压力分散型预应力锚索张拉方法比较

1、压力分散型预应力锚索张拉方法比较    关键词:压力分散型;预应力锚索;张拉方法引言:路基高边坡防护工程目前主要以预应力锚索框架防护为主,该种防护工程的主要受力构件为框架梁、预应力锚索、及入岩锚固体,因此预应力锚索张拉质量是高边坡防护工程成败的关键,本文根据福建永宁高速公路预应力锚索施工实践,就压力分散型预应力锚索在现场张拉施工中常用的几种张拉方法进行比较分析,以供大家参考。 压力分散型锚索是由多组钢绞线穿过外承压板,在锚孔内设有多个内承压板,内承压板与不同长度的钢绞线固定连接的一种结构型式。压力分散型与普通压力型锚索的最大的区别在于,普通压力型只有一组

2、锚头,而压力分散型锚索有多组锚头,避免了应力集中的问题。 现以福建永宁高速公路高边坡防护型式为例进行说明,某边坡里程桩号为K104 471535,其右侧路堑边坡为强风化粉砂岩,碎块状、顺层节理发育,共2组节理,设计采用压力分散型预应力锚索框架进行防护(该压力分散型锚索结构示意图见图1),每束锚索体由6根15.24mm无粘结钢绞线组成,共分为3个锚固单元,每个锚固单元2根钢绞线,其中锚孔深度为24米,锚固段长度为9米,各单元锚索长度分别为L长=24m、L中=21m、L短=18m,钢绞线弹性模量Eg=1.95×105MPa,钢绞线公称截面积A=140mm2,设计拉力为700KN,张拉时按

3、超张拉10%进行控制。 一、张拉施工前的技术准备工作 (一)将锚垫板表面的混凝土等杂物清理干净 (二)用铁锯条将钢绞线表面橡胶皮齐锚垫板口割除干净 (三)在已剥皮钢绞线表面标记各单元锚索,将长束、中束、短束分别标记清楚 (四)检查千斤顶及油泵油封情况,检查是否漏油等 (五)检查千斤顶、油压表是否与检定证书一致 (六)依次安装工作锚具、工作夹片、限位板、千斤顶、工具锚具及夹片等。 二、张拉施工 (一)张拉方法一:差异荷载补偿张拉法 差异荷载补偿张拉法是指根据各锚固单元钢绞线长度不同,根据其各个张拉阶段对应的钢绞线伸长量差值进行相应的荷载补偿张拉,而后再进行整体张拉锁定的一种张拉方法。 张拉施工程

4、序为:预张拉第一张拉阶段:长束2根钢绞线差异荷载补偿张拉第二张拉阶段:长束及中束4根钢绞线差异荷载补偿张拉第三张拉阶段:6根钢绞线整体依次张拉至设计荷载的30%、50%、75%、100%、110%N(N为设计拉力700KN)(锁定)。 (1)预张拉:先对整束6根钢绞线安装工具夹片,将三个锚固单元锚索体整体张拉至10%N,使锚索拉直,退出全部工具夹片。 (2)第一张拉阶段:先安装长束2根钢绞线工具夹片,对长束2根钢绞线进行差异荷载补偿张拉,补偿张拉荷载值为P1,P1=(700×1.1×2)/6)×(9/3)/24=32.1KN。 (3)第二张拉阶段:依次安装中束2根

5、钢绞线工具夹片,对长束及中束4根钢绞线进行补偿张拉,补偿张拉荷载值为P2,P2=(700×1.1×4)/6)×(9/3)/(24-(9/3) P1=105.4KN。 (4)第三张拉阶段:补偿张拉完成后,再安装短束2根钢绞线工具夹片,6根钢绞线依次按30%、50%、75%、100%、110%N整体张拉,每级张拉均持荷5至10分钟。 1、该张拉方法理论分析如下 在计算差异补偿荷载过程中,差异荷载P1、P2按6根钢绞线平均受力进行计算。张拉过程中,第一张拉阶段先对长束2根钢绞线施加差异补偿荷载P1,长束钢绞线伸长量(即为长束与中束钢绞线伸长量的差值补偿)为L1,第二张拉

6、阶段再整体张拉中束及长束钢绞线差异补偿荷载P2,中束伸长量(即为中束与短束钢绞线伸长量差值补偿)为L2,补偿张拉完成后,第三张拉阶段对长束、中束和短束三个锚固单元的6根钢绞线整体张拉至1.1N,由于第三张拉阶段三个锚固单元整体张拉过程中,各锚固单元钢绞线伸长量均相等,即为短束钢绞线伸长量L3。由于第三张拉阶段3个锚固单元钢绞线长度不同,长束钢绞线长度为L长 L1 L2,中束钢绞线长度为L中 L2,短束钢绞线长度为L短,其中L长=L中 3=L短 6,而6根钢绞线在第三张拉阶段伸长量相等,为L3,即说明张拉锁定后整束6根钢绞线为非平均受力,这与在初始计算补偿荷载过程中采用的单根钢绞线平均受力计算差

7、异荷载补偿值P1及P2相矛盾。 第一张拉阶段由虎克定律得: L1=(P1×L长)/(E×2A)=14.1mm 同样,第二张拉阶段由虎克定律得: L2=21.6mm 第三张拉阶段由虎克定律得: L3=(N短×L短)/(E×2A) (1) L3=(N中×(L中 L2)/(E×2A) (2) L3=(N长×(L长 L1 L2)/(E×2A)(3) N长 N中 N短=770 (4) 由(1)、(2)、(3)、(4)可以得出,第三阶段张拉至1.1N锁定后:L3=97.6mm,N长=221KN,N中=253KN,N短=296K

8、N,N短>N中>N长,三个锚固单元伸长量分别为:长束钢绞线伸长量为L1 L2 L3=133.3mm,中束伸长量为L2 L3=119.2mm,短束伸长量为L3=97.6mm。 从预应力锚索加固效应方面考虑,由于长束相对中束及短束入岩深度最大,能够提供更大的锚固力,锚固体所能承受的张拉力相对中束及短束应相对大些,短束入岩深度最小,能够提供的锚固力相对最小,所需的张拉力相对长束理论上应相对小些,这样才有利于锚固体结构受力,而经过上述的分析,若采用差异荷载补偿张拉,最终张拉锁定后各单元锚索所受力大小为:N短>N中>N长,该种受力对结构加固效果不利。  

9、60;     (二)张拉方法二:复合张拉法 复合张拉法是指三个锚固单元先单独张拉,后整体张拉至设计荷载。 1、将三个锚固单元的钢绞线依次分别按20%、40%N进行张拉,再整体张拉至110%N 先对称张拉长束2根钢绞线至(N/3)×40%=93.3KN,再对称张拉中束2根钢绞线至(N/3)×40%,最后张拉短束2根钢绞线至(N/3)×40%,分别单独张拉完成后,再将6根钢绞线整体施加应力至1.1N后锁定。 单独张拉至40%N时由虎克定律可计算长束、中束及短束钢绞线伸长量为别为41.0mm、35.9mm、30.8mm

10、,6根钢绞线整体张拉至110%N时由虎克定律得: L=(N长×(L长 41mm)/(E×2A) (1) L=(N中×(L中 35.9mm)/(E×2A)(2) L=(N短×(L短 30.8mm)/(E×2A)(3) N长 N中 N短=770 (4) 由(1)、(2)、(3)、(4)可以得出,整体张拉至110%N锁定后:N长=222KN,N中=253KN,N短=295KN,N短>N中>N长,该张拉方法结构受力与张拉方法一相同。 (三)张拉方法三:单独张拉法 单独张拉法是指对三个锚固单元分别进行独立张拉,互不影响。 考虑各锚固

11、单元钢绞线平均受力,三个锚固单元锁定荷载均为770KN/3=257KN,分别依次对长束、中束、短束按20%、40%、60%、80%、100%、110%N进行张拉锁定,锁定后三个锚固单元受力值均为257KN。 三、三种张拉方法比较 经过上述分析,各张拉方法存在如下优缺点: (一)差异荷载补偿张拉法施工方便,操作简单,但张拉锁定后各锚固单元钢绞线的实际受力值与计算差异荷载补偿值时的假设应力不一致,并且张拉至110N后,各锚固单元实际受力效果对结构加固不利; (二)复合张拉法操作比较繁琐,需多次拆装各锚固单元工具夹片,并且荷载施加至110%N后,各锚固单元钢绞线受力效果与差异荷载补偿张拉法相同,也不利于结构加固效果; (三)单独张拉法相对差异荷载补偿张拉法操作较繁琐,但比复合张拉法操作简单,并且方法直观、计算方便。 结束语:预应力锚索张拉是预应力锚索框架加固工程中最重要的环节,是加固工程成败的关键,不容忽视,本文仅提出压力分散型预应力锚索在张拉方法上的一点看法及见解,建议实际施工中采用单独张拉法进行施工。 作者单位:中铁大桥局集团第五工程有限公司 参考文献: 1福建