浆管可直接焊接在保护罩上, 焊缝要求、压浆管靠砼面的一端车丝、包裹等要求与上述相同。
5 施工体会
14#墩由于施工工序质量控制严格, 准备工作充分, 张拉过程钢绞线没有出现断丝或滑丝现象, 管道畅通, 压浆顺利。采用真空压浆技术能迅速、饱满、顺利地完成压浆, 没有出现一束浆液不满、无法压浆或中途停止的事故, 预应力施工质量符合设计要求。与其它标段没有采用真空压浆形成了鲜明的对比, 保证了工程质量, 提高了功效, 为以后的施工积累了经验, 为类似工程施工提供借鉴。
参考文献
[1]郑益民.桥梁墩台施工技术要点[M].北京:人民交通出版社, 2004.
[2]交通部第一公路工程总公司.公路桥涵施工手册-桥涵 (上册) [M].北京:人民交通出版社, 2002.
[3]路桥集团第一公路工程局.JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2000.
竖向应力 篇5
侧限约束是指框架、平板—柱等多、高层预应力混凝土结构中的柱、剪力墙等竖向构件。由于竖向构件具有一定的抗侧移刚度, 在张拉板或连续梁等水平构件的预应力筋时, 其实际的有效预应力值与按无侧限约束条件计算的结构有一定不同, 一方面, 竖向构件的存在制约了连续梁、板等水平构件在预应力筋预压作用下的水平位移;另一方面, 由于水平连续构件的自由收缩受到的限制通过节点反作用于竖向构件, 在柱、剪力墙等内部产生荷载作用以外的附加弯矩。
当前, 有关预应力混凝土结构的内力计算理念是基于预应力混凝土连续梁结构无轴向约束的工作原理建立起来的, 这对于非刚性连接的预应力连续梁及基他无侧限约束的结构的计算从理论分析是比较精确的, 但对于连续框架结构或平板—柱型结构, 在计算时则需假定水平构件在自身平面内的刚度远大于竖向构件的刚度, 即竖向构件的抗侧移刚度相对于水平构件的收缩力来说需忽略不计。正是由于存在这种与实际情况不相符的假设, 使得按此理论计算的结果中, 柱内的实际荷载与设计荷载不符;梁的计算变形和裂缝由于侧限约束对有效预应力的影响也会小于实际的变形和裂缝的宽度, 给工程带来隐患。在实际工程中, 通常对此类结构形式进行结构处理以抵消侧向约束的影响。则从理论体系对侧限约束的影响加以分析计算, 总结水平构件和竖向构件在预应力作用下的相互影响。
2 侧限约事对框架梁内力的影响
2.1 计算原理
分析框架结构侧限约束对连续梁内力的影响, 可根据结构力学中的变形协调原理来计算, 如图1所示。即预应力连续梁由于预应力筋产生的预压力引起的梁的节点处的水平侧移数值相等;通过位移相等条件建立位移平衡方程, 方程的未知数为由于侧向约束的存在面引起的预应力的损失值。通过求解方程即可得出侧向约束预应力剪力的影响。
2.2 基本假定
为了方便模型的分析, 作如下的假定:
2.2.1假定结构为对称形式, 且柱高度为定值, 梁断而为定值:由此可推得在预应力作用下结构的不动点位于结构的对称中心处;2.2.2假定梁断面a在预应力作用下不发生角位移;2.2.3结构各部分变形为线弹性变形。
由以上假定可推知:结构各节点的水平侧移与距不动点的距离成线性关系, 且与侧向约束的赐度成正比。
2.3 公式的推导
由对称结构可知, Ec1Ic1=EcnIcn、Ec2Ic2=Ec (n-1) Ic (n-1) ……;L1=Ln-1、L2=Ln-2…, Lj=Lj+1;且梁断面为恒值, 对于任意一点距不动点的距离为yi, 则对不动点处的梁, 可建立位移平衡方程:
同时, 由假定2) 可推得:
将上式相加求和有:
从而有:
求出不动点一侧节点的侧限力后, 根据节点的水平侧向位移与距不动点的距离成线性关系同时与侧向约束的截面刚度成正比的假设条件即可求出任意节点K的侧向力:由
式中yk—各节点至不动点i的距离。
P—有效预应力, 按下式计算:P= (σcom-σi) Ap:σi为不包含混凝土收缩徐变的预应力损失值。
依靠 (5) 式求出各节点的侧限力后, 然后求和, 所得数值即为由于侧向约束的存在而对连续濯预应力的影响值。可以看出:竖向构件对预应力的影响在两端最大, 即随着柱刚度的增大及距不动点距离的增大, 侧限影响力增大;随着跨数增多, 一方面内跨梁受侧限影响将减少, 另一方面, 由于外侧跨的侧限影响, 使内侧跨的预压力值也大幅减少。
3 预应力连续梁的收缩对框架柱内力的影响
染体在预应力钢筋作用下的收缩受到框架柱的限制, 通过节点反作用于柱身引起柱顶的水平侧移, 柱顶与柱底的水平侧移值的不同将在柱内引起反向的附加弯距, 使框架柱的内力发生变化。通常, 由于水平预应力引起的柱内的附加弯距与竖向荷载在柱内引起的弯距方向相反, 因此在设计时应以竖向荷载引起的弯距作为柱身的控制弯距, 而不考虑柱内的附加弯距, 这对柱的设计是偏于安全的。而对于水平荷载为控制荷载的情况下, 附加弯距与外荷载引起的弯距方向相同, 此时设计时需考虑由于水平构件的收缩引起的柱身的附加弯距。
在计算中, 我们可以利用侧限影响系数η来考虑竖向构件对预应力连续框架梁的影响。可以定义为η=P/P, 评价梁内的预应力值则为:
η值越大, 竖向构件对梁内的预应力影响也越大。
4 计算值与实测数据的比较
利用提出的公式得出的计算值, 比设计值更接近于工程实际的实测值。考虑到施工和构件尺寸的偏差等因素对有效预应力建立的影响, 认为公式的计算值与实测值的差距在合理的范围内。
5 结论
5.1 根据工程计算实例可以得出如下建议:当跨度L≥20m的大跨度框架结构, 当跨数n>3时, 应考虑框架柱对内跨大梁有效预压力的影响;对于跨度L≥2时, 应考虑对框架大梁侧向约束的影响;对于跨度在40m以上的单跨大梁, 应考虑柱对大梁的侧向约束的影响。
5.2 侧向约束对框架梁的有效预压力的影响随跨度的增大、跨数的增多而增大, 随梁柱线刚度比值的减少面增加, 竖向构架对梁的侧限影响可用公式 (6) 中提供的侧限影响系数来确定。
5.3 对于大跨度预应力框架结构, 通常不考虑附加弯距对柱的内力的影响, 这种考虑对柱的设计是偏于安全的。
5.4 以上推论是基于对称框架结构形式, 对于非对称框架结构, 只需事先确定不动点位置即可, 其余原理一致。
参考文献
[1]张得峰, 吕志涛.侧向约束对预应力混凝土框架压力的影响[J].建筑结构学报, 2001 (5) .
[2]郑文忠, 李和平, 王英.超静定预应力混凝土结构塑性设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2002.
[3]赵国藩, 李树瑶等.钢筋混凝土结构的裂缝控制[M].大连:海洋出版社, 1991.
竖向应力 篇6
骝岗涌特大桥位于广州市番禺区东涌镇境内, 起于K1+481.000, 终于K2+717.000, 桥梁总长1236m, 为本项目跨越骝岗水道的一座特大型桥梁。骝岗涌为沙湾水道的分支流, 下游与榄核河、西樵水道汇合流入蕉门水道。桥梁中心线与水流方向斜交角225°, 距上游沙湾水道约8.0km, 距下游蕉门水道汇合点处8.3km。
骝岗涌特大桥国道主干线广州绕城公路南环段骝岗涌特大桥主桥为连续钢构桥, 跨径布置为75m+130m+75m, 主梁采用C55砼, 半幅桥宽16.25m, 采用单箱单室箱型断面, 其中箱宽7.8m, 两侧翼缘板悬臂长4.225m, 主梁根部梁高7.5m, 跨中及边跨端部梁高3.2m。
主梁按预应力构件设计, 采用三向预应力体系, 包括纵向预应力、横向预应力和竖向预应力。其中, 竖向预应力摒弃传统的精轧螺纹钢YGM锚固体系, 采用新型的二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统的施工工艺, 达到了预期效果。
2 新型锚固系统特点
二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统是一种新型的预应力筋锚固体系, 不同于传统的精轧螺纹钢YGM锚固体系, 也不同于夹片式钢绞线锚固体系, 它具有其自身的特点, 只要在施工中掌握相应的施工要点, 就能确保发挥这一新型锚固体系的优势, 从而确保竖向预应力 (含中短预应力束) 永久应力稳定可靠, 做到孔道压浆密实饱满, 达到提升桥梁安全性能的目的。
3 新型锚固系统工艺
3.1 新工艺简介
钢绞线预应力筋二次张拉低回缩工艺是针对中短预应力束锚固系统在张拉放张后, 产生的回缩对预应力系统永存预应力损失过大的工况专门研究开发的一种新型钢绞线低回缩高效率的预应力锚固系统。它锚固钢绞线的锚固理论锚固回缩值小于1mm, 预应力损失很小, 是目前中短束预应力筋有效永存预应力损失最小的锚具品种之一。
3.2 旧工艺的缺陷
在一些桥梁的实际调查中发现, 常有竖向预应力筋永存预应力不到位的情况, 甚至在施工完成以后, 有的预应力筋内无预应力。同时由于箱梁桥高度有限, 对施工要求高, 稍有不慎, 竖向预应力可能会损失过半, 这对箱体的受力是极为不利的。
从大量的实际施工桥梁调研中发现, 主要问题是竖向预应力采用的精轧螺纹钢YGM锚固体系竖向预应力存在如下缺陷:
3.2.1 放张时存在钢筋回缩损失, 主要原因在于钢筋上的螺纹与螺母间隙及变形、螺母与垫板的接触面存在夹角, 导致实际回缩量损失大大超出规范。上述特点往往导致竖向预应力效果差。
3.2.2 精轧螺纹钢YGM锚固体系由于力筋是刚性索, 对施工安装锚固螺母、预应力粗钢筋、锚垫板三者安装精度要求相当高, 否则造成放张时锚固螺母拧不到位, 是传统锚固体系永存预应力极难保证稳定, 且易发生随即变化的一个重要原因。
3.2.3 在实际工程中, 精轧螺纹钢被拉断的现象也时有发生, 精轧螺纹钢一旦拉断, 无法补救, 危害也很大。
3.2.4 竖向预应力筋普遍存在压浆质量不好, 管道压浆不密实等通病存在, 也为传统锚固系统预应力损失留下了后患。
3.3 新工艺的形成
箱梁桥腹板的竖向预应力是为控制箱梁桥腹板开裂而设计的, 许多专家、学者的文献也都强调了竖向预应力在箱梁桥结构中的显著作用。工程实例也证实:没有设置竖向预应力的箱梁腹板开裂更加明显, 甚至在施工期间就出现了裂缝;有的虽然设置了竖向预应力, 但由于预应力损失大, 管道压浆不密实, 以及温度应力、混凝土的收缩和徐变等诸多因素, 仍然不能抑制腹板斜向裂缝的出现。
中交公路规划设计院曾对建成的部分大跨径预应力混凝土连续梁、连续刚构等连续梁式桥进行了调查, 结果表明预应力混凝土连续梁式桥存在的突出问题是混凝土结构开裂。而纵向预应力束布置和竖向预应力的大小对箱梁桥腹板斜裂缝的控制等起着主要作用。
针对精轧螺纹钢YGM锚固体系存在的缺陷, 将二次张拉预应力锚固体系应用于箱梁桥腹板, 作为竖向预应力, 使竖向预应力筋预应力效率大大提高, 预应力损失很小, 时效松弛应力损失也远远小于精轧螺纹钢力筋, 加上压浆工艺的优化改进, 孔道压浆密实饱满, 粘结握裹力好, 克服了精轧螺纹钢YGM锚固体系存在的不足。同时, 工程造价同比降低, 工程安全性却明显提升。
3.4 新工艺优势及应用
二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统低回缩、永存预应力损失小的显著特点, 为广泛应用于大跨度预应力混凝土连续梁、连续刚构、刚构——连续组合体系等桥梁竖向预应力提供了理论依据, 从而克服传统的精轧螺纹钢YGM锚固体系回缩大导致永存预应力损失大的缺陷。
二次张拉钢绞线低回缩锚具在施工中还可以根据工程特殊需要, 方便准确调整预应力筋的实际有效永存预应力, 它的这一特性可广泛应用于各种试验、实验结构中, 还可应用于铁路梁横张预应力筋结构、斜拉索塔身周向、横向预应力筋结构、边坡锚固预应力筋结构及其他各种较短束预应力筋结构中, 限于篇幅, 本文仅对二次张拉钢绞线竖向预应力锚固系统进行浅析, 以作探讨。
4 新型锚固系统施工
4.1 新工艺结构原理
二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统由固定端垫板、P锚、固定螺旋筋、钢绞线、波纹管、张拉端垫板、张拉端锚具和张拉端螺旋筋组成。固定端垫板、张拉端垫板组件和混凝土共同构成了承力架构, P锚固定钢绞线。
工作锚环设计成外圆全螺纹, 轴向布置若干个锥孔, 锚环外螺纹与支承螺母相连接, 夹片轴向安装在锚环锥孔内。
第一次张拉钢绞线至张拉设计控制荷载, 放张时, 夹片自动跟进夹紧钢绞线进行自锚固;第二次将工作锚环通过连接杆整体张拉至设计荷载值, 向张拉端垫板侧拧紧支承螺母, 放张后, 锚环由支承螺母支承在张拉端垫板上, 预应力筋无回缩产生, 从而消除第一次张拉钢绞线锚具回缩值, 达到提高预应力效率的目的。
4.2 第一次张拉安装
首先应了解工程设计中对预应力束的张拉要求, 例如每束预应力筋钢绞线的根数、标准强度、横截面积数值、控制应力、要求的张拉伸长量值、锚具的回缩值等, 然后根据标定后的"油压值-张拉力"标定值确定控制应力的油压值。
待养护龄期满足设计要求后, 准备第一次张拉工作。将工作锚环自钢绞线束端部套上, 并推至锚垫板处, 对准止口固定;安装工作锚环、夹片;安装限位板, 限位板应按锚板尺寸设计, 与锚板的孔相对应配合;安装千斤顶, 将千斤顶前端盖支承口套在限位板的外面, 这时千斤顶即可同轴对中;将工具锚安装在活塞端部的支承止口上。
按照一般低松弛钢绞线预应力的张拉工艺完成对竖向预应力的第一次张拉, 第一次张拉放张后, 由夹片进行自锚固。
4.3 第二次张拉安装
根据预应力张拉施工方案要求, 检查第一次张拉施工是否按照规定完成, 检查第一次张拉施工是否达到锚固质量要求, 如符合要求, 方可进行二次张拉, 否则, 应采取措施按照规范要求对第一次张拉进行检查, 使第一次张拉合格。
第二次张拉安装时按照顺序安装张拉支架、连接套、张拉杆、定位垫板和连接螺母, 将工作锚环进行整体拉起, 达到设计预应力要求后持荷2min, 再拧紧支承螺母, 使支承螺母支承在张拉端垫板上。
4.4 孔道压浆、封端
孔道压浆、封端按照《公路桥涵施工技术规范》 (JTJ041-2000) 执行。
4.5 二次张拉注意事项
4.5.1 在进行第一次张拉时, 必须将工作锚环与张拉端垫板清扫干净, 同时将支承螺母拧起, 确保第一次张拉完成后, 工作锚环与张拉端垫板能紧贴密实, 防止受力不均和预应力损失。
4.5.2 在进行第二次张拉时, 工作锚环整体拉起后, 必须将支承螺母向下拧紧拧死, 使支承螺母与张拉端垫板紧贴密实。
5 结束语
随着我国基础建设的蓬勃发展, 各类桥梁的施工日渐增多。由于竖向预应力的普遍应用, 对腹板斜向裂纹的控制取得了一定的效果, 但是传统精轧螺纹钢YGM锚固体系的应用对后期永存预应力存在一些不可避免的缺陷, 工艺的改进迫在眉睫。
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