大跨径预应力混凝土连续梁桥竖向预应力钢棒的应用-技术创新

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大跨径预应力混凝土连续梁桥竖向预应力钢棒的应用

日期：2017-8-1 9:23:52　来源：互联网　浏览数：
　

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    预应力混凝土连续梁（刚构）竖向预应力体系属于短距离直线预应力束，传统的短距离直线预应力材料主要有精轧螺纹钢筋和钢绞线２种。目前超过９０％的预应力混凝土连续（刚构）梁竖向预应力筋采用精轧螺纹钢筋，应用普遍［１］。但是，对一些建成桥梁调研发现，采用精轧螺纹钢筋的竖向预应力不足或缺失的情况十分常见［２］。另外，精轧螺纹钢筋施工采用有粘结施工工艺，存在以下问题：①预应力管道存在振捣漏浆的风险，导致精轧螺纹钢筋无法张拉；②预应力管道灌浆难以保证密实，易产生空隙［３］；③精轧螺纹钢筋需要二次精张，工艺繁琐。
    预应力钢棒，又称预应力混凝土用钢棒，是介于精轧螺纹钢筋和预应力钢绞线之间的中间型预应力产品。国外较早开始研究，应用也较多，我国自２０世纪８０年代末期开始引进，经过多年的应用，国家制定了推荐标准《预应力混凝土用钢棒》（ＧＢ／Ｔ５２２３．３－２００５），预应力钢棒的材料和工艺等得到了较大的改进。因此，本文结合武汉西四环线通顺河大桥施工，开展预应力钢棒在预应力混凝土连续梁腹板竖向预应力的应用研究，具有重要的工程应用价值。
    １·工程背景
    通顺河大桥为设计车速１００ｋｍ／ｈ，桥梁宽度４０．５ｍ的８车道高速公路桥梁。通顺河大桥为跨径组合８０ｍ＋１５０ｍ＋１５０ｍ＋８０ｍ的变截面预应力混凝土连续梁－刚构组合体系（中主墩固结，边主墩释放）。桥梁分幅设计。单幅桥连续梁顶宽２０ｍ、底宽１２ｍ。
    该桥梁具有宽幅、大跨的特点，为保证腹板竖向预应力，采用预应力钢棒作为竖向预应力体系。
    ２　预应力钢棒与精轧螺纹钢比较
    ２．１　性能指标对比
    表１为预应力钢棒与精轧螺纹钢筋性能指标对比［４－５］，通过指标对比可见，预应力钢棒的材料性能明显优于精轧螺纹钢筋。

    ２．２　施工工艺对比
    （１）精轧螺纹钢筋施工中需要预留预应力孔道，易造成绑扎不牢固和不准确现象发生；而无粘结预应力钢棒通过两端锚垫板定位即可，不需要预留孔道，减少了人工操作，操作工期较短［６］。
    （２）精轧螺纹钢筋张拉精度不高，需要二次精确张拉，张拉施工繁琐；而无粘结预应力钢棒张拉施工一次精确张拉即可满足设计要求。
    （３）精轧螺纹钢筋张拉完成后需切除多余部分钢筋，而无粘结预应力钢棒生产时即为定尺生产，张拉时采用前端引伸杆张拉，不用预留千斤顶工作长度，张拉后无需割筋，简化了施工工艺，节省了时间，缩短了施工工期。
    （４）精轧螺纹钢筋张拉完成后需要孔道灌浆，而无粘结预应力钢棒，施工中无需预留预应力孔道，张拉完成后可直接封锚，见图１。

    ２．３　张拉伸长量对比
    预应力筋张拉均采用张拉力值与伸长量双控的方式进行施工，然而在工程实际施工过程中普遍存在精轧螺纹钢筋实际张拉力值与理论伸长量不符的现象。
    精轧螺纹钢伸长量计算采用单向拉伸的Ｈｏｏｋｅ定律：

    但是，由于孔道和铆头的应力松弛，造成较大的预应力损失，使得实际张拉力值达不到设计规范要求的±６％控制偏差。无粘结预应力钢棒，因为无孔道应力松弛，且铆头具有较好的自适应能力，相对预应力损失较小。
    ３·施工验收
    竖向预应力筋张拉施工验收一般以施工张拉过程中记录的张拉力值和伸长量双控方式验收，采用此方式验收，无法验证施工完成后实际张拉力值的施加情况。
但是，无粘预应力钢棒，因为无孔道应力松弛，且铆头具有较好的自适应能力，见图１。此时，张拉力Ｐ和伸长量ΔＬ控制就合二为一，因为ΔＬ∝Ｐ其比例系数就是钢棒的拉伸线刚度。在实际施工中，考虑到铆头应力松弛所造成的预应力损失，以张拉过程中的实际张拉力值与伸长量为依据，以实测力值验证施工张拉力值。具体措施如下。
    （１）采用同一张拉设备，进行重复张拉至验证控制力值（需进行标定）。
    （２）达到验证控制力值后，采用锁紧手柄锁紧锚固螺母，观测锚固螺母的旋进情况，判定方法见表２。