竖向应力

关键词:

竖向应力(精选八篇)

竖向应力 篇1

1 构造要求

1.1 墙身

由于竖向预应力锚杆挡土墙是在重力式挡土墙上增设竖向预应力锚杆构成, 其墙身即为重力式挡土墙, 一般由浆砌片 (块石砌筑或素混凝土浇筑。因而墙身构造与重力式挡土墙基本相同, 但是由于竖向预应力锚杆设置于墙背一侧, 一般采用陡峻的俯斜式墙背, 常采用垂直墙背。

1.2 锚杆

灌浆预应力锚杆由锚固段、张拉自由段及垫板锚具三部分组成, 其是利用灌注在锚孔中的水泥砂浆锚固在挡土墙基底, 稳定岩层的钻孔中的, 受拉后的锚杆其周边的砂浆握固力就会通过砂浆传递到岩层中。

在挡土墙基底以下, 锚固在稳定地基中的一段锚杆就是锚固段, 其锚固是利用水泥砂浆对锚杆的握固力、砂浆与孔壁岩层间的粘结力和摩阻力而进行的。锚杆以上的部分称为自由段, 其长度主要是根据预应力的损失和墙身抗剪强度的需要而确定的, 这部分的锚杆周围灌注软沥青比较合适, 因为这样可以避免与砌体粘结, 还可防锈。在锚杆的顶端有预制的钢筋混凝土垫块和钢垫块, 而垫板上又有锚具, 这样可以在张拉后锚固锚杆。

(1) 锚杆材质与截面直径锚杆宜用经过双控冷拉处理后的单根粗钢筋制作, 双控冷拉处理的目的在于提高钢筋的极限强度, 一般采用螺纹钢筋。其截面应根据受力大小而定, 锚杆直径尚需增加2 mm作为防锈的安全储备。

(2) 锚杆布置。锚杆的间距, 应根据锚杆的抗拔力、墙身圬工数量等因素确定。在纵向尽可能均匀布置, 以不引起锚孔周围地层应力的重叠和过分集中为原则, 其纵向间距一般不宜小于1.0m, 并以大于20倍的锚孔直径为宜;为增加抗倾覆能力, 锚杆在横向宜靠近墙背, 但应使墙身能承受垫块压力而不致破坏。

(3) 有效锚固深度。锚固深度是指锚杆埋入稳定地基中的长度, 也称有效锚固段长度, 其长度可按抗拔力要求根据锚固地层性质确定。尚应考虑岩层构造, 防止在水平推力作用下, 挡土墙位移时在基底处切断锚杆, 同时避免基底处应力过于集中, 有效锚固深度自挡土墙基底以下50 cm处算起, 即基底以下50 cm设置为自由段 (涂以软沥青) 。

根据锚杆拉拔试验, 当采用冷拉螺纹钢筋作锚杆时, 在较完整的硬质岩层中, 采用大于M30的水泥砂浆, 其锚杆有效锚固深度约为2m即可, 对于埋置于软质或严重风化岩层中的锚杆, 由于受许多复杂条件和地质因素的影响, 锚杆抗拔力变化较大, 因而宜根据现场拉拔试验确定。对于具有软弱构造面的岩层, 还应注意锚杆沿岩层软弱面破坏的可能性。

(4) 锚头。竖向预应力锚杆常采用螺母进行锚固, 依据挡土墙和锚杆只有段长度的关系, 锚头分为两种, 即出露式和埋入式。低墙或处于试验阶段时宜用出露式;墙身较高或有可靠的预应力损失实测资料时, 可选用埋入式。从减少养生工作量和延长锚头使用寿命的方面来说, 也宜采用埋入式锚头。

锚头埋设位置应综合考虑锚杆自由段的长度 (预应力损失) 和墙身截面强度等因素来进行决定。对于埋入式锚头, 由于设置锚头使墙身截面减小, 因此, 应验算锚头处墙身截面强度。

(5) 锚杆自由段。长度自由段不提供抗拔力, 自挡土墙基底以下50 cm处向上算起, 包括两部分:一是基底以下50 cm的自由段, 该部分主要服从构造要求, 是人为设定的;二是砌筑于墙身的部分, 其长度与锚头锚固位置有关。

2 材料要求

竖向预应力锚杆挡土墙使用材料主要包括墙身材料和锚杆材料两部分。墙身材料有砌块和水泥砂浆 (浆砌片、块石砌筑) 或水泥混凝土 (素混凝土浇筑) 。锚杆可采用Ⅱ级或Ⅱ级钢筋, 也可采用钢丝索, 还可采用高强钢铰线或高强钢筋。钢筋锚杆一般采用螺纹钢筋, 为提高钢筋的极限强度, 宜采用双控冷拉处理。此外, 锚杆注浆料可采用水泥砂浆、水泥净浆和小石子混凝土。常用水泥砂浆, 强度等级不低于M30。

3 竖向预应力锚杆施工

3.1 施工方法

无论如何钻孔但需达到钻孔准确、孔深垂直、孔内清洁且孔的周围没有受到破坏的要求。一般而言, 成孔的深度需要比设计的深度增加到20~30 cm, 以为总有沉落的岩粉减少孔深。

在清除干净孔内的岩粉和水之后, 即可将拌好的水泥和砂浆慢慢的注入锚固段, 当注浆完毕需要及时的将除锈后的锚杆放入孔内, 为使孔内填充匀实, 锚杆可在孔内上下移动两次, 待砂浆初凝之前, 钢筋就要对准孔中心并固定在孔内了, 当水从孔内涌出之后, 可将灌浆管渗入到孔底再次进行灌浆, 充分的保证锚固段的质量。

在灌浆锚杆孔灌时, 下部有效锚固段先灌注, 再一并灌注上部50 cm与墙身沥青。锚杆张拉要在墙身砌筑一周后进行。

3.2 施工注意事项

(1) 当竖向预应力锚杆挡土墙用于整治滑坡时, 分段跳槽开挖可以保证施工中滑坡的整体稳定性。

(2) 在墙身砌筑过程中, 要使孔壁与锚杆自由段垂直并有一定的间隙, 这样可以防止在施加预应力过程中有摩擦力的产生。使预应力损失增大。也可用套用直径为4~5 cm的塑料管, 逐段灌注软沥青。

(3) 根据设计要求, 为确保基底以下50 cm的锚杆长度为自由段, 必须涂以软沥青。

(4) 直接决定锚杆质量的是灌浆工艺, 因为只有灌浆时保证砂浆和钢筋以及孔壁都充分的接触, 方可使其有很好的握固力和抗剪强度。

(5) 锚杆外露的螺丝端杆、螺帽和垫板是容易生锈的地方, 在锚杆放入钻孔前, 这些除锈工作必须做到位, 可以先涂防锈红丹, 然后再涂防锈漆。

摘要:根据自身的实践经验对竖向预应力锚杆挡土墙施工技术进行了详细的探讨。

关键词:竖向预应力,锚杆,挡土墙,施工

参考文献

[1]钱春华.锚杆挡墙的运用及技术要点[J].林业建设, 2005, (2) .

竖向应力 篇2

通过工程实例,对静压预应力管桩单桩竖向承载力达不到设计要求进行了分析,并提出了处理方法和结论建议.

作 者:孙明波 向博 SUN Ming-bo XIANG Bo 作者单位:孙明波,SUN Ming-bo(吉林省第一地质调查所,吉林,长春,130033)

向博,XIANG Bo(吉林省岩海工程勘察有限责任公司,长春,130033)

一种改进的桩身竖向应力测试方法 篇3

关键词:测试方法,桩身轴力,桩侧摩阻力,数据处理

0 引言

随着经济的快速发展和高层建筑的大量兴建,桩身应力测试的试桩项目也越来越多。测试的依据是国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)(以下简称《JGJ106》)[1],该规范在安装弦式钢筋计时规定弦式钢筋计应按主筋直径大小选择(第A.0.10条),带有接长杆弦式钢筋计可焊接在主筋上(第A.0.11条)。这两条规定在实际安装中比较难以操作,原因在于焊接应力传感器时会对传感器产生不良影响。例如高温、扭弯等,会导致传感器的损坏,并且会耗钱耗工。因此,笔者基于单桩竖向抗压静载试验中桩侧摩阻力的计算原理,对《JGJ106》规范中推荐的钢筋计安装方法作了改进,然后从理论上对该方法的桩侧摩阻力分析原理和试验数据的整理过程进行了探讨,并结合工程实例论证了该方法的可行性和简便性,供广大工程实践者参考。

1 桩身竖向应力测试方法的改进

通常的钢筋混凝土桩是由混凝土及其中的钢筋组成的复合杆件,任取桩身一截面,在桩顶荷载Q作用下,根据截面法向应力平衡,该截面的平衡方程式可表示为:

式中:N1为该截面钢筋及混凝土所承受的荷载,即桩身轴力(k N),为直接测试参数;N2为该截面以上土体对桩侧的摩阻力(k N),为测试需解析的参数;N3为计算截面以上的桩身自重(k N),为已知参数。

从式(1)可以看出,在桩顶荷载Q一定的情况下,桩身任意两个截面之间的桩侧摩阻力的变化大小等于桩身轴力和桩身重力和的变化,方向相反。当桩身直径较小或者两截面间的长度较小时,桩身重力的变化较小,可以忽略不计;并且这种忽略会使得通过试验计算出的桩侧摩阻力偏小,从设计的角度来讲,对工程是有利的。因此通过桩身轴力N1的变化可求桩侧摩阻力。

根据材料力学知识,截面处的桩身轴力为

式中:为截面处的应变;为钢筋数量(根);n为钢筋弹性模量(MPa);Eg为混凝土弹性模量(MPa);Ec为单根钢筋截面积(m2);为桩身截面积(m2)。

从式(2)可以看出,只需要测出各截面出的应变就可计算出各截面处的桩身轴力N1。因此,只需要在各截面处主筋侧对称绑扎2~4个弦式钢筋应力计即可,该方法比《JGJ106》中建议采用的应力传感器的安装方法简便很多。

为了使得测试的数据可靠、准确,对于观测的试验桩,还要注意以下两点:

(1)成孔后应对桩孔形进行观测,并做相应的桩形记录,加工钢筋笼时应保持观测截面和标定断面的一致,浇筑混凝土时对成桩过程应该严格控制,灌注的混凝土应尽可能均匀。

(2)在试验加载过程中,应在桩顶沉降稳定之后观测钢筋应力计的数据,这是由于桩身应力分析原理中是假定各个观测截面是处于应力平衡状态。

2 桩身应力测试数据的处理

2.1 桩身轴力的计算

一般情况下,由于弦式钢筋应力计出厂的标定状态和其在实际工程中的工作状态是有一定区别的,这可能会造成其零点的漂移,但这并不影响其标定关系,只需把其在实际工作状态时受力之前测读的频率作为新的零点f0,据此计算钢筋计的应力σsi[2]。

当同一截面埋设多个弦式钢筋应力计时,应根据标定的计算公式先计算出各个应力计的应力值σsi,然后取其平均值作为计算该截面处的应变的计算依据。

当所有观测截面处钢筋计应力平均值计算出来后,根据各深度观测断面计算结果可绘制桩身截面处钢筋计应力分布图。通常情况下需要对应力分布曲线特征进行观察,一般来说应该是呈现从上到下逐渐减小的趋势。如果出现不规则分布时,应该分析原因,进行适当的调整。

如果观测断面处桩身施工直径和桩身设计直径存在差异,则需要对观测断面的应力进行校正,将其校正为与设计桩径相同的值。如果缺乏桩形观测记录资料,通常可采用假定测试断面直径,对观测钢筋计应力进行校正试算的方法[2]。

在弦式钢筋计、桩身钢筋和混凝土等同变形条件下,式(2)可变为

式中:σsi为截面处的第i个钢筋计的应力;Es为钢筋计的弹性模量(MPa)。

令k=軍n AgEg+Ec(s-n Ag)軍/Es,则上述公式(1)可简化为

由于Q、σsi、N3为已知数,因此式(4)中的未知数有k和N2。N2为桩身应力观测要求的目的参数,因此需要通过某种途径求取k。

通常求k最简洁的办法是在桩顶部设置标定断面。在标定断面处,桩侧摩阻力N2和桩身自重N3均可以忽略不计,则可根据式(4)可获得k值。这种通过钢筋计应力求k的方法因k的单位为m2,故可取名为“标定面积法”[2]。

一般应首先绘制和Q散点图,然后根据曲线形态选定合适的回归公式。一种比较简洁的办法是利用电子表格的趋势线功能,为散点绘制的曲线添加直线趋势线。

k值确定后,代入到式(3)就可以计算其余各个截面处桩身轴力的N1。

根据各深度观测断面计算结果可绘制桩身轴力分布图。桩身轴力分布曲线是计算桩身摩阻的依据。

2.2 桩侧摩阻力的计算

在某级荷载作用下只要计算出总侧摩阻力N2,将其除以计算段的桩身侧面积,即可得到该荷载作用下桩侧自桩顶到观测截面总的单位摩阻力,将两个相邻观测截面的总阻力相减,然后除以两个观测断面间的侧面积即可得到在该级荷载作用下两层断面间的单位侧摩阻力[1]。

以计算某级荷载作用下第i-1至i观测截面的侧摩阻力qs(k Pa)为例,介绍桩侧摩阻力的计算方法。

第1步:计算该荷载作用下i-1截面以上的总侧摩阻力

第2步:计算该荷载作用下i截面以上的总侧摩阻力

第3步:计算该荷载作用下i-1至i截面间的单位侧摩阻力为

根据各深度观测断面计算结果可绘制各分层的侧摩阻力分布图。各分层的极限侧摩阻力可根据分级荷载作用下摩阻的变化特征进行判断,一般达到极限侧摩阻力时,摩阻力将不随分级荷载的增大而增大,反而会有所减小[3]。

2.3 桩端阻力的计算

如果只需要测定桩端端阻力的大小,而不需要了解桩端端阻力的分布,则不需要采用在桩端埋设土压力盒等手段专门做桩底的阻力观测试验,可通过桩侧摩阻力间接推算桩端阻力或直接在桩端部主筋侧面绑扎一组应力计而测定。根据式(1),桩端阻力与桩侧摩阻力的关系为

桩端单位端阻力为[1]

根据此计算结果可绘制桩端阻力随桩顶试验荷载变化曲线图,这是判断桩端极限端阻力值的依据。

3 工程应用实例

某钻孔灌注桩,设计桩身直径Φ1200mm,混凝土强度等级C35,桩端持力层为砂土状强风化花岗岩,桩长为56m,成桩之后在桩端进行注浆,以提高桩端阻力。为确定该场地钻孔灌注桩主要土层的桩周侧阻力和桩端阻力,在该试桩中各土层分界面共6个截面处埋设钢筋应力计,每截面3根,累计18根。各土层名称、厚度及勘察建议桩侧摩阻力和端阻力(注浆前)详见表1。

测试加荷方式为慢速维持荷载法,该桩的每级荷载增量为1600k N,最大测试荷载加至16000k N。试验进展顺利,未出现异常现象,该桩未达到极限承载状态。该桩的K值标定图以及桩身轴力分布图、桩侧摩阻力分布图、桩端阻力随桩顶荷载的变化曲线图分别如图1~图4。从试验结果来看,该试验所测数据与勘察结果非常接近,试验非常成功。

4 结论

本文所推荐的钢筋计的安装方法实际操作起来方便、快捷,在实际工程中应用也很成功;在数据处理中不需要用到混凝土桩的桩身截面积、钢筋数量和型号、钢筋和混凝土的弹性模量等参数,处理数据也很方便,值得推广。

参考文献

[1]JGJ106-2003,建筑基桩检测技术规范.中华人民共和国建设部,2003

[2]梁金国,郅正华.桩身竖向应力测试应用技术研究.工程勘察,2007(3):5-9

竖向应力 篇4

1 工程概况

江海高速公路泰东河特大桥主桥上部为(67.5+105+58.5)m 3跨变截面预应力混凝土连续箱梁,为单箱单室。主桥采用挂篮平衡悬臂施工,先施工基础以及主墩和过渡墩,在2个主墩墩顶采用支架立模浇筑施工0#~1#块,并实施临时固结;然后主桥2#~14#梁段采用挂篮悬臂对称、平衡浇筑施工,各单“T”浇筑至最大悬臂后,先浇筑边跨合龙段,再解除墩梁临时固结,并拆除中墩及边墩的所有支架之后,完成体系转换,浇筑中跨合龙段,成为3跨变截面预应力砼连续箱梁。泰东河特大桥主桥立面、横断面见图1。

2 中跨合龙段空间有限元分析

2.1 分析模型和相关参数的选取

本研究主要截取中跨11#块~15#块主梁作为空间有限元建模对象。实体结构模型考虑此段梁体内所有的预应力钢筋及普通钢筋(纵向钢筋、横向钢筋、箍筋、拉筋),见图2和图3。其中,主梁混凝土采用实体单元模拟;预应力钢筋及普通钢筋采用杆单元模拟。材料参数按设计图纸和规范选取,如表1所示。

2.2 基本假定

建立有限元模型,基于以下基本假定:

(1)混凝土是各向同性的完全弹性材料;

(2)预应力钢筋与混凝土间粘结良好,不考虑滑移;

(3)不考虑混凝土收缩、徐变的影响;

(4)考虑主要由日照产生温差分布的影响,根据实测结果并结合规范,考虑沿梁体竖向分布的温度梯度取T=25e13.168y(y以梁顶面为原点,竖直向上为正)。

2.3 分析思路

在全桥杆系模型分析的基础上,根据圣维南原理,取中跨11#块~15#块主梁建立局部空间实体模型,把全桥平面杆系模型计算得到的内力和位移(中跨合龙施工结束后主梁的内力和位移)作为局部模型边界处的外力和位移边界条件,计算分析局部梁段的应力分布情况。

2.4 计算结果分析

主要分析中跨跨中底板束张拉后,底板的竖向应力分布规律。分别在底板预应力孔道上缘、底板预应力孔道中心和底板预应力孔道下缘3条沿桥梁横向的路径提取混凝土应力计算结果进行分析(见图4)。分析结果见图5~图7,计算结果表明,竖向应力在预应力孔道位置有突变,但总体分布较为均匀,最大竖向拉应力为0.50 MPa,最大竖向压应力为1.08 MPa。

3 底板竖向应力现场测试分析

在实际的桥梁结构中,由于施工工艺的限制,底板线形很难成为理想的光滑曲线,在块件的交界面处往往存在折角,而且混凝土也并不是理想的完全弹性材料。因此,有必要通过现场试验的方法近一步了解合龙段底板的竖向应力分布规律。

3.1 测试断面的选取

在张拉中跨合龙段预应力钢束时,通过埋设的正弦式应力传感器对底板的竖向进行跟踪观测。测试断面选在中跨合龙段和最后一个悬浇段交界面,竖向传感器埋设于测试断面底板靠近腹板的倒角位置。

3.2 测试工况

本桥合龙段纵向预应力分3个批次张拉,选取以下4个工况对底板的竖向应力进行测试:(1)第1批钢束(6束底板束和4束顶板束)张拉后;(2)第2批钢束(6束底板束)张拉后;(3)第3批钢束(10束底板束)张拉结束后;(4)张拉结束后1周。

3.3 测试结果分析

为了将实测值与理论值进行对比分析,理论计算模型假设预应力孔道在合龙段与最后一个悬浇段交接面处有3°的折角(施工合龙高差及孔道定位误差引起)。中跨合龙段底板竖向名义应力实测值与理论值对比结果见图8和图9。分析结果表明,预应力孔道在块件交接面处存在折角时,底板会产生较大的竖向拉应力;随着钢束的分批张拉,底板竖向名义拉应力不断增加,应力值由于测点位置的不同而各异。

4 底板竖向应力影响因素分析

4.1 纵向钢束预加力

底板的纵向预应力钢束在张拉后会产生作用于底板的径向力,从而在底板预应力孔道位置处产生竖向拉应力,底板纵向的预加压力越大,底板中的竖向拉应力也会越大[2,3]。

4.2 底板线形

在实际施工中,由于施工工艺的限制,底板很难做成理想的光滑曲线,往往会在块件交接面处产生一定的折角。根据等效原理,预应力钢束的预加力在折角处等效为一个集中力,会在底板产生了剪应力,从而增大了底板的竖向应力。而且折角越大,产生的底板竖向拉应力也越大。

5 底板竖向应力控制方法

(1)减小纵向钢束的预加力

在纵向预应力设计时,不能一味追求跨中底板较高的压应力储备,应控制纵向预加力在合理的范围内,建议施工阶段底板下缘最大压应力储备取10MPa~13 MPa,且不宜超过15 MPa。

(2)采用合理的梁高

在变截面连续梁桥的设计中,跨中梁高中一般取(1/1.5~1/2.5)倍的支点梁高。为了控制底板竖向应力,可以取跨中梁高为1/1.5倍支点梁高,从而使梁底曲线较为平缓[4]。

(3)跨中增设横隔板

由于跨中底板较薄,可在跨中增设横隔板,以提高跨中截面的整体刚度,改善底板受力。

(4)设置防崩构造钢筋

在跨中梁段底板的预应力孔道处设置一定数量的防崩构造钢筋,将底板上下层钢筋网形成一个整体,可有效防止底板下崩情况的出现,见图10。

(5)施工中合理控制梁底纵向线形

在施工过程中,应全过程进行跟踪监测和控制,确保桥梁底板线形流畅,并准确定位波纹管,避免出现较大的折角。

(6)分批张拉底板钢束

众多的预应力管道会大大削弱了本不太厚的底板截面,分批张拉并及时灌浆可以弥补此种不足。

6 结语

通过对预应力混凝土连续梁桥中跨合龙段底板的竖向应力进行的理论计算和现场测试,并分析底板竖向应力的影响因素,可以得知预加力大小以及底板线形是否流畅是影响底板竖向应力的重要因素。因此,设计中不仅要保证底板有足够的压应力储备,还应控制底板正应力在合理的范围内,并设置横隔板、防崩钢筋等构造措施;同时,施工中要高度重视纵向线形的监测和控制,采取多种方法控制底板竖向应力,确保线形的流畅。

参考文献

[1]徐芝纶.弹性力学[M].北京:高等教育出版社,1990.

[2]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3]王毅,吴重,男冯苠.预应力混凝土连续刚构桥底板径向力分析[C]//2006年全国桥梁学术会议论文集.北京:人民交通出版社,2006.

竖向应力 篇5

1 竖向预应力损失的分析

对于箱梁构件而言, 其竖向预应力损失是由孔道摩擦引起的损失、锚具变形、钢筋回缩和锚垫板下砼压缩引起的损失、砼的弹性压缩引起的损失以及温度变形、收缩徐变等引起的应力损失。

1.1 孔道摩擦损失

箱梁中的竖向预应力筋与纵向预应力钢束是有所区别的, 竖向预应力粗钢筋长度较短, 且为直线布置, 因此, 它与管道壁之间的摩擦引起的损失不大, 以某桥为例, 预应力钢筋长度以3.5m计, 其摩擦引起的损失为:

如果孔道没有砂浆堵塞, 该损失值较小, 仅占损失的8‰左右。

1.2 竖向预应力筋锚固时回缩和锚垫板下砼回缩的损失

竖向预应力筋的拉力通过锚具传递到砼上, 在传力过程中, 锚具的各个部件都有应力并引起变形, 根据竖向预应力筋张拉端螺母在锚固前是否拧紧情况, 存在竖向预应力筋的回缩变形, 竖向预应力筋锚固后, 锚垫板将竖向预应力传至其下的砼上, 如果锚垫板下的砼不是很密实, 将存在锚垫板下砼回缩现象, 如果这两种回缩变形值按3mm考虑, 其预应力损失 (3.5m长的竖向预应力筋) 为:

占设计张拉应力的27.3%, 预应力筋越短, 这种回缩变形引起的预应力损失越严重。

1.3 砼弹性压缩、温度等引起的竖向预应力筋的损失

箱梁腹板上的竖向预应力筋较多, 一般均采用分批张拉, 将造成预应力筋产生弹性压缩损失。文献[2]研究表明能够引起砼弹性压缩损失的预应力筋, 其范围仅限于相邻1排、前后共1.0m~1.5m以内的预应力筋张拉, 该损失很小, 仅占设计张拉应力的1%左右。

1.4 钢筋应力松弛损失

按照文献[3]中的相关规定:对预应力钢筋, 仅在传力锚固时钢筋应力σp≥0.5fpk的情况下, 才考虑由于钢筋松弛引起的应力损失。按照要求, 还应考虑砼收缩徐变引起的损失, 限于篇幅, 可参考纵向预应力的砼收缩徐引起的损失。

根据上述理论分析和工程实践情况看, 竖向预应力损失主要是由竖向预应力筋在锚固时回缩变形引起的。孔道摩擦、砼弹性压缩、温度等也会造成竖向预应力损失, 但损失的量较小;因此, 在工程实践中, 要高度重视张拉锚固时应将螺母拧紧, 锚垫板预埋位置应准确, 不得倾斜, 锚垫板下的砼一定要密实。而对竖向预应力筋进行二次张拉即在预应力筋灌浆前进行补偿张拉是减小这一损失的最有效措施之一。

2 箱梁竖向预应力筋设计和施工存在的不足及其对策

2.1 目前箱梁竖向预应力筋的设计

早期的箱梁腹板中没有设置竖向预应力筋, 主要是当时设计的跨径较小与认识的不足等原因造成的。而现在施工图设计, 在墩顶附近的箱梁腹板布置双排, 向跨中方向布置成单排, 间距50cm~80cm。

竖向预应力筋的施工工艺, 按照类似于纵向预应力钢束施工方法, 将预应力钢筋一端固结在箱梁底, 另一端露出箱梁顶面, 待箱梁悬浇段的纵向预应力钢筋张拉完成后, 开始张拉竖向预应力筋, 然后进行压浆。

2.2 目前箱梁竖向预应力筋设计和施工存在的不足及其对策

根据上述的箱梁竖向预应力筋设计情况, 通过大量的工程实践, 存在以下不足之处。

(1) 箱梁竖向预应力筋间距过大, 致使竖向预应力筋之间存在间隔性的应力“空白区”。

竖向预应力是通过锚垫板把应力传给砼, 使砼产生压应力, 但其有效作用范围是有限的。研究表明, 竖向预应力筋间距不宜超过50cm, 否则, 将出现竖向预应力筋之间存在间隔性的应力“空白区”, 规范规定竖向预应力筋间距为50cm~100cm, 在设计时建议采用规范规定的低限值。

(2) 竖向预应力筋张拉顺序没有明确规定, 致使腹板压应力分布可能出现不均匀现象。

规范[1]对于竖向预应力筋的张拉顺序没有明确的规定, 大部分箱梁设计文件也没有涉及到竖向预应力筋的张拉顺序, 造成施工单位对竖向预应力张拉带有明显的随意性。为确保腹板竖向压应力均匀, 竖向预应力筋的张拉与悬臂施工不能同步, 必须采用滞后张拉。但这种张拉会影响未张拉梁段的主拉应力, 在设计时应予以考虑可适当加强防裂钢筋的设置。

(3) 竖向预应力筋孔道漏浆, 造成压浆管被堵实, 致使压浆不密实或孔道积水。

由于竖向预应力筋成孔是采用金属波纹管, 其两端与锚垫板直接接触, 没有很好地密封与固定。砼中的浆体将从金属波纹管两端漏入孔道中, 出现漏浆现象。如果压浆管被堵实后, 雨水以及砼养生的水沿孔道上端凹槽渗入孔道, 造成孔道积水, 这样就影响压浆, 还可能造成孔道波纹管及竖向预应力筋的锈蚀, 对竖向预应力筋施工质量极为不利。

3 结语

为尽可能避免预应力砼变截面连续箱梁在施工及运营期间因为竖向预应力损失过大而造成腹板出现斜裂缝。疏港航道桥梁建设期间, 就十分重视这方面的工作, 一方面要求设计单位不断完善竖向预应力筋设计, 另一方面要求施工单位更加严格地进行预应力筋的施工。

(1) 竖向预应力筋设置间距不宜过大, 应避免出现应力“空白区”。 (2) 竖向预应力筋孔道设计时应考虑波纹管与两端锚垫板密封, 避免孔道漏浆和积水。 (3) 应要求竖向预应力筋必须进行复拉, 并明确复拉时间间隔。 (4) 竖向预应力筋孔道必须设置压浆管和出浆管。 (5) 高度重视锚垫板预埋的位置准确性, 应与竖向预应力筋垂直, 并保证锚垫板下的砼密实。 (6) 竖向预应力筋上端多余长度必须采用砂轮切割, 避免由于温度造成预应力损失过大。

通过以上措施的落实, 将进一步提高疏港航道桥梁的工程质量和耐久性, 为今后同类型桥梁建设提供宝贵经验。

参考文献

[1]JTG D62—2004, 公路钢筋混凝土及顶应力混凝土桥涵设计规范[S].人民交通出版社, 2004.

[2]汪剑, 等.预应力混凝土箱梁桥竖向预应力损失的理论分析与试验研究[D].第17届全国桥梁学术会议论文集, 2006.

竖向应力 篇6

关键词:箱梁,竖向预应力,张拉质量,监控,检测方法

1 概述

许多预应力混凝土箱梁桥在运营甚至施工过程中腹板出现不同程度的开裂,尤其是大跨度预应力混凝土箱梁桥的腹板比较明显,严重影响了桥梁的刚度和耐久性。文献[1,2,3,4,5,6,7]报道表明:施加腹板竖向预应力并没能完全防止腹板的开裂,竖向预应力损失过大或失效,是导致混凝土箱梁桥腹板开裂以致达不到设计目标的主要原因之一。但目前深入研究竖向预应力张拉质量问题的文献不多,加之部分文献所示试验样本偏少,考虑也不够全面,甚至相互间存在异论,致使最终的施工质量处于未知状态,鉴于此,本文对目前竖向预应力张拉质量存在的问题及应采取的控制措施和相关监测方法进行了综合分析和探讨,并阐述了在广珠西线二期工程中的相关应用实践,为了桥梁的健康运营,建议对PC箱梁桥腹板竖向预应力张拉质量也进行施工监控。

2 竖向预应力张拉失效

工程中普遍采用Φ32精轧螺纹钢筋(设计张拉力540 kN)及YGM-32锚具作为竖向预应力锚固系统,其基本构造及布置见图1。

2.1 预应力损失过大

纵向预应力损失的各成分在竖向预应力上都有所表现,摩阻损失、锚具变形、钢筋回缩、接缝压缩构成锚固传力损失,是造成预应力损失的主要原因,而钢筋回缩损失又是锚固损失的重要组成部分,以3.5 m的有效钢筋长度为例,锚固损失约占初始张拉力的24.2%[5]和32%[9]。

2.2 竖向预应力张拉的人为因素

所谓人为因素即施工人员作业时的随意性,表现为张拉力不到位、拧螺母时紧固程度不够甚至漏拧,这将直接导致预应力筋失效;另外就是钢筋安装垂度、锚垫板安装倾角及张拉设备对中等误差过大,文献[9]对锚垫板安装倾角的研究足以表明安装误差造成的损失不容忽视。

3 张拉质量控制措施

3.1 采用拉伸—扭矩法

这种工艺一方面增加了附加张拉力,另外它事先压缩了钢筋与螺母、螺母与锚垫板、锚垫板与混凝土之间的缝隙,减少了锚固损失,这有别于超张拉法。文献[6]的试验研究表明,施加1 500 N·m扭矩有时可将锚固损失减小到约为“自由”拧紧情况的1/4,但是1 500 N·m的扭矩难以施工,因此文献[9]建议在张拉力达到540 kN时施加1 200 N·m扭矩,也可以根据扭矩与紧固力的关系式:M=KFd。其中,M为扭矩,N·m;K为扭矩系数;F为轴向紧固力,N;d为钢筋公称直径,m,在现场标定扭矩系数K并综合安全性自行确定拧紧扭矩M

3.2 必须进行二次张拉

试验研究表明钢材具有松弛特性,100 h的松弛量约为1 h的2倍,1 000 h的松弛量约为1 h的2.5倍,另外还考虑到混凝土收缩徐变等非线性塑性变形的时程特性及施工方便,建议二次张拉时间定在初张拉30 d后(研究表明30 d长期损失占长期总损失的84.5%[7]),张拉完毕马上执行压浆工序,第一这样有利于防止由于纵向预应力张拉可能导致的纵向裂缝,第二避开了混凝土的强水化热时段,第三有滞后张拉的效果减小了竖向压应力空白区[6]。第一次张拉采用分节段即时张拉,为了便于二次张拉可将第一次张拉力控制在设计值的80%~90%,30 d后的第二次张拉须达到设计张拉力的100%。

4 施工质量检测技术

对有效张拉力进行检测是确定张拉质量的最直接有效的方式,检测方法很多,贴应变片、安测力传感器不经济,仅仅适于研究;用超声波测试须在钢筋上打孔,加工不便且易于应力集中;延伸量法不准确;本课题组采用的是自主研发(正在研发)的“箱梁桥腹板竖向预应力检测仪”,如图2所示,操作简便,对钢筋没有特殊要求,属于无损检测仪器,在广珠西线二期工程中的四座大桥取得了初步成果,抽查数据见表1,表2。

表1的数据说明了在没有监管压力情形下的施工质量现状,其中6标的数据也充分体现了二次张拉的意义及仪器的敏感性;表2与表1对比分析可知业主及检测单位的介入形成了一定的监管压力,有效的督促了施工(如10标的数据),值得注意的是6标始终使用扭力扳手,限定施加1 000 N·m的预扭矩,两表对比可知其张拉力较稳定,受人为因素影响较小。

5 结语

与钢绞线相比,高强度精轧螺纹钢筋用于竖向预应力锚固系统具有施工方便、成本经济等优点,本文已经对其存在的施工质量问题进行了归纳,同时目前的施工现状及本文的实践成果表明,如果将竖向预应力纳入施工监控范畴,可以提高竖向预应力的可靠性,进而起到防止腹板开裂的作用,使混凝土箱梁桥更加实用经济。只是当前针对竖向预应力实用检测技术的研究还较少,监控手段有待进一步丰富和提高,并制定相应的检测技术规范。

参考文献

[1]钟新谷,沈明燕,尹旭文,等.预应力混凝土箱梁桥竖向预应力孔道漏灌浆对腹板截面开裂影响的研究[J].土木工程学报,2008,10(41):60-66.

[2]周军生,楼庄鸿.大跨径预应力混凝土连续刚构桥的现状和发展趋势[J].中国公路学报,2000,13(1):31-36.

[3]钟新谷.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝防治与研究(特邀报告)[A].第十三届结构工程学术会议论文集[C].2004:221-230.

[4]C.A.Ballinger,W.Podolny.Jr,M.J.Abrahams.A Report onthe Design and Construction of Segmental Prestressed ConcreteBridges in western Europe-1977.International road Federation,Washington D C,1978.

[5]方志,汪剑.预应力混凝土箱梁桥竖向预应力损失的实测与分析[J].土木工程学报,2006,39(5):78-84.

[6]沈明燕,钟新谷,舒小娟.箱梁桥竖向预应力张拉工艺与张拉时机的研究[J].施工技术,2007(10):38-41.

[7]沈明燕,钟新谷,舒小娟.PC箱梁桥腹板竖向预应力长期损失测试与研究[J].中外公路,2007(6):71-73.

[8]颜东煌,袁明,刘昀.施工定位误差对竖向预应力筋应力损失的影响分析及改进措施[J].中外公路,2008(6):79-84.

[9]刘学伟.预应力混凝土箱梁竖向预应力钢筋锚垫板安装倾角对预应力损失的影响[D].长沙:湖南科技大学硕士学位论文,2008.

竖向应力 篇7

1现有压浆作业流程

1) 竖向预应力筋张拉完成后孔道压浆前, 为清除孔道内废渣等杂物, 保证孔道通畅, 首先应使用压力水对孔道进行冲洗, 然后在确保孔道湿润的前提下, 用空压机吹去孔道内残留的积水, 以使孔道内壁与压入水泥浆有良好的粘结。2) 压浆作业过程中, 一般应用活塞式压浆泵均匀、缓慢地自布设在竖向预应力筋孔道最低点的压浆孔压入水泥浆, 由于梁体竖向预应力筋孔道长度较小, 水泥浆用量少, 适当加大压力采用一次压浆, 以压入孔道内的水泥浆密实为标准确定压浆的压力, 压力逐渐增大, 最大压浆压力控制在0.3 MPa~0.4 MPa, 由布设在孔道最高点的排浆管排气和泌水。

2存在问题

当前应用较普遍的预留孔道与竖向预应力的形式是:预留孔道采用金属波纹管, 竖向预应力采用32的精轧螺纹钢筋。压浆质量难以保证是竖向预应力筋一直存在的问题。常见问题主要有:1) 压浆不通。由于预留的竖向孔道往往是厚度很小的金属波纹管, 在混凝土的浇筑和振捣过程中, 布设在孔道上的压浆管脱落、堵塞时有发生。2) 压浆不饱满。竖向预应力孔道又细又短, 而单根孔道所需水泥浆量有限, 压浆时间过短, 没有持压装置, 现场施工中又往往采用和纵向预应力一样的压力大、排量大的压浆机, 水泥浆不可避免的泌水、沉淀, 造成在孔道上端锚头的锚固区域内有一段没有水泥浆, 空隙势必会使预应力筋锈蚀, 造成预应力损失。3) 压浆起不到粘结、握裹作用。竖向预应力钢筋由于本身刚度大, 周边面积小, 压浆又难以密实饱满, 所以粘结、握裹作用很难保证。也不能单纯靠加大波纹管直径来增加粘结握裹力, 因为压浆不密实饱满会削弱腹板有效断面尺寸, 对结构受力不利。

3改进措施

针对上述存在的问题, 提出以下五种改进竖向预应力筋孔道布设和压浆工艺的方案。

方案一:采用一种组合锚垫板装置, 确保竖向压浆管畅通牢固, 并在箱梁顶面张拉端设置持压装置, 如图1所示。为增加锚垫板的承压刚度, 在上下两端的锚垫板上焊接一节直径稍大于波纹管的钢管, 并用胶带将金属波纹管固定在钢管内。在下端固定的钢管旁焊接一段小钢管, 将塑料压浆管插入压浆孔, 用胶布包牢, 固定进浆管;上面锚垫板上斜钻一孔, 与管内相通, 作为排浆孔, 并插一根小塑料管引出来, 塑料管长60 cm~80 cm作为持压长度。这样能充分保证锚垫板、波纹管、压浆管之间可靠连接, 使得压浆孔道通畅。竖向预应力筋张拉锚固后, 用高标号混凝土封闭张拉端。

封锚完成后, 及时对预应力孔道进行压浆。水泥浆的强度应符合设计规定, 设计无规定时, 不宜低于30 MPa。应根据管道直径, 灌注长度, 压浆设备和温度确定水泥浆合适的稠度, 避免稠度过小的水泥浆产生过大的泌水率, 稠度过大的水泥浆堵塞孔道, 以确保灌浆施工作业可靠顺利进行。水泥浆的水灰比应控制在0.4以内, 并加入适量的膨胀剂, 使水泥浆增塑, 微膨胀, 并采用高速拌浆机来提高水泥浆的质量。压浆时应从最低点的塑料压浆孔压入水泥浆, 由最高点的塑料排浆孔排气和泌水。

此方案使得压浆管和排浆管安装牢固, 确保竖向压浆孔道的畅通, 很好地解决压浆过程中进浆不通的问题, 同时设置了持压装置延长了压浆时间, 改善了水泥浆的泌水和沉淀, 提高了锚头锚固区域内压入水泥浆的质量。

方案二:对同一横断面上相邻布置两根竖向预应力孔道 (孔道布置与方法一相同) 最低点的塑料管进行连接, 一根竖向孔道最高点的塑料管作为压浆管 (排浆管) , 另一根竖向孔道最高点的塑料管作为排浆管 (压浆管) , 如图2所示。此方案具有方案一的确保压浆管畅通的优点, 同时又增大压浆长度, 一次压入水泥浆量增加了一倍, 延长了压浆持续时间, 使得整个压浆过程不再是一瞬间, 而是在一个具体时间内完成, 很好的解决了水泥浆的泌水、沉淀问题, 保证了压浆的饱满和密实。

方案三:竖向预应力筋上下两端采用有粘结, 中部部分采用无粘结, 如图3所示。为弥补无粘结的不足, 采用无粘结预应力筋和适当的普通钢筋混合配筋, 使之具有有粘结部分预应力混凝土相似的力学性能。作为箱梁底部锚固端的补充, 锚固端另增加40 cm左右钢筋不套管, 这一段位置正在箱梁底板与腹板相交的承托范围内。在箱梁顶面张拉端40 cm范围内, 设置压浆锚固部分, 压浆作业都在桥面上进行。竖向预应力筋采用部分粘结和部分无粘结的组合结构, 无粘结部分可以避免因压浆不密实可能发生预应力筋锈蚀等危险。此方案构造简单, 施工方便, 张拉摩擦损失小, 使用期预应力筋可补张拉, 能充分发挥竖向预应力钢筋作用, 对于结构的受力极为有利。

方案四:设计时采用其他的竖向预应力锚固体系来取代常用的金属波纹管加精轧螺纹钢筋的组合形式, 以改善金属波纹管和竖向精轧螺纹钢筋这种组合下预应力损失过大的问题。比如采用强度更高、预应力吨位可以任意选择的来代替精轧螺纹粗钢筋, 压浆后平行钢丝与水泥浆粘结握裹效果更好;用预应力损失小的墩头锚代替传统的锚具。这种平行刻痕钢丝, 墩头锚体系吨位大, 工艺好, 尺寸小, 如能在箱形梁桥的竖向预应力中采用, 则能通过调整吨位可以保证竖向有效预应力, 很好地控制腹板裂缝的产生和发展。

改变采用排量大、压力大的压浆设备, 研制一种排浆量小, 压力均匀慢速的专用小型压浆机, 小型压浆机的使用能使压浆过程持续一定的时间, 能很好地改善水泥浆的泌水、沉淀和孔隙现象。

方案五:采用真空灌浆新工艺, 即在普通压浆的基础上, 在孔道的一端采用真空泵将孔道内多余空气进行抽除, 使孔内形成一定的负压, 然后再向孔道内压入水泥浆, 抽真空与压浆作为一个连续过程, 能确保孔道压浆饱满和密实。真空辅助压浆两端的工艺组成如图4所示。具体工艺流程:首先关闭除与真空泵连接外的所有压浆口、出浆口等的气密阀, 然后启动真空泵, 从孔内排除空气。若真空压力表达到规定的负压时, 表明孔道密封良好。孔道在负压下, 用压力泵将水泥浆压入孔道内, 压浆过程可通过透明出浆管观察。压浆过程连续进行, 直至浆体从出浆口进入负压容器, 当流出浆体达到合适稠度时, 关闭出浆口阀门。在压浆泵正压力下, 在锚端盖帽进浆口和通风孔处压入一定量的水泥浆体, 关闭阀门。压浆完成后关闭进浆口阀门之前, 在保持正压的情况下, 持续一定时间 (一般1 min~2 min) 。

真空灌浆随着后张法预应力混凝土在桥梁工程中的广泛应用应运而生, 由于竖向孔道内水分和空气的存在, 常规的压浆设备很难使得压浆达到饱满密实的效果, 而采用真空压浆工艺不仅能消除孔道内残留的水分和空气, 改善水泥浆的泌水、沉淀和孔隙现象, 而且在真空状态下能很好地保证压浆的饱满度和强度。此方案能大大地提高竖向预应力孔道的压浆质量。

对竖向预应力筋孔道布置及压浆工艺进行优化, 很好地解决工程施工中常见的竖向预应力筋进浆不通, 压浆不饱满, 粘结握裹效果不理想的问题, 改善了竖向预应力的灌浆施工质量, 提高了腹板内竖向预应力筋的有效预应力, 对箱梁腹板裂缝能起到很好的预防控制作用, 增强了结构的耐久性。

参考文献

[1]张继尧, 王昌将.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社, 2004.

[2]瞿有成, 陈湘林.箱梁腹板竖向预应力施工质量控制[J].中外公路, 2002 (10) :45-46.

竖向应力 篇8

关键词:东江特大桥,博深高速公路,连续刚构,竖向预应力,二次张拉,低回缩锚具,设计与施工

1 工程概述

粤湘高速公路博罗至深圳段是广东省高速公路网规划中“第四纵线”深圳至湖南汝城的第二段,也是泛珠三角区域合作公路、水路交通规划的一部分。项目路线起于惠州市博罗县罗阳镇广惠高速公路,终于深圳市龙岗区,与盐排高速公路相接,全长62.23公里。

东江特大桥属于博深高速公路第一合同段,跨越美丽宽广的东江,全长2675.43m。引桥采用常规的25m,30m的预应力小箱梁、其中跨越河堤、省道采用43m+75m+43m连续箱梁。主桥采用95+170+95m的连续刚构方案。

主桥箱梁采用单箱单室截面,为三向预应力结构,箱梁顶板宽19.58m,底部宽11m,外翼板悬臂长4.29m,箱梁0号段长12m,每个T构纵桥向为24个对称梁段,梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为6*2.5m,6*3m,6*3.5m,6*4m,单侧悬臂累计长78m,全桥共有4个边跨合拢段,2个中跨合拢段,合拢段长度2m,边跨现浇段8.75m。

箱梁根部断面梁高10.8m,跨中及边跨现浇段梁高3.8m。0号梁段腹板厚度为140cm,从1号梁至10号梁段腹板厚度为75cm,从12号至18号梁段腹板厚度为65cm,从20号梁段至24号梁段腹板厚度为55cm,合拢段腹板厚度为55cm,腹板变厚处设置一个节段渐变过渡。箱梁底板厚除0号梁段为120cm外,其余梁段底板从箱梁根部截面的120cm厚渐变至跨中及边跨合拢段截面的35cm厚,箱梁采用高强度C60混凝土。其主桥桥型图见图1。

2 竖向预应力钢绞线二次张拉设计

2.1 竖向预应力钢绞线二次张拉设计

2.1.1 设计说明

东江特大桥主桥向预应力二次张拉钢绞线沿垂直方向布置于预应力混凝土箱梁桥腹板内,并经二次张拉施工实现其力筋低回缩锚固的预应力锚固体系。

竖向预应力二次张拉钢绞线采用抗拉强度为fpk=1860mpa的准15.2毫米的高强度低松弛钢绞线。主桥共布置4256束,每束预应力采用3条钢绞线,张拉端锚具采用M15DHS-3T低回缩二次张拉锚具,固定端锚具采用MP15DHS-3T低回缩二次张拉锚具。竖向预应力钢束长度从11.38m变化到4.38m,具体布置图如图2。

2.1.2 锚固系统组成

竖向预应力锚固系统是一种由固定端锚具、预应力钢绞线、张拉端锚具等部件组合,沿垂直方向布置于预应力混凝土内,经张拉施工实现其力筋锚固的预应力锚固体系。

“低回缩竖向锚固系统”的张拉端锚具采用“低回缩二次张拉锚具”,固定端锚具采用“P型锚具系统”。具体如图3。

钢绞线竖向预应力筋-低回缩锚具和P型锚具组装件的锚固性能,应符合下列要求:

低回缩锚具和P型锚具的静载性能,应同时符合下列要求:

式中ηa—预应力筋-锚具组装件静载试验测得的锚具效率系数。εapu—预应力筋-锚具组装件达到实测极限拉力时的总应变。

低回缩锚具除应符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T14370—2007)中的通用要求外,还应符合下列要求:

(1)令锚杯螺纹与支承螺母螺纹处在5牙扣咬合的状态,加载额定工作荷载的1.5倍,并持荷5分钟,然后卸载,此时螺纹应能旋合自如,不能出现需用外力敲击后才能旋出的现象。(2)生产厂家型式试验时,锚杯螺纹与支承螺母在5牙扣咬合长度状态下,螺纹破坏荷载应≥1.7倍额定工作荷载。(3)第二次张拉锚固后,锚杯螺纹与支承螺母螺纹咬合长度应≥5牙扣。放张回缩值≤1mm。

钢绞线竖向预应力筋-低回缩锚具和P型锚具组装件的疲劳荷载性能、周期荷载性能和其他基本性能均应满足《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T14370—2007)的要求。

2.1.2.1 低回缩固定端锚具

(1)固定端“P型锚具系统”,由挤压套、弹簧、垫板、螺旋筋、压板、压板连接螺杆、压浆连通管、约束圈等部件组成,其结构见图4,与常规固定端P锚相比,增加了压紧装置(含压板、螺栓、螺母),保证安装时挤压头贴紧锚板;(2)MP15DHS低回缩量锚具(固定端)结构及尺寸参数。固定端P锚“弹簧”宜采用三角弹簧,其热处理硬度宜≥63HRC。“挤压套”采用优质合金结构钢,其热处理硬度宜为6~20HRC。固定端P锚垫板宜采用Q235钢板,厚度宜≥16mm。穿钢绞线孔的直径宜取(1.05~1.15)准(准为钢绞线公称直径)。压板及压板连接杆组件应将P锚压紧在固定端垫板上时无明显变形。

2.1.2.2 低回缩张拉端锚具

张拉端“低回缩锚具”,由锚杯、夹片、支承螺母、垫板、螺旋筋等部分组成,其结构下图5。低回缩锚具的锚杯圆柱(或圆台)内设置有夹片座套,外周应为螺纹,螺纹牙距宜为2~4mm,支承螺母螺纹应与锚杯螺纹一致,且为间隙配合。同时还应满足锚杯高度L1≥L2+28(mm)。

低回缩锚具的垫板材料宜为HT200铸铁,铸件不允许有砂、气孔等缺陷。支承锚杯的垫板平面应采用机械加工,垫板平面应设置排气(或压浆)孔,并与压浆孔道相通,孔道应有足够的截面积,以保证浆液的畅通,孔口应设置螺纹与排气(或压浆)管道相连,垫板内孔直径与波纹管外径相匹配。

(单位:mm)

2.1.3 管道系统

“低回缩竖向锚固系统”张拉端垫板内孔与固定端“P型锚具系统”约束圈之间用管道连接(见图4),其管道由半刚性管道构成,管道应不允许有漏浆现象,管道应具有足够的强度,以使其在混凝土的重量作用下能保持原有的形状,且能按要求传递粘结应力。

管道采用波纹状的金属螺旋管,金属波纹管采用镀锌钢带制作,钢带应符合现行《铠装电缆冷轧钢带》(GB4175.1)和现行《铠装电缆镀锌钢带》(GB1475.2)的相关规定,并附有合格证书,钢带厚度不宜小于0.3mm。

2.1.4 预应力钢绞线

竖向预应力二次张拉钢绞线采用高强度低松弛钢绞线。具体参数为:(1)抗拉强度为fpk=1860mpa;(2)公称直径为ɸ15.2毫米的;(3)预应力筋实测截面面积面积APv=140.17mm2;(4)预应力钢筋的实测弹性模量EP=199Gpa。

2.1.5 预应力张拉程序设计

2.1.5.1 张拉次数

(1)第一次张拉:0→初应力(张拉控制力的10%)→中间过程(张拉控制力的20%)→σcon持荷5min。(2)第二次张拉:滞后3个悬浇进行第二次张拉:第二次再将同一力筋的锚杯张拉至σcon→锚杯的下端面应离开垫板5~13mm→持荷5分钟→向垫板侧旋扭支承螺母→消除锚杯下端面与垫板之间间隙→放张锚固力筋锚杯。实现消除第一次张拉施工因夹片回缩和锚口摩阻造成的预应力损失。无论任何情况,张拉控制应力值不应大于0.8fpk。

2.1.5.2 张拉预应力控制

预应力筋采用应力控制方法张拉,以伸长值进行校核,实际伸长值与理论伸长值的差值应符合设计要求。若设计无规定时,则第一次张拉的实际伸长值与理论伸长值之差应控制在±6%以内,第二次张拉实际伸长与理论计算伸长值之差应控制在±10%以内。否则,应暂停张拉,待查明原因和采取措施以后,方可继续张拉。

2.1.5.3 预应力钢绞线的张拉力、伸长量设计

Pb:预应力筋平均张拉力(N);

P:预应力筋张拉端张拉力(N);

x:从张拉端至计算界面的孔道长度(m);

θ:从张拉端至计算界面曲线孔道部分切线的夹角之和(rad);

K:孔道每米局部偏差对摩擦系数的影响系数;

μ:预应力筋与孔道壁的摩擦系数。

当预应力筋为直线时,Pb=P,故计算公式为:

2)竖向预应力筋的理论伸长值△L可分别按下列公式计算。

(1)第一次张拉理论伸长值ΔL1(mm)按下式计算

式中:PIp——第一次张拉预应力筋的平均张拉力(N);

L——预应力筋的长度(mm);

Ap V——预应力筋的截面面积(mm2);

Ep——预应力钢筋的弹性模量(Mpa);

(2)第一次张拉实际伸长值,ΔL总Ⅰ(mm)按下式计算

式中:ΔL1——第一次张拉初应力至最大张拉应力间的实测伸长值(mm);ΔL2——初应力以下的推算伸长值,可采用相邻及的伸长值(mm)。本工程取初应力(张拉控制力的10%)与中间过程(张拉控制力的20%)之间的差值作为推算伸长值(mm)。

(3)第二次张拉理论伸长值ΔLⅡ(mm)按下式计算:

以上各式中:

PⅡp—第二次张拉预应力筋的平均张拉力(N);

PIp S—第一次张拉放张后,扣除预应力损失部份(含锚口摩阻损失和夹片回缩损失)后的剩余张拉力(N);

x%—锚口部位的摩阻损失系数,一般通过试验确定,简化时可取x=3;

PIp—第一次张拉预应力筋的平均张拉力(N);

ΔL1—第一次张拉理论伸张值(mm);

—夹片回缩损失系数,若要求精确时则应通过试验方法确定,一般简化时可按此式计算。

(4)第二次张拉实际伸长值ΔL总Ⅱ=ΔLIpS

式中:

ΔL总Ⅱ—第二次张拉实际伸长值(mm);ΔLIpS—第二次张拉初应力(PIp S)至最大张拉力间的实测伸长值(mm)。

第二次张拉初应力宜采用现场试验测试平均值的方法确定,即:第一次张拉放张后,按第二次张拉工艺,将力筋张拉至力筋锚杯下端面离开垫板平面之时的张拉应力值为初应力值;但也可按式估算。

3 竖向预应力钢绞线二次张拉施工

3.1 预应力筋下料

(1)预应力筋的下料长度通过计算确定,理论长度从固定端的压板到张拉端的锚杯,再加上工作长度62cm。既下料时考虑时应考虑结构的孔道长度、固定端长度、锚具厚度、一次张拉千斤顶长度和外露长度等因素。(2)预应力钢筋的切断宜采用砂轮锯,不得采用电弧切割。

3.2 预应力钢绞线与固定锚P锚的连接安装

采用穿心式挤压机(GYJC50-150)将固定端P锚挤压套和弹簧安装在钢绞线上的适宜位置,保证挤压安装成功后,弹簧总长度的90%以上应被固定在挤压套内。

3.3 预应力筋及管道安装

(1)按图纸要求的预应力筋束的钢绞线根数,将钢绞线、P锚组装件穿入固定端垫板,用压板和螺杆将P锚固定在固定端垫板上,并保证拧紧不脱落。(2)将钢绞线力筋编束和捆扎成束。(3)事先将靠固定端锚具28cm位置的金属波纹管(M50mm)开一小孔,用胶带纸缠封连通管接口,如图6。将预应力筋束穿入金属波纹管,按设计图提供的坐标,每间隔50cm设置一个固定支撑点将金属波纹管固定在非预应力筋上,确保浇捣混凝土时波纹管不产生错位或移位。固定支撑点采用准10钢筋做成U型,卡住金属波纹管,并焊接在非预应力筋上。(4)用钢筋搭桥,将固定端的垫板按设计坐标进行支承并固定定位,安装固定端螺旋筋。用塑料连通管连接两相邻的竖向预应力连通管接口,并确保接口搭接部分紧密,将塑料连通管固定在非预应力筋上,塑料进浆连接管不允许有压扁、急转弯折堵内孔的现象。(5)用环氧砂浆封堵固定端的约束圈处波纹管与预应力钢绞线的空隙。保证浇筑混凝土时金属波纹管不被混凝土填充。(6)安装张拉端垫板,安装张拉端槽口穴模,并应保证垫板中心线与桥梁平面基本垂直。槽口穴模采用钢板做成四棱台,上台面25*25cm,下台面18*18cm,高度20cm。如图7。(7)用胶带纸封包张拉端垫板与波纹管连接处,防止水泥砂浆从此接口处渗入管道内。

3.4 混凝土的浇筑

(1)混凝土浇筑前检查预应力筋、锚具和管道的安装是否符合要求。(2)浇筑混凝土施工时,应特别注意不能让振动棒振打波纹管及固定端垫板、锚具,确保不漏浆、不错位。(3)浇筑混凝土后,混凝土终凝2~5小时内,应及时拆出张拉端槽口穴模。(4)拆出张拉端槽口的穴模后,应及时在原穴模位置按右下图所示安装槽口护罩和固定塞,防止杂物进(掉)入穴孔内影响锚具安装、张拉、压浆工序质量。

3.5 施加预应力

(1)“低回缩竖向锚固系统”的力筋施加预应力的千斤顶采用YCW70B-80千斤顶,并辅以张拉支座,张拉连接装置进行第二次预应力张拉。张拉支座,张拉连接装置见图9。

(2)预应力筋张拉时间控制:第一次张拉时,混凝土强度不低于设计强度的90%。第二次张拉滞后第一次张拉3个节段。

(3)张拉方法:第一次预应力张拉采用3根既整束钢绞线张拉,第二次辅以张拉支座,张拉连接杆,张拉连接套对锚杯进行整束张拉。

(4)张拉程序:

1)力筋的第一次张拉及伸长值的测量:

a、第一次张拉时的千斤顶、限位板和锚具安装如图10所示。安装锚具时锚杯应与垫板接触,支承螺母与垫板应有间隙,第一次张拉时支承螺母不受力。b、第一次张拉程序:0→初应力(58.661Kn,0.1σcon)→σcon(586.612Kn、持荷5min)→锚固。

c、第一次张拉实际伸长值的测量

(1)在张拉至0.1σcon时测量千斤顶活塞杆外伸值ΔLa1和工具夹片外露高度;(2)在张拉至0.2σcon时测量千斤顶活塞杆外伸值ΔLa2和工具夹片外露高度;(3)在张拉至σcon时测量千斤顶活塞杆外伸值ΔLb和工具夹片外露高度;(4)按下式计算实测的第一次张拉伸长值:ΔL总1=(ΔLb-ΔLa2)+(ΔLa2-ΔLa1)*2-ΔLe

式中:△Le—工具夹片在张拉初应力与终应力之间的外露差值(初应力时外露高度减去终应力时外露高度)(mm);

将实测伸长值与理论伸长值进行比较,误差应在±6%之内,否则,应暂停张拉,待查明原因后方可继续张拉施工。

2)第二次张拉及伸长值的测量:

a、第二次张拉滞后第一次张拉3个节段。并在第二次张拉钱用砂轮锯除外露的钢绞线。

b、第二次张拉前准备。

(1)按图11所示安装连接套、支架、拉杆、千斤顶;(2)张拉支座支承在与垫板平行的平面上,以保证符合张拉轴线与垫板面垂直的要求。

c、第二次张拉程序

0→0.5σcon→σcon(持荷5min)→旋紧支承螺母→锚固。

d、第二次张拉实际伸长值测量:

(1)在张拉至0.5σcon时测量千斤顶活塞杆的外伸值ΔLc;(2)在张拉至σcon时测量千斤顶活塞杆的外伸值ΔLd;(3)按下式计算实测的第二次张拉伸长值;:ΔL总Ⅱ=ΔLd-ΔLc;(4)将实测伸长值与理论伸长值进行比较,其误差应在±10%之内,否则,应暂停张拉,待查明原因后方可继续张拉施工。(5)复核完毕后,用小铁锤及导引杆向垫板侧旋扭支承螺母,消除锚杯下端面与垫板之间间隙,放张锚固力筋锚杯。(6)拆移张拉千斤顶及张拉连接系统后,测量锚杯与支承螺母相对位置差值ΔLH,见图12。

(7)校验第二次张拉放张后伸长值:

a)测量锚杯高度H1;b)测量支承螺母高度H2;c)按下式计算二次张拉放张后实际伸长值:ΔL放Ⅱ=ΔLH-H1-H2+1

式中:ΔL放Ⅱ——第二次张拉放张后实际伸长值(mm);ΔLH——第二次张拉放张后锚杯与支承螺母相对位置差值(mm);

d)将计算出的第二次张拉放张后实际伸长值ΔL放Ⅱ与第二次张拉理论伸值ΔLH比较,误差应在±10%之内,否则应暂停张拉,待查明原因和采取纠正措施后,方可继续第二次张拉施工。

(8)第二次张拉工序图。

3.6 孔道压浆、封锚

3.6.1

张拉完成后24小时内进行管道真空压浆,张拉完成后严禁撞击锚头,严禁用氧割割除锚头多余的钢绞线,采用砂轮机割除,留余长度4cm,压浆前应将张拉端的锚具用水泥砂浆封堵,不允许水泥浆从张拉端的锚具夹片、支承螺母与螺纹之间的间隙处泄漏。在压浆之前进行检查,对有漏气的情况,再行用玻璃胶处理,以确保孔道密封。

3.6.2

竖向预应力筋孔道压浆由两相邻孔道其中一个孔道连接真空机,从另一个孔道连接压浆机,压浆孔道系统应确保畅通。孔道压浆见图13所示连接方式和压浆方向进行压浆。进浆管道与压浆机管道的连接应牢靠,能确保在0.2~1.5Mpa之间压浆工作时连接件不滑脱、破坏。进浆管道应设置止回阀门或开关。排气口应设置具有首先能排气、排水后封堵关闭和稳压功能的连接附件。在进浆端和排气端设计连接结构,以便于压浆作业时,分别连接进浆、排气阀门及管道,实现既能适应稳压0.3~1.0MPa排气和泌水,又能适应真空压浆的工艺要求。

3.6.3 压浆设备:

灰浆搅拌机、压浆泵、高压管、真空泵、真空压浆组件、各种接头密封阀门、浆桶等。

3.6.4 压浆操作工艺。

(1)清理锚垫板上的压浆孔,保证压浆通道畅通。(2)确定抽真空端及灌浆端,安装引出管,球阀和接头,并检查其功能。(3)搅拌水泥浆使其水灰比、流动度、泌水性达到技术要求指标。(4)启动真空泵抽真空,使其真空度达到负压0.08Mpa以上并保持稳定。(5)启动压浆泵,当压浆泵输出的浆体达到要求稠度时,将泵上的输送管接到锚垫板上的引出管上,开始灌浆。(6)灌浆过程中,真空泵保持连续工作。(7)待抽真空端的空气滤清器中有浆体经过时,关闭空气滤清器前端的阀门,稍后打开排气阀,当水泥浆从排气阀顺畅流出,且稠度与灌入的浆体相当时,关闭抽真空端所有的阀。(8)压浆泵继续工作,保持压力,持压1~2分钟。(9)关闭灌浆泵及灌浆端阀门,完成灌浆。(10)拆卸外接管路、附件,清洗空气滤清器及阀门等。完成当日灌浆后,必须将所有沾有水泥浆的设备清洗干净。安装在压浆端及出浆端的球阀,应在灌浆后1小时内拆除并进行清理。

3.6.5 水泥浆的主要技术要求。

(1)水泥:硅酸盐水泥,标号:粤秀牌P.Ⅱ42.5R。(2)强度:≥60MPa。(3)泌水率:=1%。(4)稠度:在1.725L漏斗中,水泥浆的稠度42S,最多不得大于44S。(5)膨胀率:掺入JS-6灌浆料为水泥的5%,掺入灌浆料后的水泥浆膨胀率=1%。(6)缩水率:≤0.2%。(7)配合比:水泥∶水∶灌浆料:高效减速剂1∶0.357∶0.05∶0.011。

3.6.6 压浆注意事项。

(1)操作人员定人定岗,严格按照规范操作,确保压浆质量与安全。(2)必须认真检查整个连通管路的气密性,合格后方能进入下一道工序。(3)启动真空泵前先开水阀,停泵时先关闭水阀。(4)确保是泥浆不得进入真空泵,完成时,要及时排空泵内余水。(5)搅拌水泥浆时,先放水在放水泥、JS-6灌浆料(或膨胀剂和减水剂),拌和时间不小于10min。水泥浆过筛后存放于储浆桶内仍要人工低速搅拌,拌浆量必须保证能一次性压完整条管道。水泥浆自调制到压入管道的时间间隔不能超过40min。(6)管道压浆做好原始记录,压浆过程中,要及时清洗因水泥浆溢出而污染的箱梁。

3.6.7 封锚。

封锚在全部压完浆后开始。冲洗锚具周围并凿毛,按设计图施工钢筋和浇注与箱梁同标号的混凝土,以防止锚具锈蚀。

4 结语

竖向预应力钢绞线二次张拉目前还属于一项新技术,目前国内没有统一的设计、施工、验收技术规范,但通过二次张拉预应力钢绞线,能有效地克服短预应力束锚具张拉放张回缩量过大、导致其有效永久预应力损失大的问题,特别适用大跨径的连续刚构桥梁。但如何阻止因时间增长导致锚杯与支撑螺母锚固性能减弱,如何克服经二次张拉后锚杯与支撑螺母形成的空隙给结构带来的潜在危害,如何克服人工难以旋紧支撑螺母而导致二次张拉的效果减弱的问题,如何提高相邻预应力管道组成的压浆质量等问题,都需要广大科研工作者,各现场操作者共同面对,共同解决。

参考文献

[1]公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011.人民交通出版社.

[2]预应力筋用锚具、夹具和连接器.(GB/T14370—2007).

[3]预应力混凝土用钢绞线(.GB/T-5224-2003).

[4]二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统施工、验收操作规则.(试行)广东省公路建设有限公司南二环段分公司.

[5]铠装电缆冷轧钢带(GB4175.1)、铠装电缆镀锌钢带(GB1475.2).

[6]OVM预应力产品样册及其他相关电子版本资料.

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