連續(xù)剛構(gòu)橋鋼束張拉次序?qū)︻A(yù)應(yīng)力損失影響研究

徐學(xué)斌，鄔曉光

(長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安710064)

預(yù)應(yīng)力是連續(xù)剛構(gòu)橋的生命線(xiàn)，預(yù)應(yīng)力鋼束張拉是連續(xù)剛構(gòu)橋施工過(guò)程中非常重要的環(huán)節(jié)。現(xiàn)行《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50－2011)規(guī)定:預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，設(shè)計(jì)未規(guī)定時(shí)，可采取分批、分階段的方式對(duì)稱(chēng)張拉［1］。對(duì)頂板束、腹板束同時(shí)存在的橋梁分批張拉次序并未作出規(guī)定，為數(shù)不少橋梁設(shè)計(jì)文件中也并沒(méi)有明確預(yù)應(yīng)力鋼束張拉次序，只是按經(jīng)驗(yàn)先張拉較長(zhǎng)束。

目前對(duì)預(yù)應(yīng)力分批張拉造成預(yù)應(yīng)力損失的研究，僅限于分批張拉空間理論計(jì)算［2］和有限元模型計(jì)算［3］，并未考慮不同批次鋼束類(lèi)型和數(shù)量不同對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，也沒(méi)有針對(duì)具體工程分析不同分批張拉方式對(duì)預(yù)應(yīng)力損失影響。無(wú)論是設(shè)計(jì)、施工、還是監(jiān)理對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼束張拉次序認(rèn)識(shí)模糊，只能按經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。因此，針對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目研究預(yù)應(yīng)力鋼束張拉次序?qū)︻A(yù)應(yīng)力損失影響研究很有必要。

1 工程概況

老窩河特大橋主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，跨徑布置為88 m+160 m+88 m，由兩個(gè)160 mT組成對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，主橋總長(zhǎng)為336 m。單箱單室箱梁斷面，采用縱向、豎向雙向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，縱向預(yù)應(yīng)力采用大噸位群錨體系，豎向預(yù)應(yīng)力采用精軋螺紋粗鋼筋錨固體系?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束布置如圖1所示。

縱向預(yù)應(yīng)力頂、底板束均采用兩端張拉，控制張拉應(yīng)力1 395 MPa。

2 頂、底板束張拉次序?qū)︻A(yù)應(yīng)力損失影響

采用 Midas/civil建模［4］，將預(yù)應(yīng)力鋼束幾何形狀按設(shè)計(jì)圖紙上相應(yīng)坐標(biāo)進(jìn)行確定，分析頂?shù)装邃撌峙?、同步、?duì)稱(chēng)張拉次序不同對(duì)預(yù)應(yīng)力損失的影響。依托工程共有懸臂澆筑節(jié)段20塊，取六個(gè)工況進(jìn)行研究分析，工況一:1#塊預(yù)應(yīng)力鋼束張拉后;工況二:5#塊預(yù)應(yīng)力鋼束張拉后;工況三:10#塊預(yù)應(yīng)力鋼束張拉后;工況四:15#塊預(yù)應(yīng)力鋼束張拉后;工況五:20#塊預(yù)應(yīng)力鋼束張拉后;工況六:成橋十年。由于橋梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，在每個(gè)工況下，在單懸臂上均勻選取五個(gè)典型梁?jiǎn)卧M(jìn)行分析計(jì)算。

2.1 方案一

先對(duì)稱(chēng)、同步張拉腹板束，再對(duì)稱(chēng)、同步張拉頂板束，在Midas/civil有限元模型中選取五個(gè)典型梁?jiǎn)卧?，考慮所有預(yù)應(yīng)力損失得出有效預(yù)應(yīng)力如表1、表2。

2.2 方案二

先對(duì)稱(chēng)、同步張拉頂板束，再對(duì)稱(chēng)、同步張拉腹板束，在Midas/civil有限元模型中選取同樣五個(gè)典型梁?jiǎn)卧?，考慮所有預(yù)應(yīng)力損失有效預(yù)應(yīng)力如表3、表4所示。

注:圖中“T”表示頂板預(yù)應(yīng)力鋼束，規(guī)格為ΦS15－14;“X”表示腹板預(yù)應(yīng)力鋼束，規(guī)格為ΦS15－12。

表1 先張拉腹板束頂板鋼束有效預(yù)應(yīng)力表Tab.1 Effective prestress of plate beams while drawing roof beams first

表2 先張拉腹板束腹板鋼束有效預(yù)應(yīng)力表Tab.2 Effective prestress of roof beams while drawing roof beams first

表3 先張拉頂板束頂板鋼束有效預(yù)應(yīng)力表Tab.3 Effective prestress of plate beams while drawing plate beams first

表4 先張拉頂板束腹板鋼束有效預(yù)應(yīng)力表Tab.4 Effective prestress of roof beams while drawing plate beams first

表5 截面內(nèi)力損失值 單位:ANTab.5 The loss of section internal force unit:AN

2.3 兩種張拉方案預(yù)應(yīng)力損失對(duì)比及原因分析

由于頂板束和腹板束規(guī)格不同，頂、腹板束左右各一束對(duì)稱(chēng)布置，為方便對(duì)比，設(shè)頂板束面積為Amm2，腹板束面積為6/7A mm2。所選取單元由預(yù)應(yīng)力鋼束提供內(nèi)力損失如表5。

通過(guò)計(jì)算分析，該橋采用先對(duì)稱(chēng)、同步張拉頂板束的分批張拉工藝引起的預(yù)應(yīng)力損失在施工過(guò)程中以及成橋十年均比先張拉腹板束要小，與傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)先張拉較長(zhǎng)鋼束相反。成橋十年后先張拉頂板束預(yù)應(yīng)力損失比先張拉腹板束小0.8%。

腹板束比頂板束長(zhǎng)，且在豎向有彎曲，故鋼束和預(yù)應(yīng)力管道間摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失要大于頂板束［5－6］，在相同的張拉控制應(yīng)力下最終有效預(yù)應(yīng)力小。無(wú)論采取何種張拉工藝，箱梁按節(jié)段施工分批張拉預(yù)應(yīng)力束，都會(huì)由于后張拉批次鋼束使混凝土彈性壓縮，造成先張拉批次鋼束預(yù)應(yīng)力損失，已經(jīng)錨固的預(yù)應(yīng)力鋼束由于后續(xù)批次鋼束張拉產(chǎn)生彈性變形產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的損失稱(chēng)為分批張拉引起的預(yù)應(yīng)力損失［7］。影響分批張拉引起預(yù)應(yīng)力損失的因素主要有梁體混凝土彈性模量、預(yù)應(yīng)力鋼束彈性模量、張拉順序和張拉噸位。當(dāng)彈性模量和張拉控制應(yīng)力確定后，張拉次序?qū)Ψ峙鷱埨A(yù)應(yīng)力損失起重要作用，采用合理的張拉次序，可以有效減少預(yù)應(yīng)力損失［8］。在橋梁設(shè)計(jì)中，通常頂板束要比腹板束粗，由張拉頂板束提供的內(nèi)力比張拉腹板束提供的內(nèi)力要大。

由以上分析，張拉腹板束引起的混凝土彈性壓縮比張拉頂板束引起的彈性壓縮要小，所以采用后張拉腹板束造成的張拉工藝造成的預(yù)應(yīng)力損失小。

3 結(jié)論

1)先張拉頂板束后張拉腹板束，混凝土彈性壓縮引起箱梁縱橋向位移大于先張拉腹板束后張拉頂板束。

2)由于兩種張拉方式引起的預(yù)應(yīng)力損失量差別不大，兩種張拉方案均可行，可根據(jù)工期和現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行選擇。

3)先張拉頂板束后張拉腹板束，引起的預(yù)應(yīng)力損失略小于先張拉腹板束再?gòu)埨敯迨?。參考文獻(xiàn):

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