預應力連續梁鋼絞線斷絲的力學影響研究

陳建軍

(湖南省新溆高速公路建設開發有限公司，湖南新化 417600)

預應力混凝土因為其與鋼筋混凝土相比具有提高結構物的抗裂性和耐久性、增大構件剛度、節省材料、減輕結構自重等優點而廣泛使用在橋梁結構之中［1］。但其施工工藝較鋼筋混凝土復雜，且對張拉工藝要求高，在公路橋涵施工技術規范中，對后張法和先張法中預應力鋼絲或鋼絞線的斷絲提出了非常苛刻的要求，每束鋼絲或鋼絞線的斷絲只允許一根［2］。但在施工過程中，由于工藝水平的差距，一旦預應力鋼絞線或鋼絲稍微帶有損傷或預應力管道內出現漏漿、變形等情況，在張拉過程中就比較容易出現斷絲的狀況，在文獻［3～6］針對斷絲現象提出了較好的控制方法，但從查到的文獻上來看，均僅從工藝上提出了改進措施和注意事項，但未有從力學影響上對斷絲進行分析。

1 項目背景

某4×30 m預應力混凝土等截面連續箱梁橋，橋面總寬33.5 m，左右幅各16.24 m，中間設置1 m間隙，橋面橫坡2%，縱坡2.2%。箱梁截面為單箱單室斜腹板等截面形式，箱梁中心高為2.1 m，頂寬16.25 m，底寬6.25 m，兩側懸臂長度4 m，箱梁跨中頂板中間厚26 cm，與腹板交接處55 cm，底板厚28 cm，腹板厚45 cm。主梁縱橫向均采用預應力結構，縱橋向在腹板、頂、底板中配置預應力鋼束，預應力鋼束全橋通長布置，每片腹板配4束Фs15—19，頂板配10束 Фs15—12，底板配14束 Фs15—12，全橋范圍均勻布置。縱向預應力張拉控制應力為1 395 MPa，采用張拉力和伸長量雙控，以張拉力控制為主。待強度達到設計強度90%時張力預應力，張拉順序為:先左右對稱張拉腹板束，再交替張拉頂底板鋼束，均為單端張拉。采用滿堂支架法施工，分兩個施工階段，第一階段澆筑66 m，張拉預應力，拆除支架，澆筑第二段54 m主梁，張拉預應力，拆除支架。主梁立面圖和標準斷面圖及施工階段見圖1和圖2。

圖1 連續梁立面圖及施工階段劃分示意圖

在預應力張拉過程中，由于操作不當，出現了斷絲的狀況，其中N2斷3絲，N3斷26絲，N5斷1絲，N6斷19絲，N7斷21絲，總計斷絲70絲，超過了施工技術規范的要求，并且由于錨固端是直接澆筑在混凝土中間，因此無法換預應力鋼束，并由于出現斷絲的現象，因此無法通過超張拉的辦法來消除斷絲的影響。因此需要對結構進行詳細的應力分析，分析斷絲對結構的影響程度，如果影響非常小，則可不需要采取補救措施繼續施工。

2 結構分析

采用midas741建立結構空間梁單元模型，考慮施工階段，預應力、收縮徐變、支座非均勻沉降、溫度梯度荷載。各個參數均采用設計圖紙和規范取值，建立有限元模型，對結構的分析分為3種狀況:設計狀況、實際斷絲狀況和取消N3/N7兩束的狀況。為簡化模型，只考慮縱向預應力的影響，橫向預應力和豎向預應力則忽略不計。模型如圖3。

圖2 主梁標準斷面圖(單位:cm)

圖3 連續梁橋有限元模型

3 結果分析

縱向預應力的影響主要是對縱向應力的影響。因此主要研究縱向預應力變化對縱向應力的影響。對截面的應力主要查看截面四個角點的位置，根據計算分析，得到設計狀態、斷兩束狀態和實際斷絲狀態下運營狀態的應力包絡圖，如圖4。

根據圖4的應力圖結果對比分析，斷絲主要影線的是第一施工階段第一跨的梁底應力，最大應力設計狀態是 0.504 MPa，實際斷絲狀態是0.811 MPa，最不利工況下斷N3和N7兩束預應力狀況最大拉應力是1.734 MPa。第二跨到第四跨在各種工況下最大應力均為壓應力狀態。根據部分預應力A類構件的要求:此類構件在作用短期效應組合下控制的正截面受拉底緣可出現拉應力，并且拉應力在限制范圍以內［7］。根據計算結果，在最不利狀況下均滿足部分預應力A類構件的要求。

圖4 結構應力包絡圖

續圖4 結構應力包絡圖

從應力變化幅度來說，斷70絲造成的拉應力增幅為0.3 MPa，幅度較小，并在可控的范圍之內。由于采用一端張拉的預應力張拉方法，錨固端已經澆筑在混凝土主梁端內，如進行處理，則需要鑿開梁端，更換錨具，需要費較長的時間和費用，同時也會影響到混凝土主梁的質量。因此建議不進行換絲重新張拉處理，盡快灌漿。

4 結論與建議

1)在預應力連續梁橋預應力張拉出現鋼絞線斷絲情況，超出了公路橋涵施工技術規范的要求，對結構剛度和強度有一定的影響，必須要改進預應力張拉工藝，做嚴格的質量保證措施，防止再次出現斷絲現象。

2)根據對連續梁橋縱向預應力鋼絞線斷絲的有限元模擬，在工程中出現的斷絲雖然超出了規范的要求，但在本橋梁結構的受力上，仍能很好的滿足部分預應力A類構件的要求，并且仍然具有較大的安全系數。

3)結合施工現場情況和有限元分析結果，由于本橋存在換絲非常不便，無法按照公路橋涵施工技術規范的要求進行處理時，可視結構為合格產品，但需要在后期的管養中密切監測，并盡可能的采取補救措施。

［1］吳昌期.預應力混凝土橋梁施工［M］.北京:人民交通出版社，1981.

［2］JTJ 041—2000，公路橋涵施工技術［S］.

［3］王希巖，岳渠德.防止預應力混凝土斷絲滑絲方法研究［J］.工程力學，2000(增刊):650-654.

［4］丁智鮑.現澆箱梁施工易出現的問題及處理方法［J］.國防交通工程技術，2009(2):70-72.

［5］閭開軍，李 彬.預應力混凝土橋梁若干張拉技術問題的探討［J］.中南公路工程，2003(6):41-43.

［6］陳性凱.華南大橋主橋縱向預應力鋼束斷股和滑絲的初析與對策［J］.廣東公路交通，1997(4):43-45.

［7］JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.

［8］JTG D60—2004，公路橋涵設計通用規范［S］.