大跨度曲線預(yù)應(yīng)力橋梁預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉控制研究

唐玉東

摘要：隨社會發(fā)展和橋梁建筑業(yè)的需要，大跨度曲線橋梁成為現(xiàn)代道路交通體系中最重要的一種橋梁形式，大量的曲線橋梁被應(yīng)用于城市公路立交橋和高架橋中。本文提出橋梁預(yù)應(yīng)力張拉施工中存在的問題，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力鋼束模型和控制措施，并用工程案例進(jìn)行驗證，詳細(xì)說明改善預(yù)應(yīng)力在預(yù)應(yīng)力鋼束張拉中分布實施情況。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力? 預(yù)應(yīng)力筋? 鋼束? 張拉

1 概述

隨社會各行業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，對于橋梁施工技術(shù)方面，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)用也越來越被重視，尤其是在橋梁建設(shè)方面對預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用更是極其廣泛。隨橋梁規(guī)格與跨度的增大，以往小橋涵的預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)已無法適應(yīng)新時期橋梁建設(shè)的要求，按原有的施工技術(shù)和工藝制造都會伴隨垂直裂縫或大量的斜裂縫出現(xiàn)，對橋梁施工和人們的生命安全留下了極大的隱患。大跨度曲線預(yù)應(yīng)力在橋梁中的作用，為預(yù)應(yīng)力的分析及張拉施工提出了新的課題，尤其是施工中的一些特殊、關(guān)鍵問題，如：曲率、摩擦系數(shù)等，它們的改變都會給預(yù)應(yīng)力的分配造成不良影響?，F(xiàn)有的力學(xué)模型不足以解決這些問題，唯有建立適合于大跨度曲線預(yù)應(yīng)力橋梁預(yù)應(yīng)力鋼塑張拉施工的新模型來支持大跨度橋梁的施工方案設(shè)計。

2 橋梁施工中常見的預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)問題

2.1 預(yù)埋管道的堵塞。在向預(yù)埋管道中傳入預(yù)應(yīng)力筋時，經(jīng)常會有因預(yù)埋管道堵塞而預(yù)應(yīng)力筋不能穿入的現(xiàn)象，預(yù)埋管道接頭不當(dāng)、管道有孔等都會產(chǎn)生漏漿，漏入的水泥漿和砂漿凝固或穿透預(yù)應(yīng)力筋的時候，端頭已將波紋管接頭的關(guān)閉刺穿產(chǎn)生卷曲引起的。

2.2 預(yù)應(yīng)力筋張拉伸長值過長?！稑蛞?guī)》中有明確規(guī)定，預(yù)應(yīng)力筋的實測與理論伸長值偏差不得超過±6%。但在施工中經(jīng)常會出現(xiàn)無法滿足規(guī)定要求的情況：第一，部分預(yù)埋管道漏漿，漏漿把局部的預(yù)應(yīng)力筋粘牢，在橋體受張拉應(yīng)力時，此處抗應(yīng)力幾乎為零，因此伸長值也幾乎為零了。第二，施工材料不同，其所表現(xiàn)出來的物理特性也存在差異。所以，在預(yù)應(yīng)力筋的實際彈性模量與理論值也會有只差異，從而表現(xiàn)為理論伸長值有誤。第三，因地形地貌的影響，預(yù)埋管道不直或有凸起，造成預(yù)應(yīng)力筋與管道壁的摩擦阻力增大，雖然張拉控制應(yīng)力沒有改變，但實際平均張拉應(yīng)力降低，造成伸長量不夠。第四，因管道形態(tài)的不規(guī)則，后張拉鋼束受前張拉鋼束的制約，造成應(yīng)力不夠伸長值縮小。第五，反復(fù)使用的千斤頂長期工作會造成微量的偏差。

2.3 張拉拱度異常。預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行張拉時的起拱度是一個測評施工質(zhì)量的綜合數(shù)據(jù)，反應(yīng)的是施工部位的整體強度、彈性模量、變形特點、預(yù)應(yīng)力大小等。在實際施工中因混凝土配比、養(yǎng)生不足等原因都會造成起拱度偏大;施加應(yīng)力不足或應(yīng)力不均勻時會造成起拱度偏小等現(xiàn)象。

2.4 張拉時斷裂或滑脫。一般造成預(yù)應(yīng)力筋張拉時斷裂或滑脫會有如下幾種情況：第一，錨具夾片絲口打滑或損傷預(yù)應(yīng)力筋，有油污等;第二，千斤頂磨損，無法固定預(yù)應(yīng)力筋;第三，限位器失效或不當(dāng)使用，造成錨具夾片及預(yù)應(yīng)力筋損傷等。

3 預(yù)應(yīng)力筋或鋼束控制模型

為保障預(yù)應(yīng)力混凝土在實際應(yīng)用中的復(fù)雜性能和結(jié)構(gòu)特點，同時具有抗震性、安全性、適用性等多種特征，必須要建立多個精確的分析控制模型，以便在施工中處理一些不確定因素導(dǎo)致的施工偏差，還可以指導(dǎo)施工方法和過程，盡可能的消除不確定因素對橋梁結(jié)構(gòu)的不良影響，從而改善和提升橋梁施工質(zhì)量。

3.1 預(yù)應(yīng)力筋或鋼束的通用模型。假設(shè)曲線預(yù)應(yīng)力鋼束的空間位置可表示為：

r={x（s），y（s），z（s）}T，如下圖1：

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圖1? 預(yù)應(yīng)力鋼束?????????? 圖2? 鋼束微段

m是正交于n、s的單位向量，n是去路方向的單位向量，s是切向單位向量。

可在圖1中的空間預(yù)應(yīng)力鋼束中截取一段用于分析空間預(yù)應(yīng)力鋼束的受力情況。假設(shè)選取微段的長度是ds，并設(shè)尾端中心點預(yù)應(yīng)力鋼束的張力為P（s）。則該選取的微段兩端張力為：

P（s）+■■ds和P（s）-■■ds

由平衡關(guān)系、曲率、正壓力和摩擦力等關(guān)系，最后可得出預(yù)應(yīng)力鋼筋或鋼束的平衡方程，如下：

■=±μ？資P

3.2 預(yù)應(yīng)力筋和鋼束的控制模型。在實際施工中，受各種主客觀的因素的影響，平衡方程中的設(shè)計值μ和k很難保證不變。所以，在施工中仍然按部就班的遵循平衡方程進(jìn)行施工，也是無法得到滿意結(jié)果的。應(yīng)建立相應(yīng)的控制模型，用于超長預(yù)應(yīng)力筋或鋼束在張拉施工中有確切的指導(dǎo)意義，而且能解決各種不確定因素帶來的影響。將平衡公式中的μ和k替換為實際值μ和？資，并加上控制項，最終可以推導(dǎo)出預(yù)應(yīng)力筋或鋼束的控制模型為：

■=■■+u（s）

4 預(yù)應(yīng)力筋或鋼束的控制措施

4.1 在預(yù)應(yīng)力筋張拉實測值無法滿足《橋規(guī)》時，應(yīng)采取如下方法：第一，采用預(yù)應(yīng)力筋穿透管道施工方式時，在澆筑和振搗時注意保護(hù)管道，以免振漏。指派專人每10分鐘做一次預(yù)應(yīng)力筋的推拉活動，直到最后混凝土達(dá)到初凝狀態(tài)。第二，計算預(yù)應(yīng)力筋流年伸長值時，要采用實際檢測的實際數(shù)據(jù)作為預(yù)應(yīng)力彈性模量。第三，預(yù)埋管道時，牢固定位坐標(biāo)點，而且定位間距不得大于40cm，保持管道的圓潤線性形態(tài)。振搗時注意振搗棒避免碰觸管道壁，以免預(yù)埋管道移位。第四，檢查錨具、千斤頂、油泵等設(shè)備是否完好，運轉(zhuǎn)是否正常，對特殊設(shè)備進(jìn)行校驗的標(biāo)定。第五，穿導(dǎo)預(yù)應(yīng)力筋時，應(yīng)整束理順，防止鋼絞線等出現(xiàn)纏繞。

4.2 隨時和定期清理雜物、油污。在錨具夾片中的雜物、鋼絞線上的油污、設(shè)備質(zhì)量問題等等許多間隙部位要保持清潔，不能有異物，以免造成鋼絞線滑絲、斷絲等情況。在張拉前要提前對預(yù)應(yīng)力筋張拉，避免在突然張拉的時候出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，增加延展性。同時檢查表是否有銹蝕、污漬、油漬等雜質(zhì)，使用前務(wù)必清理干凈。張拉時嚴(yán)格檢查錨具夾片間的油污等，檢查千斤頂內(nèi)夾具絲口，出現(xiàn)破損，立即更換。處理方法是：把卸荷座穿過鋼絞線后，套在工作錨上面，在安裝到滑絲或斷絲的絞線上，錨固定后張拉，使夾片松動，拔出夾片使鋼絞線松動，若是滑絲情況且損傷較小，則更換夾片即可，若斷絲，則要更換夾片和鋼絞線。

4.3 滑絲、斷絲的處理。第一，出現(xiàn)單根滑絲時進(jìn)行單根補拉。將滑脫的鋼絲單獨夾緊在卡盤上張拉，并拉至設(shè)計應(yīng)力水平。第二，錨塞契合緊密，張拉不動。這種情況如果強行進(jìn)行張拉，則可能直接造成鋼絲拉斷。應(yīng)立即安裝千斤頂并將各個鋼絲楔緊，張拉到較大應(yīng)力時仍不能拉出錨塞，立即打掉一個簽訂卡盤上的楔子，讓一根或兩根鋼絲抽絲，減小錨固力，這樣就可以拉出錨塞了。第三，有斷絲或滑絲的鋼束，應(yīng)在兩端加裝千斤頂后，將鋼絲夾緊在卡盤上，退出錨塞，用扁鋼絲釬子從缺口處插入錨具，擋住錨塞小頭，然后逐漸回油，放松鋼束，取出錨塞。

5 高速公路預(yù)應(yīng)力橋案例

以某市內(nèi)環(huán)的高架橋公路某段的曲線預(yù)應(yīng)力橋為例，在為該高速橋進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉施工時，由于存在諸多不確定因素，導(dǎo)致無法一次完成張施工。在經(jīng)過技術(shù)論證和確認(rèn)后，采用分級張拉法施工，取得了很好的效果。這是從實際情況出發(fā)采用靈活張拉施工方法的一個典型案例。

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圖3? 箱梁平面示意圖?????????? 圖4? 箱梁截面示意圖

通過預(yù)應(yīng)力分布計算得出，受控的張拉施工的預(yù)應(yīng)力分布比不受控的張拉施工效果更好、更明顯，而且在鋼束在經(jīng)過受控張拉后，由于摩擦和其他不確定因素帶來的應(yīng)力損失會大大減少。一般不受控張拉施工會造成40%以上的預(yù)應(yīng)力損失，但經(jīng)過受控張拉后，預(yù)應(yīng)力損失可壓縮到20%以內(nèi)，甚至更少，效果極為明顯。

6 結(jié)束語

總之，影響大跨度曲線預(yù)應(yīng)力橋梁預(yù)應(yīng)力鋼束的因素有很多，例如：設(shè)計、材料、施工等一系列工程環(huán)節(jié)，而且還存在很多復(fù)雜、多變、偶然的因素在內(nèi)。對于影響到預(yù)應(yīng)力分布的因素在這個領(lǐng)域內(nèi)尚有不可知之地，需要我們進(jìn)一步的研究和探索，在實踐中不斷總結(jié)和借鑒經(jīng)驗，多開展實際數(shù)據(jù)測量和分析驗證，多尋求新的思路和計算理論，從實際應(yīng)用的角度深入探討和挖掘大跨度曲線預(yù)應(yīng)力效應(yīng)。

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