高墩连续刚构桥施工过程预应力损失试验研究-库

论文导读：
摘 要：当前，高墩大跨连续刚构桥设计中，普遍存在预应力损失估计不足这一问题。本文以湖南某高速公路淇水大桥为工程背景，通过现场试验针对多股钢绞线形成的钢束摩阻损失的规律进行研究，特别是曲线束和直线束的预应力损失规律，推导了和 的计算公式，并得出 和 的建议值，最后将其结论运用于施工过程控制中，取得了良好的效果。同时，本文的分析方法和结论对预应力混凝土桥梁设计与施工具有指导意义。
关键词：连续刚构桥；施工过程；预应力；损失；试验研究
1008-0422（2012）08-0125-02
1引言
预应力连续刚构桥因其整体性能好、抗扭刚度大、抗震能力强、桥墩抗推刚度较小等特点，是大跨、高墩桥梁的首选桥型之一。 设计之中，预应力设计是高墩大跨连续刚构桥的重要组成部分。目前，部分已建成并投入运营的预应力混凝土连续刚构桥出现了主梁跨中挠度过大的问题，其原因主要是设计时对运营过程的预应力束的应力损失估计不足造成的，此外，施工过程中的预应力损失估计不足也是一个重要方面。
本文以湖南某高速公路淇水大桥为工程背景，通过现场试验针对多股钢绞线形成的钢束摩阻损失的规律进行研究，主要考虑预应力钢绞线锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩及预应力钢筋与管道壁之间的摩擦损失。作者在预应力筋束的摩阻损失试验基础上，仔细研究了预应力束损失的相关规律，并将其结论运用于施工过程控制中，取得了良好的效果。
2预应力损失的理论
高墩大跨连续刚构桥在施工过程中，预应力混凝土构件应考虑由下列因素引起的预应力损失：
预应力钢筋与管道壁之间的摩擦 ；锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩 。
针对锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失，通常采用超张拉的方式或者采用分次张拉、多次倒顶的张拉方式的予以解决。施工控制主要针对第一类预应力损失。 （摩阻损失）主要由于管道的弯曲和管道的偏差两部分影响所产生。理论上直线管道无摩擦损失。σl1但由于施工中管道位置的偏差及孔道不光滑等原因，在钢束张拉时仍会与孔壁接触而引起摩阻损失，称此项为管道偏差影响（长度影响） 摩擦损失，其值较小，反映于系数 ；对于弯道部分除了管道偏差影响之外，还有因孔道弯转，预应力钢筋对弯道内壁的径向压力所引起的摩擦损失，一般称这部分影响为弯道影响摩擦损失，其值较大，并随钢筋弯曲角度的增加而增加，反映于系数μ。

2.1 理论公式

根据规范及相关文献的建议，对于空间曲线钢束，预应力损失 按下式计算：（1）
式(1)中：
σcon—预应力钢筋锚下的张拉控制应力（MPa）；
μ—预应力钢筋与管道壁的摩擦系数；
β为张拉端预应力钢束曲线的切线与计算处切线的夹角, 称为包角；
k—管道每米局部偏差对摩擦的影响系数；
x—张拉端至计算处预应力钢束的空间曲线长度。
式（1）在计算β和x时可对空间预应力钢束分段计算。β及x可以采用如下近似方法计算：（2）
3工程概况
湖南某高速公路淇水大桥主桥上部结构为51m+3×90m+51m五跨预应力混凝土连续刚构桥，箱梁根部高度5.70m，跨中高度2.80m，箱梁根部底板厚75cm，跨中底板厚30cm，箱梁高度以及箱梁底板厚度按1.8次抛物线变化。箱梁腹板厚度由根部至跨中依次取为70cm、55cm、40cm。箱梁顶板厚度28cm。箱梁顶宽12.00m，底宽6.5m，顶板悬臂长度2. 75m，悬臂板端部厚15cm，根部厚50cm。箱梁顶设有2%的横坡，箱梁浇筑分段长度依次分别为：7.0m长0号段+5×2.5m+8×

3.5m，边、中跨合拢段长采用2m，边跨现浇段长5.0m。

4试验简介
淇水大桥主桥上部构造按全预应力混凝土设计，采用三向预应力，纵、横向及部分竖向预应力采用美国ASTM A416-97A标准270级高强度低松驰钢绞线，标准强度1860MPa，设计锚下张拉控制应力1395Mpa。箱梁纵向钢束每股直径15.24mm，两端张拉，配OVM15-12、OVM15-9锚具；顶板横向钢束每股直径15.24mm，配OVMBM-3扁锚；顶板竖向钢束每股直径15.24mm，单端张拉，配OHM15-3G二次张拉专用锚具；纵向预应力束管道采用预埋塑料波纹管成孔，真空辅助压浆工艺。
试验过程中，采用联智桥隧开发的智能张拉系统进行张拉，采用压力传感器在梁的张拉端和固定端测读拉力并在钢绞线两端及每跨贴有应变片以测钢绞线中间的应力同时在相应位置的普通钢筋上布置应变片。本次试验选择编号4A2钢绞线进行测试。试验装置布置见图1，测点布置见图2，各测点几何参数见表1。
在试验之前，对从该批钢绞线中抽样出的钢绞线进行测试，按照与现场同样的方法粘贴应变片，在实验室拉力机上进行逐级张拉, 得出张拉力与应变之间的关系，以备在现场试验中采用。
注：

5、6、7测点为对称布置。

试验时记录了张拉端和固定端的油压、各测点钢绞线应变以及测点对应位置普通钢筋的应变将钢绞线应变反算出其拉力并与通过普通钢筋应变反算钢绞线的拉力比较去掉可疑数据其结果见表2~表3。
由表2可见，该桥的预应力钢束摩阻损失较大，占张拉应力的45% 左右，预应力损失较大。由表3可见，4根钢绞线测得的拉力基本一致，表明试验的预应力钢束孔道布置的较为一致、准确。此外，从各束的测试结果不难发现，试验结果的离散性较小，表明试验比较成功，为进一步说明问题，还对直线形状的顶板束2D1进行了单端张拉的测试，试验结果列于表4。
根据表2~表4数据，采用式（10）计算可得:μ=0.1598，k=0.00151 。与规范值相比，μ、k计算结果偏大。从表1，2 可见， 对于本桥纵向束，预应力摩阻损失按照规范计算将偏小6% 左右，顶、底板束相对来说测试值较为接近理论计算结果。本桥的曲线半径为500m，在曲线半径较小的情况下，可能导致测试损失值与理论计算值差10%~20%，故对于长空间预应力钢束，应该通过现场试验实测预应力损失参数μ和k，从而为准确计算预应力损失值提供可靠的依据。
由于测试摩阻损失较设计值大6论文导读：PKU-2009（02）.苏传海.微段法分析空间弯曲钢束的摩阻损失.桥梁建设，ISTICPKU-2010（05）.刘鹏，王贯明，杨思忠，杨雄为.环形预应力盾构管片摩阻损失测试与研究.施工技术，ISTICPKU-2011（02）.张秋陵，肖光宏.塑料波纹管曲线预应力束摩阻损失系数的试验研究.重庆交通学院学报，ISTICPKU-2004（11）.梁甜甜，向中
%，为与设计值相符，决定对纵向束超张拉6%，对于顶板束和底板束采用原控制应力进行张拉， 并进行了现场试验，测试结果与上述分析结果一致。
5结论
淇水大桥预应力损失试验是以多股钢绞线形成的钢束摩阻损失进行的测试，弥补了单股钢绞线摩阻损失的不足，通过试验，不难得出：
5.1计算预应力损失时需考虑预应力束水平角的影响，否则，可能低估预应力损失。计算包角最简便、合理的方法为“综合法”；

5.2 采用塑料波纹管不仅预应力损失小，而且能够采用真空灌浆确保灌浆质量；

5.3为了简化计算便于设计采用本文x 值取用曲线水平投影长度而未考虑钢束空间长度，如果采用空间长度则摩阻系数还要小些源于：论文范例www.7ctime.com
；
5.4试验表明，钢绞线预应力筋管道摩阻损失试验前对钢绞线进行预拉并得出张拉力与应变的关系对管道摩阻损失试验实测的可靠性十分重要；
5.5对超长束预应力筋其摩阻系数受到诸多因数的影响，特别是施工质量的影响较大，应通过试验确定摩阻损失。
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