单端张拉与两端张拉施工方案对比分析

单端张拉与两端张拉施工方案对比分析单端张拉与两端张拉施工方案对比分析 龙腾大道跨九华河大桥工程主桥箱梁横梁预应力原图纸采用的是后张法预应力 单端张拉 现考虑外模使用的是钢模板 必须先穿钢绞线 再拆除模板 施工时开 孔难度大 拆模时对钢绞线有损伤的可能性 且施工时必须按顺序施工 这样施工 进度肯定较慢 我部建议使用两端同时张拉方案 即先拆除模板再穿钢绞线 同时 施工 则进度将大大加快 现我部对单端张拉与两端张拉施工方案进行对比分析 1 1 预应力现场施工的实验统计与分析预应力现场施工的实验统计与分析 1 1 张拉实验组织与策划张拉实验组织与策划 本实验以主桥的 A 节段和 B 节段的横梁作为研究对象 其中 A 节段设计为一 端张拉 B 节段设计为两端张拉 主要从以下几个方面进行 施工成本 工程进度 施工效果 实验中 我们在 A 节段随机抽取 20 束横梁钢绞束 在 B 节段也随机抽取 20 束 横梁钢绞束 A B 两节段的两个实验段同时开始实验 为保证实验的同步性 连 续性和精确性 在实验开始前 机电管理人员要对两个试验段的机器设备以及接线 用电做一次全面仔细的检查 确保在实验过程中不会机器和用电故障导致实验中断 并且请安全管理人员对现场安全防护进行仔细排查 确保现场的安全文明施工标准 规范 由于预应力张拉属于特种作业 张拉过程必须严格按照规范要求来操作 张 拉工人必须系好安全带 千斤顶正后方必须竖放 2 3 块厚木板 周围 1 平方米范围 内严禁站人 张拉过程中必须有安全员全程监控 实验开始前 工作人员将两个实验小组所需的实验机械材料用量 以及人员配 置做了详细统计 统计情况如下表 1 和表 2 表 1 机械材料用量统计 机械材 料 油泵车 辆 千斤顶 台 三孔锚环 个 喇叭口 个 夹片 个 一端张 拉 11202060 两端张 拉 224040120 表 1 为机械材料的用量统计 两端张拉所需的机械材料用量为单端张拉的一倍 表 2 施工人员配置统计 人力配 置 张拉工木工管理人员质检员安全员 单端张 拉 34111 两端张 拉 6 222 表 2 为施工人员配置统计表 两端张拉除木工外其他人员配备为单端张拉的一 倍 待各方面准备就绪后 两个实验小组和实验策划人员核对手表时间 实验正式 开始 1 2 实验结果与讨论实验结果与讨论 实验结束后我们对两个实验小组完成张拉所需时间进行了统计 我们以 5 束为 一个结点 统计情况如下 表 3 钢绞束各节点张拉所需时间统计 张拉所需时 间 1束 min 5束 min 10束 min 15束 min 20束 min 一端张拉 1156125180220 两端张拉 1378170230311 很显然 通过表 3 我们能很清楚的看出 不管在哪个结点 单端张拉比两端张 拉完成任务所需的时间都要短 但单端张拉施工钢模板开孔一般需要 2 天时间 这 使单端张拉整体施工时间延长 两端张拉施工先拆除模板再穿钢绞线 相对于单端 张拉整个施工过程所需的时间要短 张拉的效果一般是通过伸长量来衡量的 为此我们在两个实验小组各随机抽取 了 10 组数据进行分析 具体张拉数据如下表 4 和表 5 表 4 单端张拉数据 钢束编 号 拉力100 时伸长量 mm 实际伸长 量 mm 理论伸长 量 mm 偏差 值 1 175170180 5 56 2 179176180 2 22 3 177170180 5 56 4 173170180 5 56 5 172171180 5 00 6 176176180 2 22 7 177171180 5 00 8 173169180 6 00 9 171171180 5 00 10 171171180 5 00 由表 4 可以看出 单端张拉实际测量的伸长量都要小于理论伸长量 绝大部分 伸长量都在 170 176mm 这个区间段内 并且所有实际伸长量与理论伸长量之间的 偏差值都大于 6 00 满足设计规范要求的 6 6 这个区间段 符合设计要求 表 5 两端张拉数据 钢束编 号 左端拉力 100 时伸长 量 mm 右端拉力100 时伸长量 mm 实际伸长 量 mm 理论伸长 量 mm 偏差 值 1 100951851802 78 2 961001851802 78 3 115841861803 33 4 911071881804 44 5 1021021841802 22 6 931011811800 56 7 110861871803 89 8 107891891805 00 9 119881851802 78 10 124821851802 78 由表 5 可以看出 两端张拉实际测量的伸长量都要大于理论伸长量 实测伸长 量都在 180 188mm 这个区间段内 并且所有实际伸长量与理论伸长量之间的偏差 值都小于 6 00 满足设计规范要求的 6 6 这个区间段 符合设计要求 比较表 4 和表 5 我们不难发现 两端张拉的效果还是要略好于单端张拉 可 见无论是单端张拉还是两端张拉 都符合设计以及工程实际要求 两者对预应力混 凝土构件的作用效果几乎是一样的 2 3 实验结论 单端张拉在机械材料用量 施工人员配置 基本上是少于两端张拉 但完成同 等工作量所需时间要比两端张拉多 由此可见 从施工成本和工程进度这两方面考 虑 采用两端张拉要比单端张拉有优势 在张拉效果上 两端张拉要略好于单端张 拉 2 2 ANSYSANSYS 有限元模拟与分析有限元模拟与分析 由于施工现场实验技术条件所限 我们无法得知单端张拉和两端张拉后钢筋混 凝土内部的受力与变形状况 因此也就无法从更深层次比较两者的优劣 为此 我 们借助 ANSYS 有限元软件 通过仿真模拟 得到一端张拉和两端张拉后钢筋混凝 土的受力与变形状况 2 1 ANSYS 有限元分析模型有限元分析模型 在模拟中我们取钢筋混凝土箱梁面板的一小部分长方体为研究对象建立简化了 的有限元模型 该长方体的长度为 2 0m 宽 1 0m 高 0 1m 空心圆柱半径 0 03m 1 材料性能设定 混泥土弹性模量 E 34500MPa 泊松比 0 2 单轴抗拉强度 Ft 3 1125MPa 裂缝张开传递系数 0 35 裂缝闭合传递系数 1 钢筋为双线性随动硬化材料 弹性 模量 E 200000MPa 泊松比 0 25 屈服强度 0 2 360MPa 硬化斜率为 20000 配筋率为 0 01 沿长度方向和宽度方向放置钢筋 2 有限元模型 基于模型结构简单 建模时采用全模型自顶向下的建模方法 模拟时 对板块 模型采用专门为混泥土 岩土等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元 SOLID65 SOLID65 是在三维 8 节点等单元 SOLID45 的基础上 增加了针对混泥 土的性能参数和组合式模型 可以模拟混泥土中的加强钢筋以及材料的拉裂和压溃 问题 所以适合本文所要分析的问题 对刚性垫片 选择 SOLID45 单元对其分析 对实体模型划分网格时 采用映射和扫略相结合的方法划分为规则而紧密的六 面体单元网格 以尽量减少四面体单元的使用 从而避免严重的应力集中 开裂越 早 图 1 分析模型图 3 边界条件及求解方法 两端张拉时 在两端的两个长方形环面上均施加 45MPa 的均布载荷 一端张 拉时 在张拉端长方形环面上施加 45MPa 的均布载荷 锚固端则在管道内长方形 面上施加 Y 方向的位移约束 并施加 45MPa 的均布载荷 本文分析为对混泥土的 非线性分析 为了使分析结果能有较好的精度且能达到正常收敛 所以在实际加载 过程分为多个载荷步缓慢求解 求解过程中需打开大变形效应 2 2 模拟结果与分析模拟结果与分析 1 等效应力云图 图 2 两端张拉应力云图 图 3 一端张拉应力云图 由图 2 和图 3 可以看出 一端张拉的最大应力为 39 909MPa 两端张拉为 39 471MPa 两者应力值相差 0 438MPa 这个差值很小 在工程实际中这么小的差 值是可以忽略的 由此可见 无论是一端张拉还是两端张拉 其内部混凝土的应力 状况基本一致 2 应变云图 图 4 两端张拉应变云图 图 5 一端张拉应变云图 由图 4 和图 5 可以看出 在千斤顶张拉端 一端张拉的最大应变为 0 001168 两端张拉最大应变为 0 001155 一端张拉的应变较之两端张拉要稍稍大一些 两者 仅仅相差 0 000013 而在一端张拉的锚固端 最大应变为 0 001132 比两端张拉要 小 0 000023 因此两端张拉两边应变值加起来要比一端张拉两端应变值加起来要大 0 00001 相差很小 这说明一端张拉和两端张拉作用在钢筋混凝土上 其内部产 生的应变情况基本相同 同时 两者应变值这个差距 这也和实验张拉数据相对应 很好的解释两端张拉的实测伸长量为什么要比一端张拉要稍稍大一点的原因 3 积分点开裂状态 状态可为压碎 裂纹张开或是裂纹闭合 图 6 两端张拉开裂状态 图 7 一端张拉开裂状态 图 6 和图 7 中 数值显示条中 最小 2 表示各个方向上裂纹张开 最大 16 表示各方向上裂纹闭合 如果有 1 则 1 表示三个方向上都压碎 从图 6 和图 7 中我们可以发现 单端张拉和两端张拉其积分点开裂状态是一致的 也就是说 在 两者的作用下 混凝土的裂纹发展趋势以及可能的破坏位置都是一样的 2 2 模拟结论模拟结论 通过 ANSYS 有限元模拟 可以的到预应力单端张拉和两端张拉 钢筋混凝土 内任一点的应力和应变状况 从应力和应变云图我们可以看出 单端张拉和两端张 拉对混凝土的作用效果基本上差不多 同时 通过应力云图可以验证两端张拉的实