淺析后張箱梁管道摩阻對(duì)預(yù)應(yīng)力值的影響

鄧成宏

隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)的快速發(fā)展,橋梁在鐵路線路中的比重越來(lái)越大,對(duì)預(yù)應(yīng)力橋梁施工工藝的要求亦越嚴(yán)格,尤其是預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉力值的控制。預(yù)應(yīng)力值的控制直接關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性。本文從實(shí)測(cè)預(yù)應(yīng)力管道摩阻系數(shù)的角度對(duì)31.5 m跨度預(yù)制箱梁跨中預(yù)應(yīng)力值和跨中截面彎矩?fù)p失進(jìn)行估算與分析。

1 計(jì)算過(guò)程所采用的公式

1)預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力值計(jì)算公式：

其中,k為每米預(yù)應(yīng)力管道對(duì)其設(shè)計(jì)位置的偏差系數(shù);μ為預(yù)應(yīng)力筋與管道壁之間的摩擦系數(shù);Pp為各分段預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力,注意不等于各分段起點(diǎn)力與終點(diǎn)力的平均值,N;Li為預(yù)應(yīng)力筋的分段長(zhǎng)度,mm;Ap,Ep分別為預(yù)應(yīng)力筋的截面面積,mm2,預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量,MPa;P為預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力,將鋼絞線分段計(jì)算后,為每段的起點(diǎn)張拉力,即為前段的終點(diǎn)張拉力,N;Pz為分段終點(diǎn)力,N;Pq為分段起點(diǎn)力,N;θ為從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和,分段后為每分段中的各曲線的夾角和,rad;x為從張拉端至計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度,整個(gè)分段計(jì)算時(shí)x=Li,m。

2)預(yù)應(yīng)力損失的彎矩計(jì)算公式：其中,ΔM為預(yù)應(yīng)力損失的彎矩,kN?m;Δσs為預(yù)應(yīng)力損失應(yīng)力值,MPa;Ay為每束預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積,m2;n為每孔道內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋的束數(shù);W0為對(duì)跨中截面下緣換算截面抵抗矩,m3;A0為跨中截面換算截面面積,m2;e0為跨中截面預(yù)應(yīng)力合力中心至換算截面重心距離,m。

根據(jù)預(yù)制箱梁跨中橫截面可知其截面的部分特性參數(shù)為：

2 由管道摩阻系數(shù)k和μ的實(shí)測(cè)值計(jì)算結(jié)果

2.1 跨中截面各束預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力值的損失

所選用梁型為通橋(2008)2322A-Ⅱ中二期恒載為120 kN/m～140 kN/m的32.6 m預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁,其截面如圖1所示;該箱梁的橫截面共布有27孔道預(yù)應(yīng)力鋼筋：其中N1a是12束鋼絞線,僅有一孔道,其余均為9束鋼絞線,各為兩孔道。每一孔道鋼絞線跨中處的應(yīng)力值按預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力值計(jì)算的公式進(jìn)行計(jì)算,正號(hào)代表相比設(shè)計(jì)應(yīng)力值大,負(fù)號(hào)代表相比設(shè)計(jì)應(yīng)力值小,四組實(shí)測(cè)的摩阻值所對(duì)應(yīng)的跨中應(yīng)力情況如表1所示。

表1 不同摩阻實(shí)測(cè)值對(duì)應(yīng)跨中截面各束預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力損失值MPa

2.2 跨中截面彎矩?fù)p失值的估算結(jié)果

計(jì)算出各實(shí)測(cè)的摩阻值所對(duì)應(yīng)的跨中應(yīng)力損失值后,再按照預(yù)應(yīng)力損失的補(bǔ)償彎矩計(jì)算公式對(duì)跨中截面彎矩?fù)p失值進(jìn)行估算,四組實(shí)測(cè)的摩阻值所對(duì)應(yīng)的跨中截面彎矩?fù)p失估算值見(jiàn)表2。

表2 不同摩阻實(shí)測(cè)值對(duì)應(yīng)跨中截面彎矩?fù)p失的估算值 kN?m

2.3 腹板相鄰預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力值差值比較

位于跨中截面同一水平面的預(yù)應(yīng)力鋼筋因有平彎角度的不同,其跨中截面處應(yīng)力值亦不相等;沿腹板投影在同一個(gè)投影的相鄰預(yù)應(yīng)力鋼筋因有豎彎角度的不同,同樣其跨中截面處應(yīng)力值亦不相等;四組實(shí)測(cè)的摩阻值所對(duì)應(yīng)的跨中相鄰的兩孔道預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力差值見(jiàn)表3。

表3 不同摩阻實(shí)測(cè)值對(duì)應(yīng)跨中預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力差值 MPa

3 結(jié)論與建議

1)實(shí)測(cè)摩阻系數(shù)值相對(duì)設(shè)計(jì)值的偏差會(huì)不同程度影響到該預(yù)制箱梁跨中彎矩的設(shè)計(jì)值,亦影響到：梁頂橋面的平順性;梁體底面設(shè)計(jì)的預(yù)拱度值包括梁體的彈性上拱和終張拉30 d后上拱度。跨中的彎矩值過(guò)大會(huì)造成梁體橋面有開(kāi)裂的危險(xiǎn),過(guò)小即預(yù)施彎矩值不足可能導(dǎo)致橋梁運(yùn)營(yíng)階段在梁體底面混凝土受拉形成裂縫。2)偏差系數(shù) k和摩擦系數(shù)μ對(duì)預(yù)應(yīng)力值的影響具有很大相互關(guān)聯(lián)性,所以應(yīng)力計(jì)算公式在應(yīng)用上有一定的局限性;在偏差系數(shù)k變異較小的情況下,應(yīng)力計(jì)算公式才能較好地反映梁體施工中的真實(shí)狀況。若要求更好的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)定,過(guò)程控制中就不可以偏倚某一個(gè)摩阻系數(shù),需相互兼顧,在必須保證管道定位準(zhǔn)確的同時(shí)亦要控制摩擦系數(shù)的偏差。3)位于同一水平面的預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力變化幅度較沿腹板方向相鄰的兩孔道預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力差變化幅大很多;若摩阻系數(shù)偏大會(huì)使同一截面處的混凝土應(yīng)力值不均勻,局部應(yīng)力比較大;由此可以知道對(duì)該32 m預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁施工中,準(zhǔn)確控制橡膠抽拔棒的平彎角度尤為重要。

根據(jù)以上結(jié)論,建議在施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制管道定位工藝并保持穩(wěn)定,以減小成孔管道摩阻系數(shù)的變異,保證預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁預(yù)施應(yīng)力的準(zhǔn)確。主要控制措施如下：1)胎卡具的制作定位要準(zhǔn)確,采取定位網(wǎng)整體加工工藝;2)橡膠抽拔棒的拔出時(shí)間控制在混凝土初凝之前,終凝之后;3)混凝土的澆筑過(guò)程中,振搗棒不要碰觸成孔抽拔棒;4)保證預(yù)應(yīng)力鋼筋表面無(wú)油污、浮銹,編束順直穿孔;5)嚴(yán)格執(zhí)行張拉工藝,施加預(yù)應(yīng)力以應(yīng)力值控制為主,伸長(zhǎng)量作為校核。

[1] TB/T 2092-2003,預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支梁靜載彎曲試驗(yàn)方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 蔚建華.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,2005.

[3] 劉山洪.簡(jiǎn)明預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社,2006.