解析預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用

胡安冉

（棗莊市政工程股份公司，山東 棗莊 277800）

解析預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用

胡安冉

（棗莊市政工程股份公司，山東 棗莊 277800）

現(xiàn)階段整個(gè)社會(huì)對(duì)路橋工程建設(shè)質(zhì)量均給予了有史以來(lái)的最高程度的重視，國(guó)家相關(guān)行政管理機(jī)構(gòu)亦對(duì)路橋行業(yè)建設(shè)實(shí)施了更為全面、嚴(yán)格及規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。筆者緊密聯(lián)系當(dāng)今路橋工程建設(shè)中所遇到的各類(lèi)問(wèn)題及相關(guān)的工程實(shí)例深入闡釋一下關(guān)于在路橋建設(shè)行業(yè)中的預(yù)應(yīng)力施工工藝的運(yùn)用策略。

路橋項(xiàng)目；橫梁；張拉處置；工藝方案；應(yīng)用技術(shù)

我國(guó)交通領(lǐng)域中的路橋工程建設(shè)的強(qiáng)力推進(jìn)，一段時(shí)期以來(lái)促使了我國(guó)的路橋工程項(xiàng)目建設(shè)總量持續(xù)擴(kuò)增，施工規(guī)模不斷擴(kuò)大，由此也展示出相關(guān)的預(yù)應(yīng)力施工工藝在路橋施工中的關(guān)鍵作用。故科學(xué)、完整地應(yīng)用好預(yù)應(yīng)力技術(shù)是優(yōu)化和保障路橋工程建設(shè)質(zhì)量的首選策略。

1.預(yù)應(yīng)力施工工藝的概念

預(yù)應(yīng)力技術(shù)是為了促進(jìn)工程建設(shè)質(zhì)量的優(yōu)化工作而在20世紀(jì)50年代興起并得到廣泛運(yùn)用的最先進(jìn)型路橋建造工藝。由于它在當(dāng)今的路橋工程領(lǐng)域中獲取了廣泛的運(yùn)用，在20世紀(jì)80年代又在經(jīng)歷了相關(guān)工程技術(shù)管理者的進(jìn)一步完善之后而被大量運(yùn)用于路橋項(xiàng)目建設(shè)中，而且在大量的路橋項(xiàng)目建設(shè)實(shí)踐中已完整展示了此類(lèi)施工工藝的獨(dú)特功能，之后此項(xiàng)新施工工藝被快速地在國(guó)際路橋工程建設(shè)領(lǐng)域推廣開(kāi)來(lái)。

路橋項(xiàng)目建設(shè)中所應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力施工工藝重點(diǎn)是應(yīng)用在其鋼筋水泥結(jié)構(gòu)體的提前制作環(huán)節(jié)中，依照相異區(qū)間的鋼筋水泥構(gòu)架所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力維度分布及強(qiáng)度水平而制作出來(lái)的承受著加載應(yīng)力的鋼筋水泥構(gòu)架來(lái)具體平衡整體或局部的鋼筋水泥應(yīng)力，能夠?qū)摻钏鄻?gòu)體的服役周期大范圍地延長(zhǎng)。此種預(yù)應(yīng)力型鋼筋水泥構(gòu)體的制作程序包括先張工藝及后張工藝，此二類(lèi)制作工藝是依照相異的施工地域環(huán)境及制作目標(biāo)而實(shí)施的基本制作模式。

在路橋預(yù)應(yīng)力構(gòu)架的制作中，有時(shí)可能發(fā)生由于預(yù)應(yīng)力型鋼絞線被切除且喪失后續(xù)張拉應(yīng)力之后所產(chǎn)生的錨下實(shí)際預(yù)應(yīng)力欠缺現(xiàn)象。運(yùn)用哪一類(lèi)流程實(shí)施張拉工序值得探究分析。依照具體工程案例，依托構(gòu)建運(yùn)算模型對(duì)整體錨板及含有連接平面的錨板展開(kāi)應(yīng)力狀況分析，經(jīng)過(guò)比較分析可知：所利用的張拉工序的操作流程是有效的，并實(shí)施好中橫梁區(qū)間的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，可給其他路橋項(xiàng)目建設(shè)的施工工序開(kāi)展提供經(jīng)驗(yàn)。

2.預(yù)應(yīng)力技術(shù)在路橋施工中的應(yīng)用實(shí)例分析

2.1工程概況

華北地區(qū)某個(gè)在建大橋結(jié)構(gòu)中的橫梁選取預(yù)應(yīng)力型鋼絞線持續(xù)張拉，一頭錨固，一頭張拉，其鋼絞線選用14束直徑為Фs15.4mm高強(qiáng)度低松弛無(wú)黏結(jié)型鋼絞線，其擬定的抗拉等級(jí)基準(zhǔn)fpk=1858MPa，操作張拉預(yù)應(yīng)力是1412MPa，14束/根Фs15.4mm，一束張拉應(yīng)力是2297.6kN。鋼絞線的長(zhǎng)度是8.625m，計(jì)算其理論伸長(zhǎng)值是58.2mm。

工程施工作業(yè)過(guò)程：2014年8月17日對(duì)某一在建大橋結(jié)構(gòu)中的兩道中部橫梁14根鋼絞線實(shí)施張拉工序，期間對(duì)隨時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行處理。其中出現(xiàn)橋體結(jié)構(gòu)的中部橫梁所連接的鋼絞線張拉應(yīng)力存在缺陷問(wèn)題。

存在張拉力欠缺的原因：直徑為Фs15.4mm的高強(qiáng)度低松弛無(wú)黏結(jié)型鋼絞線單束張拉應(yīng)力是194.8kN，作業(yè)工地管理人員錯(cuò)把張拉應(yīng)力定值到140.6kN，造成施工現(xiàn)場(chǎng)把張拉環(huán)節(jié)的整體張拉應(yīng)力錯(cuò)誤地取值為1701kN，其僅相當(dāng)于擬定張拉應(yīng)力值2412.5kN的70.51%，鋼絞線整體實(shí)際伸長(zhǎng)量較之前設(shè)計(jì)的理論伸長(zhǎng)量短15.8mm。針對(duì)此缺陷情況，施工隊(duì)立即進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)處置。

2.2張拉施工方案的確定

由于新型預(yù)應(yīng)力型鋼筋混凝土施工技術(shù)是一類(lèi)最先進(jìn)的路橋項(xiàng)目建設(shè)工藝，在它的試驗(yàn)應(yīng)用環(huán)節(jié)中對(duì)于其制作階段所使用的鋼筋、水泥等工料都給出了很?chē)?yán)格的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。以保障實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的真正利用成效。

此工藝過(guò)程的張拉機(jī)理和預(yù)先所擬定的總體張拉作業(yè)過(guò)程一樣，而且在張拉結(jié)束之后其預(yù)應(yīng)力鋼絞線不致于出現(xiàn)回縮情況而導(dǎo)致其預(yù)應(yīng)力的欠缺，其實(shí)際操作過(guò)程如下：

①在所用千斤頂前部區(qū)間利用內(nèi)徑為17.4cm，外徑為27cm的46號(hào)碳鋼材料制作工件錨抱箍部件，其抱箍部件長(zhǎng)度為18cm，鋼體抱箍外圍平衡設(shè)置出20個(gè)螺栓穿孔，其螺栓穿孔利用Ф24mm超強(qiáng)螺絲來(lái)連接這一鋼體抱箍及固定錨，超強(qiáng)型螺絲強(qiáng)度指標(biāo)13.1mm。其后部鋼體抱箍的規(guī)格與前部規(guī)格品質(zhì)一致。

②傳力鋼棒選用直徑為18.2cm實(shí)心46號(hào)碳鋼部件。和前、后頂部抱箍螺栓相連接，前、后部包含和鋼棒螺栓連接深度為9cm。

③在實(shí)施張拉工序之前，其前頭的鋼體抱箍和剛結(jié)束澆筑工序的梁體水泥之間縫隙利用4個(gè)Ф9cm實(shí)心鋼體棒按等邊型三角形狀設(shè)置，以此來(lái)作為其結(jié)構(gòu)的支撐架。

④固定錨外圍利用剖光設(shè)備進(jìn)行人工整體研磨，并加工出20只和Ф24mm的超強(qiáng)度螺絲接觸面，接觸面研磨深度掌握在6mm，出于確保超強(qiáng)螺絲及固定錨連接面可滿足張拉過(guò)程剪切應(yīng)力需求，在研磨過(guò)程中要將20個(gè)連接表面上下交叉，上下兩列完整研磨出10個(gè)接觸表面（實(shí)施張拉工序中對(duì)于固定錨的研磨過(guò)程，經(jīng)過(guò)和固定錨供貨方溝通，固定錨生產(chǎn)方明確表示其對(duì)固定錨的工作品質(zhì)不會(huì)產(chǎn)生負(fù)面作用）。

3.結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力參數(shù)模擬測(cè)試

為了確保錨固裝置的持久性及穩(wěn)固性，對(duì)此分隔型立交中部橫梁的橫向隔板在經(jīng)歷張拉工序后的預(yù)應(yīng)力承載性能變化展開(kāi)全面分析，且由此擬定出確保錨固裝置持久及穩(wěn)固性的有效化施工方案。

3.1完整型錨板參數(shù)模擬測(cè)試

3.1.1運(yùn)算模型構(gòu)建

①工程材料特征

固定錨板選取45號(hào)碳型鋼材料制做而成，45號(hào)碳型鋼材料的機(jī)械性能參數(shù)為：彈性系數(shù)Es=2.2×1022Pa；剪應(yīng)力改變系數(shù)Gs=80×112Pa；實(shí)體密度ρs=7.90×102kg/m3。

黏結(jié)型鋼絞線，擬定抗拉等級(jí)指標(biāo)fpk=1859MPa，實(shí)際張拉過(guò)程應(yīng)力指標(biāo)為1389MPa，單束鋼筋張拉應(yīng)力是194.8kN。

②整體錨板參數(shù)模型構(gòu)建

依照錨板結(jié)構(gòu)圖紙，選取對(duì)應(yīng)工程數(shù)學(xué)有限元型系統(tǒng)軟件構(gòu)建整體錨板的有限元型數(shù)學(xué)模型。

3.1.2負(fù)載及周邊區(qū)域狀況模擬

①負(fù)載情況模擬

外徑Фs15.3mm的高強(qiáng)度低松弛無(wú)黏結(jié)型鋼絞線單束張拉應(yīng)力是194.2kN，把每根張拉應(yīng)力依照靜力均衡狀況來(lái)均勻分布并施加于錨固板眼內(nèi)的受力區(qū)域上。實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力負(fù)載結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模擬。

②邊界狀況數(shù)學(xué)模擬

在固定錨板和錨固墊板連接面區(qū)域內(nèi)，設(shè)置立體三維方向位置固定，為了讓模型處于靜定狀態(tài)，再?gòu)?qiáng)化平面位移約束。

3.1.3整體錨板模型數(shù)值運(yùn)算結(jié)果

設(shè)置負(fù)載之后運(yùn)算得出的整體錨板的應(yīng)力結(jié)構(gòu)分布云立體圖。預(yù)置應(yīng)力張拉工序之后整體錨固工具的應(yīng)力分布方式基本是-12.1MPa（承壓）～-189MPa（承壓），重點(diǎn)置于承壓情況；考察1/3截面及1/5截面應(yīng)力分布立體云圖，可得此處截面錨固工具的應(yīng)力狀態(tài)分布是-11.6MPa（承壓）～-197MPa（承壓），基本置于承壓環(huán)境；剖析4/5截面應(yīng)力分布云圖可得：這一截面錨固工具基本應(yīng)力結(jié)構(gòu)分布為-47.2MPa（承壓）～-182MPa（承壓）。由此可得，在預(yù)應(yīng)力型鋼束經(jīng)張拉工序處置之后，整體錨固板的應(yīng)力結(jié)構(gòu)分布為-11.6MPa～-198MPa（承壓），基本是處于承壓格局，低于45號(hào)鋼材的屈服型應(yīng)力界限360MPa。

3.2計(jì)算模型建立

依照張拉操作方案，將固定錨外圍利用磨光設(shè)備人工均勻式研磨20個(gè)與Ф24mm超強(qiáng)螺栓銜接面，銜接面研磨深度控制在6mm，為了保證高強(qiáng)螺栓和工作錨接觸面能承受張拉剪切力要求，打磨時(shí)20個(gè)連接面前后錯(cuò)開(kāi)，前后兩排均勻打磨10個(gè)接觸面。兩排連接面間距8mm。

3.3兩類(lèi)錨板數(shù)值計(jì)算結(jié)果比較分析

從以上內(nèi)容可知，采用該張拉施工方案對(duì)此分隔式立交橋兩道中橫梁18束鋼絞線進(jìn)行張拉工序處置后，含連接面的錨板的應(yīng)力最大為216MPa，低于45號(hào)鋼屈服應(yīng)力356MPa，受力性能仍能夠滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，說(shuō)明選取的張拉方案是可行的。

此中橫梁所施加的預(yù)應(yīng)力體系證明是成立的，但中橫梁預(yù)應(yīng)力體系錨具因開(kāi)鑿連接面而增大了其應(yīng)力負(fù)荷，鑒于該梁體目前的施工狀態(tài)，決定采取加強(qiáng)中橫梁處橋面配筋的方式再予以加強(qiáng)，以改善中橫梁的受力性能。

結(jié)語(yǔ)

總之，在路橋施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格地控制，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的使用就是一種十分有效的控制方案。在施工中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用不但可以抬高工程質(zhì)量，同時(shí)還能夠提高施工效率，節(jié)約工程成本，提高施工企業(yè)單位的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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[2]趙青山.探究路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2015（3）：126.

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