工程管理 ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ 论在高速公路桥梁中预应力砼先张梁技术的运用 禹文涛 二十三冶建设集团有限公司４１ ００１ ４ 摘要：本文对预应力砼进行了概述，着重对预应力砼先张梁的受力性能进行了研究。通过实例分析，解决了在公路工程中应用折线配筋先张 法预应力混凝土梁的关键技术问题，提高了工效，社会经济效益显著，具有很好的推广价值，在相似工程施工中值得借鉴 关键词：高速公路、桥梁、矩形梁受力、锚固区砼应力、砼先张梁技术 １．预应力砼先张梁的受力性能研究 （１）７．５ｍ先张、后张预应力混凝土矩形梁受力性能对比试验 试验梁梁高４０ｃｍ，梁长７．５ｍ，计算跨径７．２ｍ，按同一配筋情况 作了先张粱４根，后张梁３根，试验时量了测施工阶段的预应力损失， 进行了先、后张法预应力混凝土矩形梁在竖向荷载作用下的弯曲试 验，以检验梁在正常使用荷载下的变形和抗裂性能，测定梁的最大承 载力 试验结果如下表１～表３。 表１折线先张梁和后张梁承载力比较 梁编号 实测极限弯矩 计算极限弯矩 Ｍｕ／Ｍ 。 说明 Ｍ （ｋＮ．ｍ） Ｍ （ｋＮ．ｍ） ＸＰＢ－１ ２４９．４３ １８Ｏ ７３ ｌ ３８０ 折线先张梁 ｝ＸＰＢ一２ ２２５．４３ １７０１２ １ ３２５ 折线先张梁 ｌＸＰＢ．３ ２９６－２３ ２１９ ８０ １ ３４８ 折线先张梁 ＩＸＰＢ一４ ２５５ ４３ １９１．４７ １．３３４ 折线先张梁 ＨＰＢ．１ ２１３ ４０ １ ８２ ５Ｏ １．１６９ 曲线后张梁 ＨＰＢ．２ ２００＿２Ｏ １７Ｏ ３Ｏ １．１７６ 曲线后张梁 ＨＰＢ一３ ３００ ４０ ２３３ ｌ０ １．２８９ 直线后张梁 表２折线先张粱和后张梁开裂弯矩比较 梁编号 实测开裂弯矩 计算开裂弯矩 Ｍ。／Ｍ 说明 Ｍ （ｋＮｍ） Ｍ （ｋＮ．ｍ） ＸＰＢ－ｌ ６７ ９５ ６３ ０ ９２７ 折线先张梁 ＸＰＢ．２ ７１．２ ６７ ２ ０．９４３ 折线先张梁 ＸＰＢ．３ ６６．６７ ６４．８ ０．９７１ 折线先张梁 ＸＰＢ一４ ６３ ５３ ６７ ２ １ Ｏ５ 折线先张梁 ＨＰＢ一１ ８７．４ ８９．９ ０ ９７２ 曲线后张梁 Ｉ ＨＰＢ．２ ８２ ６ ９０ ７ ０ ９ｌ１ 曲线后张梁 Ｉ ＨＰＢ．３ ９５ ２ ９４．９ １．００３ 直线后张梁 表３折线先张梁和后张梁破坏前挠度比较 Ｉ 梁编号 实测破坏前挠 计算破坏前挠 ｆ 说明 度ｆ（ｍｍ） 度ｆ （ａｒｍ） ＸＰＢ－１ ８０．６５ ９４ Ｏ３ ０盘５８ 折线先张梁 ＸＰＢ．２ ７８ ９８ ８８ ０７ ０ ８９７ 折线先张梁 ＸＰＢ．３ ７２ ３０ ８６ ７０ ０．８３４ 折线先张粱 ＸＰＢ－４ ７２．１９ ８０ Ｏ０ ０．９０２ 折线先张梁 ＨＰＢ ｌ ６９ ９８ ７５ ４６ ０．９２７ 曲线后张梁 ＨＰＢ ２ ６５ ３５ ７４ ７７ ０．８７４ 曲线后张梁 ＨＰＢ．３ ６８．７３ ８８ ５３ ０．７７６ 直线后张粱 由对比试验可得出如下结论： １）折线先张预应力梁弯起器处的摩擦损失可按课题组建议公式 仃 ＝，ｆ・ ・ｓｉｎａ计算，计算值与试验结果符合良好，且有一定的保 证率。其余各项预应力损失可按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 涵设计规范》ＪＴＧ Ｄ６２—２００４或《混凝土结构设计规范》ＧＢ５００１０－２００２ 建议的公式计算； ２）折线先张预应力梁有足够的承载力安全储备，在达到设计破 坏荷载的１３０％以上时才发生破坏，而曲线后张预应力梁承载力的安 全储备较折线先张预应力梁略低； ３）折线先张预应力粱的抗裂性略好于后张预应力梁； ４）在弯矩增大到开裂弯矩Ｍｃｒ时，弯起器上方混凝土的拉应力均 盂夏小于混凝土抗拉强度标准值Ｒｋ，折线先张预应力梁ｌ临近破坏时弯起器 钢板与混凝土接触面以及弯起器上面的混凝土并未出现裂缝，说明弯 起能够很好的与混凝土共同丁作，不会造成弯起器处混凝土的提早开 裂。 （２）预应力砼先张梁钢绞线应力传递长度及锚固区砼应力状态 研究 先张法预应力构件在切断钢绞线放张后，混凝土中的有效预压应 力是依靠钢绞线和混凝土之问的粘结力逐渐建立起来的。在构件的端 头，钢绞线的拉应力和混凝土的压应力均为零，随着距构件端头距离 的增大，从先张法构件切断钢绞线的端部到构件中钢绞线的拉应力达 到最大有效拉应力ＣＹｐｅ的距离称为钢绞线的预应力传递长度ｌｔｒ，在ｌｔｒ 范围内钢绞线和混凝土的应力分别从零逐渐增大到有效预拉应力ＣＹｐｅ 和有效预压应力ｏｐｃ，在先张法预应力构件端部区段的抗裂验算中应 考虑混凝土预压应力的变化。 预应力传力长度比较 ・ 实删混凝土应 力分布 …（ ｌ５ｏｏｌｏ－２ｏｏ２ 规范应力分布 …兀、ＧＤ６２・２ｏ（ｉ４ 规范压力分布 一实测混凝土应 力分布 ～（正ｌ５０ｏ１ｏ一２ｏ０２ 规范鹿力分布 …盯ＵＤ６２—２００，４ １（１０ 规范应力分布 （ｂ）ＴＰＢ一２西端 图１钢绞线预应力传递长度计算 壹垄堡囡 占 工程管理 ＣｏＮＳＴＲＵＣ－ｒ＝ ０Ｎ 腹扳俐绞线锚Ｉ川 ；鞋凝ｌ 托 力 （艘板ｊｉ＿￣－３００ｎｕｎ．Ｅ失效段） ６ ５——２）材料用量少，费用较低； ３）安装、拆卸容易； ４）能满足弯起器作微量弯转、纵移的要求； ５）可用于直腹板亦可用于斜腹板。 （２）预制台座的研究与设计 折线配筋先张预应力砼张拉台座的反力梁有固定和活动的两种， 张拉横梁亦有固定和活动的两种。 一垂； ｂ ◆一内 １＼ 凝ｊ：拉臆 一－ｌＨ・外蹙混凝｝：拉鹿 ｎ 一混凝¨虎托强度 种为西班牙在Ｉ型梁的先张台座，采用活动反力梁和活动横 Ｏ ｝，Ｊ 准觎 ０∞Ｏ ｌ（）（）０ １５００ 梁端距离／１１１１１１ 图２工况１箱粱腹板钢绞线锚固区混凝土拉应力 腹扳钢绞线铺嘲 澜凝㈦ 应力 （胞板 ￣ｔ４００ｎｕｎ，订失效段、 —２； ◆一Ｉ 混凝／ ｛ 迎 ｊ１ 复 ＿－・＿－外 毽混凝¨ｔ麻 黾 ｌ ｎ —— ｏｊ 凝１．抗拉强度 标准值 Ｏ ５（】０ １０００ １ ５（】Ｏ 距粱端 离／ｎｕｎ 图３工况４箱粱腹板钢绞线锚固区混凝土拉应力 图１为本试验构件端部区段实测的混凝土压应力分布和按ＪＴＧ Ｄ６２—２００４、ＧＢ５００１０－２００２规范计算的混凝土压应力分布的比较，从 图中可以看出在构件端部区段实测的混凝土压应力要大于按规范计算 的压应力，说明先张法折线形预应力筋构件的预应力传递长度仍可按 《公路钢筋混凝及预应力混凝土桥涵设计规范》ＪＴＧ Ｄ６２—２００４或《混 凝土结构设计规范》ＧＢ５００１０—２００２的规定计算，并有一定抗裂储备。 在洞庭湖大桥第一块中梁的试制过程中由于３５ｍ箱梁端头腹板的 厚度原设计为３０ｃｍ，而每侧腹板锚固区的钢绞线多达ｌ２～１４根，切断 钢绞线后在锚圃区的混凝土出现了裂缝。为此本人对钢绞线锚固区混 凝土的局部应力进行了有限元分析，采取了增大锚固区腹板的厚度、 设置钢绞线锚固失效段以及增设钢筋网片等措施，较好地解决了钢绞 线锚固区的混凝土出现裂缝的问题，保证了试点工程的成功。 在此过程中曾对梁端局应力作了有限元分析，有限元分析采用 ＡＮＳＹＳ软件，共分４种工况进行分析：其中工况１的箱梁腹板厚度为 ３ ｍ ，锚固区钢绞线未设置锚固失效段（分析结果如图２）；工况２的 箱粱腹板厚度为３０ｃｍ，锚固区钢绞线设置锚固失效段；工况３的箱梁 腹板厚度增大为４０ｃｍ，锚固区钢绞线未设置锚固失效段；工况４的箱 梁腹板厚度增大为４０ｃｍ，锚同区钢绞线设置锚固失效段（分析结果如 图３）。 根据上述结果，说明防止箱梁腹板钢绞线锚固区混凝土因局部应 力过大而开裂的有效措施是：增大锚固区腹板的厚度、并设置钢绞线 锚同失效段。 ２．预应力混凝士先张梁的施工工艺研究 （１）弯起的器的的选型与试验研究 板式弯起器具有以下优点： １）构造简单、各部件受力明确； 梁，活动模板反力梁可移动至梁宽，带模反力梁放张后可以移走，以 让出移梁空间。带模反力梁固可节省部分费用但如果遇梁体带有横隔 梁则应用问题较多。故我们于３５ｍ跨小箱梁施工中未采用带模反力粱 形式而结合工地植被设备情况分别为洞庭湖大桥及京珠高速临长段水 渡河大桥设计了长、短线法两套施工方案，短线法采用长３３ｍ钢箱梁 作反力梁，钢箱梁截面６００×１２００ｍｍ；长线法采用８００×１２００ｍｍ矩形 截面的钢筋混凝土梁作反力梁，全长７２．５４ｍ；其中短线法台座一次制 梁一片，长线法可同时制梁两片。长线法台座的优点：由于采用钢筋 混凝土反力梁，最大的优点为一次性投入少，・造价低、浇筑速度快， 而且由于整体浇筑，稳定性较好。缺点是只能一次性使用，不可重 复利用，施工完还需要处理ｌ临时构造物；另一缺点是对于同时有两片 ３５ｍ先张法预制预应力小箱梁的长线台座在进行折线钢铰线张拉时， 相当於对单片３５ｍ先张法预制预应力小箱梁进行单端张拉，增大了弯 起器处摩阻力，增大了折线钢铰线的预应力损失。 短线法台座优点：反力粱采用钢结构，可以工厂加工，结构精 确，可以拆装以重复利用，且受力性能较好，整体变形量较小。特别 是可两端张拉，弯起器处摩阻力减小。缺点为一次投入大，现场安装 精度要求高。 先张施工中钢绞线锚固在张拉台座两端的张拉横梁上，张拉横梁 采用上下两根。上张拉横梁锚固弯起钢绞线，下张拉横梁锚固直线钢 绞线。上、下张拉横梁通过分离式机械锁紧油压千斤顶（下称大千斤 顶）将张拉应力传递到反力梁上，台座两侧反力梁用台座底横向的钢 筋混凝土联结系梁固定。 （３）张拉、放张工艺 该工艺优点是： １）用分离式机械锁紧液压千斤顶按设计总吨位控制张拉，确保 了预应力束张拉应力的准确性，避免了许多繁琐、不准确的计算。 ２）用横梁内侧分离式机械锁紧液压千斤顶作一次放张，可确保 放张工作的安全，有利于保证预制砼大梁的质量。 ３．结束语 在高速公路折线配筋预应力混凝土先张梁的应用方面，我们做了 一些开拓性的研究工作，先张法扩大了预应力混凝土先张法的应用范 围。预应力混凝土先张法较后张法除了工艺简单等优点外，最突出的 两项优点为：有效预应力可控，无需管道压浆，这两点从根本上保证 了预应力混凝土工程的质量与耐久性，可更可靠地在高原严寒、跨海 越洋工程中应用。故折线配筋预应力混凝土先张法有着广泛的应用前 景，应予以推广应用。推广应用的关键在于优化其施工工艺特别应关 注台座设计，制定合理的张拉、放张工艺，以追求更好的工程社会、 经济效益。 参考文献： 【１］杨文渊徐彝．桥梁施＿Ｔ－Ｘ＿程师手册（第２版）【Ｋ】．北京：人民交通出版 社。２００３． 【２】公路桥涵设计手册・基本资料ｆＫ】．北京：人民交通出版社，２００５．． ［３】杨文渊徐彝．高速公路桥梁施工手册（第２版）［Ｋ］．北京：人民交通 出版社．２００８．