二次張拉鋼絞線技術(shù)應(yīng)用于箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力的研究

劉歡 何勇威

摘要：文章首先對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，其次分析了腹板模型試驗(yàn)斜裂縫的情況，并探討了二次錨具的張拉工藝，最后展開了對(duì)二次張拉鋼絞線技術(shù)在箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用研究，希望有所裨益。

關(guān)鍵詞：二次張拉鋼絞線；箱梁腹板；預(yù)應(yīng)力；影響

引言

隨著我國(guó)交通建設(shè)事業(yè)的迅猛發(fā)展，大跨度連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)橋大量修建，收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益，但是在取得成就的同時(shí)，問題也在所難免，尤其是箱梁腹板斜裂縫問題，幾乎成了大跨箱梁橋的通病，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的使用性能和可靠性。而低回縮二次張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨具以其預(yù)應(yīng)力損失小的特點(diǎn)，應(yīng)用于箱梁腹板能有效提高永存豎向預(yù)壓應(yīng)力值，在對(duì)箱梁腹板斜裂縫的防治上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

1預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的特點(diǎn)

從當(dāng)前情況來看，我國(guó)已經(jīng)修建了非常多的公路、鐵路以及城市橋梁，其跨度大都高于40m，大部分采用的是預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁型截面梁的方式。在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋中采用箱型截面，與箱型截面的良好結(jié)構(gòu)性能具有直接的關(guān)系。通常來說，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的特點(diǎn)如下：第一，構(gòu)造布置較為靈活，在支架現(xiàn)澆施工、逐孔施工、懸臂施工等施工方式中較為適用；第二，截面抗扭剛度較大，在結(jié)構(gòu)施工及使用過程中有良好的穩(wěn)定性；第三，頂板和底板都具有較大的混凝土面積，能有效抵抗正負(fù)彎矩，并容易滿足配筋的要求；第四，截面效率高，適合預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)空間布束，經(jīng)濟(jì)效果增加顯著；第五，對(duì)于曲線梁有更好的適應(yīng)性；第六，能很好滿足管線等公共設(shè)施的布設(shè)要求。

2腹板模型試驗(yàn)斜裂縫情況

2.1腹板模型試驗(yàn)斜裂縫的形成

在荷載加載前期，構(gòu)件因?yàn)榭v向預(yù)應(yīng)力具有非常大的儲(chǔ)備，處在彈性受力階段，構(gòu)件還沒有出現(xiàn)裂縫，構(gòu)件變形以及鋼筋應(yīng)變等都呈現(xiàn)線性增加。伴隨荷載等級(jí)的增大，在彎矩最大的支座頂端翼板處呈現(xiàn)了第一條裂縫，受彎裂縫出現(xiàn)后沿著翼緣下部延伸了大約4cm的距離，寬度在0.02mm與0.03mm之間，這時(shí)候已達(dá)到了腹板實(shí)際開裂荷載的90%。然而，此裂縫在加荷載到開裂荷載的1.75倍時(shí)就停止了發(fā)展，彎曲裂縫依然沒有延伸到腹板內(nèi)部。試驗(yàn)采用了三個(gè)不同剪跨比進(jìn)行加載，在不同剪跨比情況下，腹板所出現(xiàn)的斜裂縫主要有如下幾點(diǎn)特點(diǎn)：第一，通過觀察裂縫的開展情況，發(fā)現(xiàn)其是一個(gè)較為突然的過程，當(dāng)荷載加到大約為計(jì)算開裂荷載的1.4倍時(shí)，腹板就會(huì)出現(xiàn)主斜裂縫；第二，剪跨比越大，裂縫就會(huì)越集中。當(dāng)m=1.81時(shí)會(huì)出現(xiàn)一條主斜裂縫；當(dāng)m=0.75時(shí)，腹板會(huì)出現(xiàn)若干條斜裂縫，這完全符合經(jīng)典抗剪理論，在較小的剪跨比下，容易發(fā)生斜壓破壞；第三，斜裂縫出現(xiàn)后，裂縫寬度超過0.02mm，肉眼清晰可見，3條主要斜裂縫剛出現(xiàn)寬度并不大，分別為0.03、0.04、O.O5m；第四，加載到開裂荷載后，裂縫沒有出現(xiàn)，但在持荷過程中能清晰地聽到清脆的混凝土崩裂聲，而后裂縫出現(xiàn)；第五，裂縫出現(xiàn)后，隨荷載的增加，裂縫寬度增加很快，而且對(duì)于剪跨比較大的兩次試驗(yàn)，在有限的荷載噸位內(nèi)沒有出現(xiàn)第二條貫通的斜裂縫，主斜裂縫寬度最后達(dá)到0.45mm；第六，最初出現(xiàn)的主要裂縫與水平向的夾角都在40°-45°之間，剪跨比較大的加載中沒有出現(xiàn)“從加載點(diǎn)到支點(diǎn)”連線的主裂縫，說明在雙向預(yù)應(yīng)力作用下，預(yù)應(yīng)力的存在對(duì)梁體斜裂縫的開展有影響，和無預(yù)應(yīng)力梁有區(qū)別；第七，對(duì)于同一條裂縫，最大寬度處位于雙肢箍間的位置，而不是位于箍筋處，證明箍筋對(duì)裂縫的發(fā)展有約束作用；第八，卸載之后，所有的斜裂縫均閉合，證明梁整體仍處于彈性階段，沒有發(fā)生塑性變形。

2.2豎向預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)力變化

混凝土開裂后，混凝土和鋼筋之間存在粘結(jié)滑移，導(dǎo)致混凝土表面的應(yīng)變和裂縫寬度要大于混凝土內(nèi)部。同時(shí)，由于混凝土的離散性，即使同一截面的同一高度處的鋼筋的應(yīng)變也并不一定是一致的。此外，由于波紋管的存在，波紋管內(nèi)外的的裂縫也不可能貫通。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可以由所測(cè)得的普通箍筋的應(yīng)變變化值來推算豎向預(yù)應(yīng)力筋在開裂后的應(yīng)力變化值：第一，假定在同一截面的同一高度處的豎向預(yù)應(yīng)力筋和箍筋具有相同的應(yīng)變；第二，忽略波紋管的影響；第三，取各箍筋在裂縫出現(xiàn)后的最大應(yīng)變?cè)隽孔鳛橄嗤恢锰幍呢Q向預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)變?cè)隽俊?/p>

3二次錨具的張拉工藝

在實(shí)際施工的過程中二次錨具最大的特點(diǎn)就是與一次張拉錨具相比多進(jìn)行一次張拉，并且進(jìn)行二次張拉時(shí)應(yīng)當(dāng)使用和二次張拉錨具相匹配的連接器來進(jìn)行。具體的張拉程序如下：第一，第一次張拉鋼絞線和傳統(tǒng)夾片式錨具張拉程序類似；第二，完成一次張拉后，在2-16小時(shí)后，開展二次張拉，第二次張拉采用拉桿把同一力筋和錨杯連接在一起，之后再開展張拉操作，直到達(dá)到設(shè)計(jì)荷載，然后進(jìn)行超張拉、持荷2min、旋扭支承螺母消除錨杯與墊板之間的間隙、放張錨固。應(yīng)用連接器開展對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的二次張拉操作，應(yīng)當(dāng)采用如下兩種方式來進(jìn)行張拉：第一，通過對(duì)連接器施加拉力，靠連接器將錨杯施加拉力進(jìn)行張拉，張拉到位后再旋緊螺母；另一種是通過千斤頂對(duì)鋼絞線施加拉力，由鋼絞線帶動(dòng)錨杯的方式進(jìn)行張拉，張拉到位后再旋緊螺母。兩種方式的區(qū)別在于二次張拉的直接受力體分別為錨杯和鋼絞線，文章將通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)對(duì)兩種不同的二次張拉工藝進(jìn)行對(duì)比研究，分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)。由于進(jìn)行第二次張拉，消除了第一次張拉放張夾片回縮造成的預(yù)應(yīng)力損失，新型錨具大幅提高了預(yù)應(yīng)力筋效率，同時(shí)也消除了精軋鋼筋YGM錨固體系存在的預(yù)應(yīng)力損失大和永存預(yù)應(yīng)力極難保證穩(wěn)定、易發(fā)生隨機(jī)變化的問題。

4二次張拉鋼絞線技術(shù)在箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用

4.1二次錨具作為腹板豎向預(yù)應(yīng)力體系對(duì)結(jié)構(gòu)抗剪性能的影響

采用二次錨具作為箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力體系，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗剪性能主要體現(xiàn)如下兩個(gè)方面：第一，預(yù)應(yīng)力損失不大，結(jié)構(gòu)永存預(yù)壓應(yīng)力比較高。從預(yù)應(yīng)力損失試驗(yàn)測(cè)試中得知，二次錨具可以使張拉階段的預(yù)應(yīng)力損失降低，以便為箱梁結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定的豎向預(yù)壓應(yīng)力儲(chǔ)備，以促進(jìn)箱梁腹板抗裂性能的有效提升；第二，采用高強(qiáng)鋼絞線作為豎向預(yù)應(yīng)力筋，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的可靠性。如前所述，高強(qiáng)鋼絞線具有較高的應(yīng)力儲(chǔ)備，使得其在腹板開裂后仍能保持在彈性范圍內(nèi)工作，分擔(dān)了部分剪力，使箍筋和豎向預(yù)應(yīng)力筋構(gòu)成的拉桿體系應(yīng)力水平降低，從而限制裂縫的繼續(xù)開展，又增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的剛度，增大了結(jié)構(gòu)了彈性工作范圍，很好地改善了結(jié)構(gòu)的使用性能。

4.2二次張拉對(duì)開裂荷載的影響

在豎向與縱向預(yù)應(yīng)力的雙重作用下，剪跨比較小的梁在加載的過程中會(huì)出現(xiàn)比較典型的腹剪斜裂縫，它的開裂荷載不會(huì)被剪跨比所影響。在剪跨比不對(duì)開裂裂縫形式產(chǎn)生影響的情況下，開裂荷載和梁截面特點(diǎn)及預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)備具有直接的關(guān)系。依據(jù)試驗(yàn)梁在張拉時(shí)候的測(cè)量結(jié)果，可推算出只進(jìn)行一次張拉（傳統(tǒng)錨具）和采用二次張拉后腹板中的永存預(yù)壓應(yīng)力及開裂荷載：與一次張拉預(yù)應(yīng)力損失20%.30%.40%，50%時(shí)相比，采用二次張拉預(yù)應(yīng)力錨具后，梁體的開裂荷載分別提高了5.9%，8.3%，14.3%，19.9%，效果明顯，證明二次張拉錨具具有很高的工程實(shí)用價(jià)值。

結(jié)束語

總而言之，二次張拉豎向預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨具是一種新型的低回縮錨具，應(yīng)用于箱梁豎向預(yù)應(yīng)力能夠有效減小短束的回縮預(yù)應(yīng)力損失，從而提高箱梁腹板的抗裂性能，有效解決箱梁腹板斜裂縫問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]肜輝.二次張拉低回縮預(yù)應(yīng)力錨具及錨下應(yīng)力分析[D].湖南大學(xué)，2010.