大跨度混凝土箱梁橋豎向預應力張拉工藝研究

施 嘉 吳 滌 蘭 軍

（四川省公路規(guī)劃勘測設計研究院有限公司，四川 成都 611100）

0 引言

豎向預應力度對大跨度預應力混凝土箱梁橋的腹板主拉應力影響很大，一旦豎向預應力損失過大，其混凝土承受的主拉應力則會相應增加，從而導致腹板斜裂縫的出現(xiàn)[1]。高強度精軋螺紋鋼筋由于施工工藝簡單、操作簡便常作為橋梁結(jié)構(gòu)的豎向預應力筋用于混凝土箱梁腹板中，但其錨固過程中的應力損失往往不能做到有效的控制,造成部分豎向預應力不能滿足設計要求甚至失效。鋼絞線的張拉應力計伸長量是精軋螺紋鋼的2 倍以上，但是由于張拉長度較短，錨固時回縮大而造成預應力損失較大[2]。二次張拉預應力鋼絞線錨具是一種新型的預應力錨具，具有張拉回縮量小的優(yōu)點，尤其適用于較短的預應力鋼絞線的張拉。但這種施工工藝的主要性能參數(shù)均來自于實驗室內(nèi)取得的數(shù)據(jù)，本文首次針對實際工程進行現(xiàn)場試驗，對比研究了低回縮錨具整體張拉工藝和傳統(tǒng)的鋼絞線單根輪替張拉工藝對橋梁豎向預應力度的影響。

1 工程背景

以某高速公路上的3 座特大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋為工程背景進行試驗研究，其主橋跨徑布置分別為：a)一號大橋：120m+230m+120m；b)二號大橋:125m+230m+120m；c)三號大橋:95m+180m+95m。3 座橋梁箱梁腹板縱向間隔40～50cm 均設有豎向預應力鋼束，交錯布置，采用3Φ15.2 高強低松弛鋼絞線及M15-3DHS 低回縮專用錨具。

2 試驗內(nèi)容

試驗分為室內(nèi)試驗與現(xiàn)場試驗：

(1)室內(nèi)試驗。在預應力錨固臺座上進行，分別從上述三座橋梁現(xiàn)場隨機抽取9 套錨具和鋼絞線進行低回縮錨固整體張拉和單孔張拉工藝對比試驗和靜載錨固試驗和，具體項目包括：錨固效率系數(shù)、預應力損失、鋼絞線內(nèi)縮量。

(2)現(xiàn)場試驗。在二號大橋主橋上實施，現(xiàn)場隨機抽取二號大橋左幅2#墩2#節(jié)段6 束豎向預應力鋼束(對應腹板高度14.18 米)分別作低回縮錨固整體張拉和單孔張拉工藝對比，具體項目包括：預應力損失、鋼絞線內(nèi)縮量。

3 試驗方法

以下列出的為室內(nèi)試驗的試驗方法步驟，現(xiàn)場試驗的試驗步驟與室內(nèi)試驗大致相同[3]。

3.1 傳統(tǒng)單孔張拉工藝

①按圖2（a）安裝工作錨板、螺母及工作夾片。

②安裝限位板、千斤頂、工具錨板及工具夾片。

③將磁通量傳感器用穿心式安裝方法每根鋼絞線各安裝一個，安裝位置為預應力筋在工作錨和固定錨具之間的長度的1/2 處。

④鋼束設計張拉控制應力σcon 為其抗拉強度標準值的70%，即1860Mpa×70%=1302MPa。

⑤依次單根張拉預應力鋼束，張拉步驟：0→0.05σcon→1.03σcon (持荷2min) →錨固。張拉至1.03σcon 持荷穩(wěn)定后，分別記錄3 根鋼絞線實際受力（i=1,2,3）、預應力鋼絞線在工作錨中心和固定錨中心之間的長度iL；放張后錨固后，記錄3 根鋼絞線實際受力值Pi2。

⑥計算各根鋼絞線預應力損失：

預應力損失度：

鋼絞線內(nèi)縮量：

式中：Aip——單根鋼絞線的面積；

4.2 低回縮錨具整體張拉工藝

①按傳統(tǒng)單孔張拉工藝的步驟①～步驟③安裝工作錨板、螺母、工作夾片、限位板、千斤頂、工具錨板、工具夾片及磁通量傳感器。

②對3 根鋼絞線進行第一次整體張拉：0→0.05σcon→1.05σcon (持荷2min) →錨固。

③按圖2（b）安裝撐腳、連接頭、張拉桿、千斤頂及張拉螺母，盡可能使得撐腳、千斤頂與錨具對中，并保證連接頭與工作錨板、張拉桿的螺紋連接到位。

④第二次整體張拉：0→1.0σcon (持荷2min) →錨固。張拉至1.0σcon持荷穩(wěn)定后，記錄3 根鋼絞線實際受力Pi1、預應力鋼絞線在工作錨中心和固定錨中心之間的長度iL。放張錨固前，工作錨板離開錨墊板端面約5mm 的距離，用工具敲緊螺母至錨墊板端面再后放張，放張后記錄3 根鋼絞線實際受力值Pi2。

⑤按（公式1）～（公式3）計算各鋼絞線預應力損失、預應力損失度、內(nèi)縮量。

圖1 單孔張拉及整體第二次張拉安裝示意圖

4 試驗結(jié)果分析

4.1 室內(nèi)靜載錨固試驗結(jié)果

室內(nèi)靜載錨固試驗結(jié)果所示，分析表中數(shù)據(jù)可知，抽樣錨具組裝件在低回縮錨具整體張拉與傳統(tǒng)單孔張拉的預應力筋總應變均大于2.0%，錨固效率系數(shù)均大于95%，滿足相關(guān)規(guī)范[3]要求。

4.2 室內(nèi)預應力損失及鋼絞線內(nèi)縮量試驗結(jié)果

室內(nèi)預應力損失及鋼絞線內(nèi)縮量測試結(jié)果如表2 所示。分析表中數(shù)據(jù)可知，在室內(nèi)試驗中，采用低回縮錨具整體張拉工藝測得預應力度損失約為1.84%～1.97%，對應的鋼絞線內(nèi)縮量為0.53～0.57mm；采用單孔張拉工藝測得的預應力度損失約為15.70%～16.51%，對應鋼絞線內(nèi)縮量為4.70～4.95mm。低回縮錨具整體張拉工藝下預應力損失和內(nèi)縮量較傳統(tǒng)張拉工藝均明顯降低。

表2 室內(nèi)預應力損失及鋼絞線內(nèi)縮量試驗結(jié)果

4.3 現(xiàn)場預應力損失及鋼絞線內(nèi)縮量試驗結(jié)果

現(xiàn)場預應力損失及鋼絞線內(nèi)縮量試驗結(jié)果如表3 所示。現(xiàn)場試驗中，單孔張拉的錨具回縮量為9.53～12.05mm，均值約10.4mm，對應該橋2#墩2#節(jié)段標距為14.18m 的腹板高度，預應力度損失約為9.1%～11.80%。采用低回縮錨具專用張拉工藝在現(xiàn)場測得的錨具回縮量為2.07～3.26mm，均值約2.58mm，對應的預應力度損失約為2.03%～3.17%。低回縮整體張拉工藝下的預應力損失和錨具回縮量均較單孔張拉工藝明顯減小[4-5]。

表3 現(xiàn)場錨具回縮量及預應力損失度試驗結(jié)果

5 結(jié)論

(1)在低回縮整體二次張拉和單孔張拉兩種工藝下，抽樣錨具的錨固效率系數(shù)均滿足相關(guān)規(guī)范要求，兩種拉工藝對錨具的靜載錨固性能無明顯影響。

(2)采用傳統(tǒng)的單孔張拉工藝，特別是在施工現(xiàn)場由于受環(huán)境條件所限，實測錨具回縮量接近10mm，針對不同箱梁節(jié)段的腹板高度不同，結(jié)構(gòu)預應力度損失也將達到并超過10%。室內(nèi)試驗與施工現(xiàn)場試驗結(jié)果均表明，低回縮整體二次張拉工藝可有效減小錨具回縮量，提高鋼束的有效預應力值。