折线配筋先张法在公路桥梁中的应用

折线配筋先张法在公路桥梁中的应用

2006年7月，全国铁路条目的将于2006年7月开通。高原高山铁路整合了几代人的智慧，采用了许多新技术和新技术。其中，受土木工程影响的先杆法首次应用于24米的梁中，由中国铁路一局建筑公司形成了完整的劳动技术。为铁路桥梁的应用培育出了良好的效果，并取得了良好的经济效益。然而，在公路桥梁上的应用中，先杆法的研究和应用几乎是空的。如何将折线配筋先张法应用到公路桥梁中是摆在公路建设者面前的一大课题。本文就折线配筋先张法在公路桥梁中的设计、施工做了初步探讨。预应力混凝土构件由于具有建筑高度底、跨越能力强、很好的耐久性、材料来源广及造价较低,在同样条件下具有构件截面小、自重轻、质量好、材料省(可节约钢材40%~50%、混凝土20%~40%)等优点被广泛应用于土木建设中。根据不同的预应力施加工艺,预应力结构可分为先张法结构及后张法结构两种。后张预制梁腹板中普遍采用弯起束,最大跨径已经超过50m,而先张预制梁由于都采用直束,当跨径大于20m时,腹板主拉应力较大,故较普遍使用于跨径不大于20m梁。随着后张梁的大量使用,其不足之处也逐渐显露出来。由于后张法中采用不正确的压浆工艺、可能出现的堵孔、压浆不密实等缺点和质量问题,导致预应力钢材的后期锈蚀,很多预应力混凝土连续梁桥出现裂缝、持续下挠。1预应力混凝土梁的张拉方式及损失(1)折线配筋先张法相对于后张法有以下优点:使预应力钢筋与混凝土的粘结缺陷降低到最小程度,预应力钢筋与混凝土粘结可靠性优于后张结构,避免了后张法的部分预应力损失和锈蚀,构件性能稳定可靠,具有更好的耐久性;实现混凝土和高强预应力钢筋粘结自锚,不需要预埋波纹管和锚具,不需复杂的灌浆工艺,使施工工序更为简洁;先张法无沿程摩阻损失,张拉稳定可靠,可较大节约预应力钢材,结构计算相应简化。预应力损失比较,两种预应力混凝土梁由于张拉方式不同,使得所产生的预应力损失的大小也不同。在相同有效预应力的条件下,横张预应力混凝土的张拉控制应力σcon只需要常规预应力混凝土梁张拉控制应力的70.86%,若常规预应力取σcon=0.75%fpyk(张拉安全系数K=1.333),则在有效预应力相同的条件下横张预应力仅为σcon=0.53%fpyk(张拉安全系数K=1.889),可见横张预应力混凝土梁的张拉安全储备大得多,故横张操作是安全的。如果钢筋质量具有足够的保证,在同样的张拉控制应力下,横张预应力混凝土梁可望节省25%的预应力钢材。(2)折线配筋先张法相对于单直线先张法有以下优点:预应力钢筋的线形与构件的实际弯矩包络图更加吻合,节约预应力钢筋;和单直线形预应力配筋相比,由于部分预应力钢筋在适当位置弯起,可较大减少构件的反拱值,有利于构件的长期变形控制;由于预应力钢筋的弯起,可在腹板中产生竖向压应力,可将腹板内的主拉应力控制在较小值内,在理论上甚至可完全消除主拉应力,从而避免构件腹板开裂,提高构件的抗剪性和耐久性,使先张法可适用于大跨径桥梁。2首先，采用折线匹配法、施工中的困难和解决方法2.1预应力钢筋弯折处张拉折线配筋先张法在理论计算上与其他配筋方法没有本质的不同,但预应力钢筋起弯点处预应力的局部损失是设计中较难准确把握的一个问题。起弯点处的局部预应力损失的大小与起弯角度、张拉工艺、张拉顺序及转向装置都有很大关系;对不同的项目应根据具体试验确定。可通过在预应力钢筋弯折点处设置双插销的方式减小力筋的转折角,在力筋与钢插销之间以弧形钢板过渡,这个弧形的半径比钢绞线外围钢丝的螺旋形半径还大,此时每一钢丝仍处于轴向受力状态,受弯成份是很小的。另外,折线形力筋的弯起亦适应于剪力和弯矩沿梁长的变化。折线配筋时,有先拉后折及先折后拉两种工艺。当多跨连续折线配筋时,宜采用“先拉后折”工艺,这样可减少局部摩阻损失。对跨数少,折点少的预应力束,可采用“先折后拉”工艺,此时宜采取措施减少摩擦损失。2.2转向器构造意图转向器的设计、制作及安装是折线配筋先张法中的关键设备。转向器必须满足制作简单、安装拆除方便、传力可靠、局部摩阻损失小等要求。转向器可分为内置式转向器及外置式转向器,外置式转向器可重复使用,内置式则为一次性。其构造示意见图1。图中转向器仅为构造示意,具体尺寸需要根据张拉控制力的大小及箱梁结构尺寸确定。为减少弯折处局部张拉力的损失,可在转向器与钢绞线交接面处设置一道四氟板,通过设置凹槽来固定钢绞线的平面位置。2.3预应力钢筋绑扎及转向器安装通过合理布置预应力钢筋与普通钢筋,在后张法构件中基本可做到两者互不干扰,本文提出的先张工艺可以先初步纵向张拉预应力钢筋,张拉力控制在设计值的50%左右,使预应力钢筋初步绷紧,然后绑扎普通钢筋,待普通钢筋绑扎完毕在纵向张拉至设计值,最后竖向张拉转向器,使预应力钢筋的张拉力完全达到设计值,即采用前面所述的先拉后折工艺。2.4锚定区域的局部结构根据文献[1,2],只要端部预应力筋的间距大于5cm,就不会产生预应力筋的锚固问题,因此锚固区无需做特殊的构造处理。3预应力钢筋绑扎和浇注折线配筋的张拉布置须考虑张拉方便、安全可靠,同时必须考虑构件内膜拆除空间的需要。图2为向多片梁预制示意,先通过张拉台座对预应力筋进行初张拉,张拉控制力控制在10%~50%设计张拉力之间,然后绑扎普通钢筋,待普通钢筋绑扎完毕再竖向张拉预应力钢筋至设计张拉力,然后浇注混凝土,待混凝土强度达到设计强度的85%时即可放张,解除竖向施力装置的约束,预应力钢筋通过和混凝土之间的粘结实现永久锚固。需要特别指出的是梁两端净距必须满足梁体内膜拆除的需要,为节约预应力筋,可将转向墙设计成可横向移动的结构,当预应力钢筋放张后移动转向墙,给内膜拆除提供足够的空间。通过对图2适当改进,可满足大跨径梁在不同位置弯起预应力钢筋的需要,使预应力部束与弯矩包络图更加逼近。详见图3。4预应力锚具的应用通过借鉴铁路桥梁的折线先张配筋的成功设计、施工经验,折线先张配筋应用到公路桥梁中是切实可行的。它具有构造简单、节约锚具、预应力钢材、施工方