先简支后连续梁预应力张拉工艺的探讨.doc

2008年度优秀科技论文（技术总结） 先简支后连续预应力张拉工艺的探讨先简支后连续梁预应力张拉工艺的探讨内容摘要：先简支后连续预应力混凝土小箱梁以其较好的经济性、施工便捷性、行车舒适性在工程中得到了广泛应用。本文介绍了先简支后连续预应力梁桥的施工工艺，并较为探讨了其中的核心技术预应力张拉工艺。关键词：先简支后连续 预应力 张拉工艺1先简支后连续梁的应用先简支后连续梁是一种将两跨或多跨预制简支梁进行连续，使其结构体系由简支转换为连续的一种连续梁。先简支后连续梁的施工工艺在结构体系发生转换之前体现简支梁的施工特征，故该种工法可以大大减轻吊装重量，降低工程施工难度。另外对简支梁采用预制施工又可以缩短施工的工期。在简支梁安装就位再将其连接起来使结构体系由简支转换为连续之后，则具有整体性好，桥面平顺、接缝少等连续梁的优点。所以先简支后连续梁兼顾简支梁的施工便利和成桥后连续梁的优良性能并且造价低，使其具有很强的实用性和经济性，现已在高速公路的桥梁上被广泛采用，在高速铁路桥梁上的应用也会越来越多。随着预应力结构体系的不断更新，施工技术的逐步发展，吊装能力的日益提高，将会使先简支后连续梁桥得到长足的发展和更为普及的应用。1.1 先简支后连续梁桥的形式从梁的截面形式上来看，目前在我国使用较多简支梁类型为T型梁和箱型梁，故而相对应的先简支后连续梁也占多数。按桥墩支座多少分为桥墩双排支座连续梁桥和桥墩单排支座连续梁桥;按预应力度划分为全预应力混凝土连续梁桥和部分预应力混凝土连续梁桥。1.2 先简支后连续梁桥的优缺点墩上为双排支座的先简支后连续梁桥,采用双排永久支座,施工方便,连续处开裂后修补容易,湿接缝处剪力较小,但结构受力不明确,在二期恒载及活载作用下,结构内力在连续梁与简支梁之间,支座易产生脱空现象,因此要求支座具有一定弹性,结构按弹性支承连续梁计算。墩上为单排支座的先简支后连续的梁桥,优点是结构受力明确,支座不会脱空;缺点是增加了临时支座和结构体系转换,湿接缝处剪力较大。2先简支后连续梁的施工工艺先简支后连续梁的施工工艺可分为两个阶段：一是简支梁的预制和安装；二是结构体系转变的实现。关于简支梁的预制与安装这一阶段的工艺程序大体上与预应力混凝土简支梁的施工相同。需要注意的是：为了减小桥梁建成后呈波浪形对车辆行驶的影响，在预制简支梁的时候，可根据具体的存梁时间和经验设置不同的反向预拱度。另外应充分考虑两简支梁端连续预应力筋所需要预应力预留孔道以及锚具、张拉设备等的因素。体系转换阶段主要为连续梁负弯矩区段预应力筋全部张拉完成，压浆、封锚后，即可落梁而达到体系转换。体系转换的核心是要保证梁体均匀、同步下降，支座共同受力。现就某实际工程30m箱梁先简支后连续梁桥的施工过程，具体的给出先简支后连续预应力混凝土箱梁施工工艺流程: 21先预制简支箱梁, 待混凝土达到设计强度的90%且满足养护时间后, 张拉简支梁正弯矩区的预应力钢束,压注水泥浆并及时清理箱梁底板通气孔。箱梁顶板负弯矩钢束的钢波纹扁管, 应在预制箱梁时同简支梁正弯矩的预应力钢束波纹管一起预埋。 22设置临时支座并安装好永久支座, 进行逐孔吊装单跨箱梁, 使其置于临时支座上呈简支状态, 及时连接桥面板钢筋及端横梁的钢筋。可采用硫磺砂浆制成的临时支座。硫磺砂浆内应事先埋入电热丝, 体系转换时采用电热法解除临时支座。为保证受力均匀临时支座顶面标高应与永久支座顶面标高相齐平。 23连接连续接头段钢筋, 绑扎横梁钢筋, 连接箱梁顶板负弯矩钢束的钢波纹扁管并穿束。选择在气温较低时, 浇筑连续接头、中横梁及其两侧与顶板负弯矩束所处范围内的桥面板。永久支座顶面直接与接头混凝土底部浇筑在一起。当达到设计强度的80% 且满足养护时间后, 张拉顶板负弯矩区预应力钢束。因为钢束温度梯度与混凝土温度梯度不同，为避免钢束和混凝土存在过大温差，应避开高温时段进行张拉。顶板钢束的张拉由每联的两侧向中间进行。现浇接头段混凝土可采用微膨胀水泥。顶板负弯矩钢束应采用两端张拉, 并采取逐根对称均匀张拉。接头施工完成后, 浇筑剩余部分桥面板湿接缝混凝土。剩余部分桥面板湿接缝混凝土应由跨中向支点浇筑。浇筑完成后拆除一联内的临时支座, 完成体系转换。解除临时支座时, 应特别注意严防高温影响橡胶支座的质量。 24连接顶板钢束张拉预留槽口处钢筋后, 现浇调平层混凝土, 喷洒防水层, 进行护栏、桥面铺装施工及伸缩缝安装。在先简支后连续梁的施工过程中预应力的张拉工艺占据着重要地位，属于施工关键技术。预应力张拉工艺不仅决定着结构体系转换的能否实现，而且直接影响着桥梁的极限承载能力以及桥梁在运营阶段的耐久性等重大问题。3先简支后连续梁的预应力张拉工艺先简支后连续梁的预应力张拉工序主要包括三个施工过程：穿索、张拉和压浆。在先简支后连续梁中，预应力筋对梁结构的作用可分两个阶段：张拉后压浆前的预应力施加阶段和管道压浆后的使用阶段。在两阶段,预应力筋与结构间的相互作用机理不同，从张拉到压浆前阶段，预应力筋和桥梁混凝土结构并非共同受力，仅在两端锚固点与结构接触。预应力筋的变形与结构变形不一致，预应力筋被拉长，梁体结构被压缩。在预应力筋张拉完毕压浆后的使用阶段，预应力筋成为梁体结构的一部分，与混凝土一起参与梁结构受力，其变形同周围混凝土一致。故可知张拉与压浆工序是预应力施工的关键环节。3.1张拉前的准备工作在张拉工序没有开始之前张拉工序开始之前, 要对梁体试块作抗压试验和对梁体作实体回弹检测, 验证其是否达到设计要求的控制强度。穿索前需要对各索进行编号。并且预应力筋要求每束之中各单根钢丝或钢绞线要排列有序、顺直圆滑、受力均衡、变形协调一致。一般情况下由于施工现场条件的制约和整束设计的要求往往不能统一, 长束在下料、编束、转运、堆放以及穿束的过程中, 钢绞线不可能总处于较理想的弯曲或直线状态。为了使各根钢绞线弯曲一致, 防止松散和互相缠绞, 必须加密编束用扎丝或铁丝的数量。由于扎丝比钢绞线硬度相差太远, 扎丝对预应力筋束的作用是有限的。钢绞线弯曲穿束时常出现松散现象, 影响了张拉工艺和质量。影响穿索的因素为：制孔工艺，孔道布置密度，孔径大小以及孔道长度。并且还要检查管道是否通畅、清洁, 达不到要求时, 采用合理的清理方式使穿索顺利。3.2张拉3.2.1张拉机具的选择和校验在张拉机具的选择上要注意匹配，避免采用过大功率的张拉设备。一般选用千斤顶的最大顶推力为设计张拉力的1.2 1.5 倍，压力表的选用也要考虑读数误差的影响，选择量程相近的表。施工时千斤顶施加的压力是依据配套液压泵的压力表计数换算出来的，两者存在线性关系。在施工前到检验单位校验后确定，施工时顶、泵、表配套使用。在实际施工过程中，由于千斤顶、油泵在使用过程中缸体磨损、液压油的老化变质等原因，千斤顶的顶推力和油泵压力表读数的对应关系会发生变化，因此千斤顶在使用一定次数或闲置一段时间后应重新校核，规范要求使用600次或闲置半年以上的要重新校验，特别是在更换液压油或其它组件后必须重新校核。通常对千斤顶和压力表的线性关系要求样本系数达到0.9999 以上。另外，千斤顶在使用过程中注意其顶缸最大行程，当其不能满足伸长值时需要进行二次张拉。3.2.2工作锚夹片的安装使用 通常使用的OVM、XYM 系列锚具中夹片在张拉时被限位器挡住，钢绞线被拉出，在锚固时夹片被回缩的钢绞线带回咬紧，从而起到锚固作用。由于夹片与限位板、限位板与千斤顶是组合使用，其相互间必然存在一定间隙，在施工时对伸长值存在一定影响，在施工时要注意解决，可采取以下措施： 3.2.2.1钢绞线张拉端在施工前清除锈渍、油污等，夹片安装时间距均匀，橡胶条联系，防止夹片受力不匀咬钢绞线或被浮锈填塞夹片齿槽造成锚固时滑丝等现向。3.2.2.2在限位板内侧设一道薄钢片轧制的环片，减小其与锚头间隙。这要在施工前对组合机具进行认真分析。3.2.2.3两端张拉时同步进行，在张拉到每一控制应力点时稍作停顿。在锚固时伸长值大的一端先锚固，这时另一端应力受影响会降低，需补足张拉应力再进行锚固。3.2.3张拉顺序 预应力张拉宜分批、分阶段、对称地进行。张拉顺序应按照设计规定进行,若设计没有规定应避免使构件截面呈过大的偏心受力状态,不使构件边缘产生过大的拉应力。尤其对曲线桥的时候更应注意,张拉时不能使曲线梁内、外边缘产生过大的拉应力,而使梁腹产生裂缝。张拉时必须先张拉靠近截面形心的钢束,进行对称张拉。同编号钢束应同时同步张拉,钢束张拉顺序按照钢束编号;张拉顺序先上层钢束,再下层钢束,但必须按顺时针或逆时针顺序依次进行。3.2.4张拉控制要点 预应力张拉采用张拉力和伸长量双控,伸长量的误差应控制在6%范围内,每截面断丝率不得大于该截面总钢丝数的1% ,且不允许整根钢绞线拉断,一根中拉断应不超过2丝。张拉时应根据每批钢绞线的实际直径随时调整千斤顶限位板尺寸,最标准的限位板尺寸应该使钢绞线只有夹片的牙痕而无刮伤。若钢绞线严重刮伤则限位板过小；若出现滑丝或无明显牙痕则可能是限位板过大。再调整各钢绞线的初应力为设计张拉力的10%;千斤顶张拉要同步;千斤顶的中心要和所有钢绞线的中心在同一平面内;锚具内缩量,两端之和不大于5 mm。3.2.5伸长量的计算与量测 开始张拉前应将所有钢绞线尾端切割成一个平面或采用与钢绞线颜色反差较大的颜料标出一个平面,在任何步骤下量测伸长量均应量测该平面距锚垫板之间的距离,而不可量测千斤顶油缸的变化量,以免使滑丝现象被忽略。3.2.6实现连接的张拉过程 初张拉P0 (总张拉控制应力的10% 15% ) 持荷3 min量测伸长量1 张拉控制应力总吨位P持荷3 min量测伸长量2 回油量测伸长量3 检查千斤顶有无滑丝:3-2 8 mm表明出现滑丝,应查明原因并采取措施解决方可继续张拉,在检钢绞线尾端标记是否仍为一个平面,如平面出现变化,说明有一根钢绞线出现滑丝,必须采取措施及时处理计算伸长量的方法:实测伸长量= P (2 -1 ) / ( P- P0 )应使- 6% (- ) / 6% ,方满足要求,否则应查明原因,并解决。(为修正后的伸长量)。在先简支后连续梁负弯矩段张拉前,预应力混凝土预制梁的张拉过程中应该观测预应力钢绞线张拉后的情况:预制梁上拱、端部及其他部位是否发生裂纹;梁体的反拱发生的速度;钢绞线有无滑动迹象。张拉程序及伸长量计算: a.先施加10%的控制张拉应力,拉紧钢绞线使其受力均衡,夹片打紧后,不许再有滑动; b.施加20%的控制张拉应力,用10%20%间的伸长量代替10%级的伸长量; c.张拉至控制张拉应力。实测伸长量= (L02 - L01) + (L10 - L01) 为锚固时夹片回缩量3.2.7断丝、滑丝的处理施工过程中,由于操作失误或千斤顶压力不准确或锚具安装误差、夹片质量差等原因,有时会发生断丝和滑丝的情况,当断丝或滑丝数不超过规范值时,可采用超张拉方式补足应力,若超过规范值必须卸锚,更换钢束。对此操作进行处理时必须慎重,必须保证质量和安全。 3.2.7.1补足应力处理:根据断丝数确定应力损失值,通过提高其他钢丝应力补足断丝造成的应力损失,但在任何情况下都不得使钢绞线应力达到0.8 Rb,否则必须更换钢束。 3.2.7.2更换钢束的处理方法: a.丝束放松。将千斤顶按张拉状态装好,并将钢丝在夹盘内楔紧。一端张拉,当钢丝受力伸长时,锚塞稍被带出。这时立即用钢钎卡住锚塞螺纹(钢钎可用直径5 mm 的钢丝、端部磨尖制成, 长2030 cm) 。然后主缸缓慢回油,钢丝内缩,锚塞因被卡住而不能与钢丝同时内缩。如千斤顶行程不够可如此反复进行至锚塞退出为止。然后拉出钢丝束更换新的钢丝束和锚具。b.单根滑丝单根补拉。将滑进的钢丝楔紧在卡盘上,张拉达到应力后顶压楔紧。c.人工滑丝放松钢丝束。安装好千斤顶并楔紧各根钢丝。在钢丝束的一端张拉到钢丝的控制应力仍拉不出锚塞时,打掉一个千斤顶卡盘上钢丝的楔子,迫使12根钢丝产生抽丝。这是锚塞与锚圈的锚固力就减少了,再次拉锚塞就容易拉出。3.3孔道压浆预应力管道压浆工作在先简支后连续梁的体系转换的实现中起着举足轻重的作用。防止预应力筋锈蚀,通过凝结后的水泥浆将预应力传递至混凝土结构中,增强梁体的承载能力。因此要求压入孔道内的水泥浆在硬结后应有可靠的密实性,能起到对预应力筋的防护作用,同时也要具备一定的粘结强度和剪切强度,以便将预应力有效地传递给周围的混凝土。对防锈蚀而言,压浆越早越好,而且尽早压浆还可防止预应力筋的松弛,使构件尽早安装。在以往的工程实践中,由于施工人员对孔道压浆的工艺和材料质量未给予足够重视,导致预应力筋过早生锈,降低结构耐久性。压浆的工序操作为：从一端向另一端进行，压力在0.6MPa左右，且当出浆口溢出浓浆时即可封闭出浆口，并稳压2min后可停止压浆。每次压浆时均按规定制作试块，以检验水泥浆强度。要想使压浆质量得以保证,必须做到以下几点:3.3.1水泥、水、外加剂和压浆设备符合规范要求;3.3.2水泥浆的水灰比、泌水率、膨胀率和稠度等指标符合规范要求;3.3.3压浆前清洗孔道,检查孔道是否畅通;3.3.4压浆顺序正确。按孔道由低向高的顺序进行。采取二次压浆工艺,保证孔道内水泥浆的饱满、密实;3.3.5严格控制压浆压力和速度;3.3.6施工条件满足的情况下可优先采用真空压浆技术。4结语对中小跨径预应力混凝土桥, 先简支后连续无缝桥梁是一种经济合理的具有较强竞争力的好桥型. 由于兼备了简支体系及连续体系的优点, 已开始在国内桥梁建设中