龍灘水電站壩頂公路橋曲線錨索張拉伸長(zhǎng)值計(jì)算

李 翼，周小波，尹習(xí)雙，肖延亮

(1.四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 610072;中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 前 言

廣西龍灘水電站大壩系碾壓混凝土重力壩。其泄洪建筑物布置在河床壩段，由7個(gè)表孔和2個(gè)底孔組成。每個(gè)表孔頂部公路交通橋由5榀預(yù)制梁組成，每榀預(yù)制梁設(shè)計(jì)車輛荷載按照汽車20級(jí)、掛車100取值。設(shè)計(jì)主要結(jié)構(gòu)尺寸:跨徑15m，斜度0°，計(jì)算跨徑15.7m，預(yù)制交通橋長(zhǎng)16.36m，預(yù)制橋?qū)?.24m(中梁)/1.36m(邊梁)，高度為0.75m，采用現(xiàn)澆C40混凝土預(yù)制。橋面鋪裝10cm現(xiàn)澆混凝土和5cm瀝青混凝土。

公路交通橋每榀預(yù)制梁設(shè)計(jì)4束預(yù)應(yīng)力錨索，錨索采用ASTM A416－98高強(qiáng)低松弛強(qiáng)度等級(jí)1860MPa鋼絞線，每束采用φ15j(7φj15.2)鋼絞線，設(shè)計(jì)張拉控制力為890kN，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行超張拉。每束錨索采用OVM.M15系列錨具用于錨固φ15.2鋼絞線，配套千斤頂為YDC240QX－200型。預(yù)應(yīng)力孔道采用預(yù)埋66mm(跨中)金屬波紋管，靠近錨固端350mm范圍孔道直徑由66mm漸擴(kuò)展至97mm。現(xiàn)場(chǎng)采用“后張法”一端張拉錨索的施工工藝。

在準(zhǔn)備施工之前，計(jì)算并反復(fù)校核了曲線錨索張拉時(shí)的理論伸長(zhǎng)值，以便現(xiàn)場(chǎng)張拉時(shí)能夠快捷、高效地對(duì)錨索張拉的實(shí)際伸長(zhǎng)值進(jìn)行校核，以確保張拉應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)錨索張拉應(yīng)力。

2 預(yù)應(yīng)力錨索張拉伸長(zhǎng)值的理論計(jì)算公式

根據(jù)JTJ041－2000《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》第12．8．3項(xiàng)和《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》第 2．3．2 項(xiàng)，“對(duì)多曲線或直線段和曲線段組成的曲線筋的張拉伸長(zhǎng)值應(yīng)分段進(jìn)行計(jì)算，然后再進(jìn)行疊加。在計(jì)算過程中應(yīng)將每段兩端扣除孔道摩阻損失后的張拉力，再按照精確法計(jì)算每段張拉伸長(zhǎng)值，最后進(jìn)行全疊加?！?/p>

(1)鋼絞線張拉時(shí)的理論伸長(zhǎng)值ΔL計(jì)算公式:

(2)參照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》附錄G－8，預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力P平均的計(jì)算公式如下:

(3)孔道摩阻損失后的張拉力計(jì)算公式:

在計(jì)算張拉端總張拉力P0時(shí)扣除孔道摩阻損失后即可求出下一計(jì)算截面段的張拉力P，從而可了解各計(jì)算段張拉力受到摩阻損失后遞減的規(guī)律，便于掌握運(yùn)用計(jì)算公式。

3 預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)值的計(jì)算

本工程溢流壩段壩頂預(yù)應(yīng)力錨索是由較典型的直線段和曲線段組成的曲線錨索，現(xiàn)結(jié)合公路橋涵規(guī)范、手冊(cè)的計(jì)算公式，介紹計(jì)算過程。

每榀交通橋預(yù)制梁設(shè)計(jì)4束預(yù)應(yīng)力錨索(2種規(guī)格)，本次僅對(duì)其中一種規(guī)格錨索(見圖1)的伸長(zhǎng)值進(jìn)行計(jì)算分析。預(yù)應(yīng)力筋采用7φj15.2鋼絞線，設(shè)計(jì)張拉力為890kN，Ay=6×14.51(mm2)，Eg=195GPa，孔道采用金屬波紋管成型，μ=0.25，K=0.001 5，鋼束折點(diǎn)彎起角為12°，在一端張拉施工，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用分級(jí)張拉，步驟如下:

0→0.25σcon→0.5σcon→0.75σcon→1.0σcon→1.05σcon(每級(jí)張拉噸位持荷時(shí)間為5min，穩(wěn)壓時(shí)間為5min)，在孔道注漿前如鋼絞線預(yù)應(yīng)力損失超過10%應(yīng)在另一端進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

圖1 曲線錨束示意

(1)圖1所示的預(yù)應(yīng)力筋由直線段AB、曲線段BC、直線段CD、曲線段DE和直線段EF組成，其在各級(jí)張拉下的理論伸長(zhǎng)值計(jì)算如下:

①?gòu)埨瓚?yīng)力為 0.25σcon，即 0.25×890=223(kN)。計(jì)算的各段張拉力(考慮扣除孔道摩阻損失后)參數(shù)見表1，各計(jì)算段平均張拉力計(jì)算和各段鋼絞線張拉理論伸長(zhǎng)值計(jì)算參數(shù)見表2。

表1 各段張拉力(P0張拉端力、P終點(diǎn)力)的計(jì)算

表2 各段平均張拉力(P平均)和理論伸長(zhǎng)值(△L)的計(jì)算

②按照上述計(jì)算方法類推張拉應(yīng)力為0.5σcon時(shí)，△L=42.69mm;張拉應(yīng)力為0.75σcon時(shí)，△L=64.09mm;張拉應(yīng)力為 1.0σcon時(shí)，△L=85.40mm;張拉應(yīng)力為1.05σcon時(shí)，△L=89.71mm。

(2)曲線錨索現(xiàn)場(chǎng)張拉實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值對(duì)比見表3。

表3 錨索張拉實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值對(duì)比

①根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)，在0.25σcon(初應(yīng)力)→1.05σcon(最大張拉應(yīng)力)彈性范圍內(nèi)，張拉段AF實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值:△L1=90.85－21.37=69.48(mm)。

②根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)，0→0.25σcon(初應(yīng)力)由胡克定律推算張拉段AF實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值:△L2=223×△L1/(935－223)=21.76(mm)。

③張拉至1.05σcon(最大張拉應(yīng)力)錨束鎖定錨固前，張拉段AF實(shí)際伸長(zhǎng)值:△L=△L1+△L2=69.48+21.76=91.24(mm)。

(3)張拉實(shí)際伸長(zhǎng)值的校核:

錨索超張拉至最大控制應(yīng)力穩(wěn)壓后鎖定前的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值的偏差率為:

(91.24－89.71)/89.71×100%=1.71% ＜6%(滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求)。

4 結(jié)束語

(1)對(duì)于曲線錨索的理論伸長(zhǎng)值計(jì)算，采用直線錨索理論伸長(zhǎng)值計(jì)算公式算出的數(shù)值與采用曲線錨索張拉理論伸長(zhǎng)值計(jì)算公式算出的數(shù)值相差不大，但是曲線錨索張拉理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算與直線錨索理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算理論依據(jù)、計(jì)算方法完全不同，應(yīng)引起各方的高度重視。

(2)即使目前我國(guó)各類型錨索施工工藝已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)成熟的程度，在準(zhǔn)備施工之前，也需事前完成錨索張拉理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算，事中可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，如出現(xiàn)偏差，能夠及時(shí)查明原因，及時(shí)糾正偏差，以達(dá)到控制質(zhì)量的目的。

(3)在龍灘水電站壩頂公路橋曲線錨索的施工質(zhì)量控制過程中，通過監(jiān)理工程師事前對(duì)理論伸長(zhǎng)值的悉心計(jì)算和承包商的精心準(zhǔn)備，在確保施工、監(jiān)理人員熟悉曲線錨索工作原理、原材料準(zhǔn)備無誤以及張拉設(shè)備工況良好等條件下，圓滿地完成了曲線錨索的施工質(zhì)量控制工作，確保了曲線錨索張拉應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。