系杆拱桥系杆预应力施工控制要点

1、系杆拱桥系杆预应力施工控制要点,主要内容,一、系杆拱桥简介 二、系杆拱桥系杆预应力施工控制 三、工程实际案例,定义：在拱脚之间设有拉杆平衡拱脚水平力的无推力或少推力拱桥。 特点： 1、集拱、梁优点于一身 2、建筑高度小 3、主桥长度短 4、跨越范围广 5、造价低 分类： 按行车道板位置分为：上承式、中承式、半中承式和下承式。,系杆拱桥简介,上承式系杆拱桥,中承式系杆拱桥,半中承式系杆拱桥,下承式系杆拱桥,系杆拱桥型方案比较,其他分类： 根据拱肋和系杆相对刚度不同： 1、柔性系杆刚性拱（拱、梁刚度比为80800） 2、刚性系杆刚性拱（拱、梁刚度比为1/8080） 3、刚性系杆柔性拱（拱、梁刚度比

2、小于1/80）,系杆拱桥简介,系杆拱桥病害：,1、下承式系杆拱桥吊杆与系梁连接隐患：防水措施最薄弱、最易腐蚀的部位；锚具选择不当，易导致吊索滑移、脱落。 2、系杆预应力张拉控制不到位，将导致实际张拉力大小与理论值相差悬殊，产生安全隐患。 3、锚头封锚控制不当，防护措施不足，容易漏水，锈蚀钢丝，削弱结构体系受力。,系杆拱桥简介,武夷山大桥垮塌原因查明(重量80余吨),7月14日,武夷山大桥垮塌原因查明(重量80余吨),7月14日,吊杆锚具脱落，桥梁 垮塌,吊杆脱锚,锚头漏水,吊杆锚头渗漏水、锈 蚀，防尘罩坠落,以上系杆拱桥坍塌例子表明施工控制不当，锚具选型不合适与防护不足，将导致系杆拱吊杆与系杆

3、预应力筋锈蚀、滑丝，使预应力筋预应力不足以发挥作用，从而产生安全隐患，最终导致倒塌。 所以，系杆拱桥预应力施工的控制对于系杆拱桥来说非常重要。,系杆拱桥简介,系杆拱桥施工方法介绍,1、满堂支架或少支架，先梁后拱 （1）、直观施工、方法简单； （2）、吊装拱肋难度大； （3）、吊杆索力控制技术要求高 （4）、经验分段现浇纵梁及后浇接头 （5）、对比实桥检测，恒载对拱梁分布不易掌握,系杆拱桥简介,2、无支架施工，先拱后梁，利用拱为支架，吊装或现浇纵横梁、桥面板 施工顺序： 节点拱肋系梁横梁桥面板,系杆拱桥简介,3、转体施工，三跨连续，中跨中央割开，形成二个单体转动。 两种旋转方式： (1)、中心转

4、体施工 (2)、偏心转体施工,系杆拱桥简介,主要内容,一、系杆拱桥简介 二、系杆拱桥系杆预应力施工控制 三、工程实际案例,系杆预应力施工控制的必要性,是施工控制的重要组成部分 保证施工宏观质量 确保建设的安全 使桥梁的线形以及受力合理 是使用中安全性及耐久性综合检测的基础的重要组成,系杆预应力施工控制的要求,首先是确保施工中结构的安全 其次是保证结构的内力合理和外形美观。 通常采用稳定性、 变形、 内力控制综合考虑的控制原则。在施工中一般采取如下的控制策略: 在稳定性满足要求的前提下, 对变形和应力进行双指标控制, 其中以变形控制为主, 严格控制各截面的挠度和拱轴线的偏移, 同时兼顾应力发展情

5、况。,孔道压浆的 施工控制,锚头封端的 施工控制,材料施工控制,材料进场前控制 预应力材料进场前，必须进行现场考察，对厂家的规模、国家认证情况、信誉度进行考察。 材料进场检验 预应力材料包括预应力筋(简称力筋)、锚具、夹具、连接器、金属螺旋管。这些材料进场后都要进行检验。检验项目有：合格证、质量证明书；表面质量；尺寸、外形；预应力筋、锚夹具应委托有资质的检测单位进行力学性能试验和硬度试验。 检验频率按公路桥涵施工技术规范（JTJ0412000）执行。,材料施工控制,预应力材料的临时防护 预应力材料进场后到张拉后压浆前必须做好预应力材料的临时防护工作，并定期对材料的临时防护进行检查，避免预应力材

6、料生锈或损伤。,设备施工控制,张拉机具设备数量应能满足施工进度计划和对称张拉的需要。 公路桥涵施工技术规范 第 1174条“曲线预应力钢材或长度25m的直线预应力钢材 应在两端同时张拉” 。 张拉设备使用，进行千斤顶与压力表的配套检验，确定张拉力与压力表读数之间的关系曲线。 千斤顶与压力表进行定期校验。 保证张拉设备能运行正常，发现异常如出现漏油严重、张拉数据异常等现象要进行校验。,预应力筋的制作、预应力体系的安装的施工控制,预应力筋的制作 下料长度不能仅依设计图纸给定的长度为标准；应该按实际布置长度，并预留张拉工作长度3050cm。下料时应采用无齿锯进行切割，杜绝电弧焊切割。 预应力筋编束应

7、检查预应力筋强度是否相同、有无缠绕现象、表面是否有损伤 预应力管道 预应力管道进场时按出厂合格证和质量保证书，核对其类别，型号、规格和数量。同时还应对其外观尺寸，集中荷载下的径向刚度、荷载作用后的抗渗漏及抗弯曲参漏等进行查验，承包人在工地自行加工制作的管道亦进行上述检验，合格后方可进行安装。,预应力筋的制作、预应力体系的安装的施工控制,管道安装 管道安装固定后要检查管道坐标，确保管道座标应符合设计及规范要求，预应力筋才能发挥应有效果； 管道固定要牢固，避免浇注混凝土时移位； 检查接头连接情况，防止街头渗漏水； 做好压浆孔、排水孔、排气孔的保护； 有焊接作业时，对管道采取有效保护措施，避免管道损

8、伤。,锚垫板安装 检查锚垫板型号使用是否正确，锚垫板坐标及角度是否符合设计要求，锚垫板与孔道是否垂直，锚垫板与管道的连接部是否封闭严密； 检查锚后加强钢筋布置是否准确和合理； 锚垫板要固定牢固，防止浇筑混凝土时移位。,预应力筋的制作、预应力体系的安装的施工控制,预应力筋张拉的施工控制,锚具的选择 锚具选型是预应力工程设计的重要内容，是预应力施工成败的关键。系梁、横梁、吊杆的预应力筋锚具使用符合设计要求。 在下承式预应力钢筋混凝土系杆拱结构施工中，系杆作为大跨度、大吨位预应力构件采用XM系列锚具，基本上是可行的。从理论上讲如选用VM系列锚具较XM锚具预应力损失可能会更小。,预应力筋张拉的施工控制

9、,锚具的选择 吊杆作为小吨位预应力筋吊索，选用DM系列墩头锚较XM系列锚具简单、可靠，能符合“安全、适用、经济”的原则。 公路桥涵施工技术规范 第 7.2.3条“钢丝束两端采用镦头锚具时 ， 同一束中各根钢丝下料长度的相对差值 ， 当钢丝束长度小于或等于 20m 时，不宜大于 1/3000 ；当钢丝束长度大于 20m 时，不宜大于1/5000 ， 且不大于 5mm 。 长度不大于 6m 的先张构件 ， 当钢丝成组张拉时 ， 同组钢丝下料长度的相对差值不得大于 2mm 。” 但吊杆，尤其是柔性系杆拱桥中的吊杆，不宜使用夹片锚。,预应力筋张拉的施工控制,构件的混凝土强度 张拉时构件的混凝土强度应符

10、合设计要求或施工规范规定。通常以达到设计强度的100%为宜，如设计没要求时，构件混凝土强度不低于设计强度的75%。 安全作业 检查安全作业采取的措施是否到位。 张拉操作人员安全交底工作必须进行。 人员的防护必须齐备。 张拉端的防护网安设到位。,系杆支架 支架施工，主要进行方案设计，采用钢管桩或砼打入桩作为临时基础，系杆受力落架后，临时基础要进行拆除。支架及基础要进行详细的受力计算，满足系杆施工的荷载要求及挠度要求。 支架要安设计的荷载进行超载或等载分级预压。并取得弹塑性变形的参数，便于系杆施工标高控制及变形调整。 支架一般采用贝蕾架或军用梁支撑，有通航要求的河道，要结合航道部门的要求留有足够的

11、宽度和净空。,预应力筋张拉的施工控制,预应力筋张拉的施工控制,模板与支架的检查 由于施加预应力，混凝土产生弹性变形，同时引起轴向缩短和上、下方向的挠曲。张拉前必须拆除侧模，解除轴向弹性收缩的约束。由于中横梁张拉后向上拱起，梁端承受集中荷载，还需检查梁端部架体稳固情况，使之满足承载力要求。 横梁只有在施加了足以能承受自重的预应力之后，才能解除支架与底模的约束。系梁必须在吊杆安装受力后才可拆除底模。 张拉前详细检查系梁支座横、顺向的移动范围，应使支座的活动不受约束。,预应力筋张拉的施工控制,张拉顺序 张拉时必须按照设计提供的张拉顺序进行张拉，系杆预应力必须进行分批张拉，以抵消施工阶段桩顶的水平推力

12、，改善结构受力，保证施工期间和成桥运营的安全。,预应力筋张拉的施工控制,张拉程序,预应力筋张拉的施工控制,张拉力控制 锚下张拉控制力按设计规定计算。 预应力筋张拉控制力： (1)、计入锚圈口摩阻损失； (2)、管道摩阻系数修正，以调整锚下张拉力，实际摩阻系数可以采用粘贴应变片方法或弦振频率法测定，后者精度更易保证； (3)、任何情况下不得超过设计规定的最大张拉控制力和规范规定值。,预应力筋张拉力的校核 预应力筋采用双控张拉，即以应力控制为主，并以伸长值进行校核。实际伸长值与理论伸长值的差值控制在6%以内，则应暂停张拉，待查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉； 理论伸长值的确定可采用设计值

13、或自行计算；,预应力筋张拉的施工控制,预应力筋张拉的施工控制,预应力筋张拉力的校核 实际伸长值的量测： 实际伸长值L在建立初应力后开始量测，量得的伸长值L1还应加上初应力以下的的推算伸长值L2，即L=L1+L2。初应力的确定根据力筋长度、弯曲程度可取张拉控制应力的10%15%。推算伸长值L2的确定，由于力筋的松紧、弯曲程度不一致，在初应力以下拉伸过程中，既有弹性伸长，也有非弹性伸长，不宜采用量测方法。推算时以实际伸长值与实测应力之间的关系为依据或近似的采用张拉过程中相邻级的伸长值。,预应力筋张拉的施工控制,预应力筋张拉力的校核 超误差的原因判断和采取的措施: 伸长值过大或过小对预应力混凝土结构

14、都是不利的，产生超误差的原因可能有： 作业人员的量测、读数误差、尺误差； 千斤项、油表故障； 千斤顶、油表未校验或校验过期、使用次数超过规定； 垫板与孔道不垂直或管道局部有灰浆； 孔道的摩擦损失计算与实际不符； 力筋材料质量不稳定； 力筋弹性模量与计算时的取值不一致； 作方法不当，两端伸长值相差过大。可以采取的措施:,预应力筋张拉力的校核 超误差的解决措施: 对作业人员进行培训； 对张拉设备进行检查和校验； 消除局部故障； 调整操作方法，使两端伸长值大致相同； 对力筋材料重新取样试验，特别是力筋材料质量不稳定时，应在盘中、两端分别取样试验； 进行摩阻损失测定，调整张拉控制力； 力筋弹性模量的测

15、定。弹性模量测定后对理论伸长值进行修正。,预应力筋张拉的施工控制,预应力筋张拉的施工控制,滑丝、断丝的预防和处理 断丝、滑移限制 断丝、滑移量控制应符合施工规范要求。出现断丝、滑移的主要原因 有：锚具、夹具、钢丝沾有油污；夹具与力筋的硬度不匹配；锚具与孔道不垂直；力筋材质出现问题；锚夹具不配套；锚垫板内填充了混凝土造成力筋角度改变。,滑丝、断丝的预防 千斤顶和油表需正确检校，保持良好的工作状态，保证误差不超过规定；千斤顶的卡盘、楔块尺寸正确，没有磨损沟槽和污物。 锚具尺寸正确，确保加工精度，锚杯、锚塞逐个进行尺寸检查，同符号误差的配套使用。即锚杯的大小两孔和锚塞的粗细两端都只能同出现正或负误差

16、，以保证锥度正确。 锚塞应保证规定的硬度值，锚杯不得有内部缺陷，为防止锚塞端部损伤钢丝，锚塞头上的导角加工成圆弧。 预应力筋使用前按规定检查，清除表面油污锈蚀。 锚具安装位置要准确，锚垫板承压面必须与孔道中心线垂直，锚具中心线必须与孔道中心线重合。 严格执行张拉工艺，防止滑丝和断丝，垫板承压面与孔道中心线不垂直时，须垫薄钢板调正。,预应力筋张拉的施工控制,预应力筋张拉的施工控制,滑丝、断丝的处理 断丝的数量超过规范要求时，应采取更换措施，不能更换时，在许可的条件下征得设计同意，可采取补救措施；单根滑丝时可用千斤顶加设卸荷座。将滑丝夹片取出，换上新夹片，重新张拉至设计应力。 力筋回缩产生预应力损

17、失的补偿 力筋回缩应控制在施工规范容许值内。当回缩值较大，长度又较小时会影响到预应力效果，应予补偿。,预应力筋张拉的施工控制,锚固区发生裂纹、锚垫板回缩及锚垫板损坏的处理：,预应力筋张拉的施工控制,锚固区发生裂纹、锚垫板回缩及锚垫板损坏的处理： 发生锚固区局部裂纹、锚垫板回缩及锚垫板损坏后，必须停止一切张拉和混凝土作业，查明原因并提出处理措施后方可复工。 发生裂纹的主要原因：混凝土强度不足、加强钢筋设置不当。 发生锚垫板回缩及锚垫板损坏的主要原因：锚后混凝土不密实。 处理的方法是：先将预应力筋放张，更换新的锚垫板，采用高标号混凝土或环氧树脂混凝土进行恢复，等强度达到设计要求后，可继续施工。,压

18、浆作业要严格按施工规范进行操作，主要注意以下几点： 准备工作检查 锚下张拉控制力按设计规定计算； 材料数量充足并通过正式验收； 灰浆配合比和组成材料投放顺序； 孔道清洗情况； 灌浆孔、排气孔、排水孔、出浆孔的检查。,孔道压浆的施工控制,灌浆作业中的检查 观察压浆压力、检查任何渗漏； 稳压压力、稳压时间检查； 取样检查灰浆28t标养抗压强度； 排气孔、排水孔是否依次关闭。 灌浆完成后的检验 拆压浆嘴的时间根据气温确定，不能压浆完毕就拆压浆嘴，否则灰浆在有压情况下会流淌出来，造成管道压浆不饱满； 逐孔检查孔道灰浆是否灌满； 灌浆作业试验段如出现灰浆不饱满，应停止作业查找原因。,孔道压浆的施工控制,

19、冬季施工 管道压浆进行冬季施工，必须严格按照规范规定进行操作，并应制定专项施工方案。预应力孔道多为金属螺旋管制孔，灰浆里的水分与大气完全隔绝，不能很快失掉，所以必须采取有效的保温措施，避免管道内浆液受冻，还要有足够的时间使管道内的游离水完全吸收，否则管道一旦受冻，梁体就会产生沿波纹管位置的裂缝，影响构件质量。,孔道压浆的施工控制,孔道压浆后立即将梁端水泥浆冲洗干净，同时清除支承垫板、锚具及端面混凝土的污垢，并将端面混凝土凿毛，设置钢筋网浇筑封端混凝土。 设置端部钢筋网。为固定钢筋网的位置，可将部分箍筋点焊在支承垫板上。 妥善固定封端模板，立模后校核梁体全长，其长度应符合允许偏差的规定。 封端混

20、凝土的强度，不得低于梁体混凝土强度标准值的80%。 浇筑封端混凝土时，应仔细操作，认真振捣，务使锚具处的混凝土密实。 封端混凝土浇筑后，静置1 h2 h，带模浇水养护。脱模后在常温下养护时间不小于7个昼夜。,锚头封端的施工控制,主要内容,一、系杆拱桥简介 二、系杆拱桥系杆预应力施工控制 三、工程实际案例,工程实际案例,工程概况 柳州龙屯立交主桥为钢管混凝土简支系杆拱桥, 总跨度 92.5 m, 计算跨径 89.0 m, 净跨径 86.2 m,矢高 19.79 m, 矢跨比 1/4.5; 拱轴线采用等截面悬链线, 拱轴系数 m=1.20; 拱肋共 2 片, 其截面为哑铃形,由上下钢管与连接两钢管

21、的钢腹板构成, 截面总高度3.0 m, 钢管直径 900 mm, 厚 20 mm; 每边拱肋设 17 根吊杆, 吊杆间距为 5.0 m, 每片拱肋的系杆设 11 束钢绞线成品拉索体系。,钢管混凝土简支系杆拱桥系杆张拉力控制,钢管混凝土简支系杆拱桥系杆张拉力控制,施工程序 该桥采用缆索吊装支架施工法, 即: 先用缆索吊装系统分段吊装空钢管拱肋至膺架上对称安装, 吊装完毕合龙形成钢管劲性骨架后, 张拉 1 对钢绞线拉索(系杆)到达设计吨位; 然后拆除支座处的临时固结支撑, 灌注管内混凝土, 待钢管内混凝土达到一定强度后, 即可安装吊杆及横梁, 在横梁上安装桥面板; 最后进行桥面铺装。,钢管混凝土简

22、支系杆拱桥系杆张拉力控制,施工程序 由于在灌注管内混凝土前钢管拱就形成了简支结构体系, 因此, 为防止支座水平位移在施工进行中超出支座约束限制的范围而造成支座失效, 在钢管灌注混凝土、 吊装横梁、 安装桥面板及桥面铺装等过程中需要不断张拉柔性系杆, 并保证在施工过程中系杆的拉力与拱脚的水平分力相平衡。,钢管混凝土简支系杆拱桥系杆张拉力控制,系杆张拉力与管道摩阻系数的测试分析 就钢管混凝土简支系杆拱桥而言, 孔道摩阻系数的测量分析, 对于施工过程的有效控制、 系杆锚下最终张拉力大小的调整与锁定等, 均具有极其重要的意义。 孔道摩阻系数的测量可以采用文献1的方法进行, 用直接测量系杆直线段拉力的方

23、法进行换算。,钢管混凝土简支系杆拱桥系杆张拉力控制,系杆张拉力与管道摩阻系数的测试分析 该桥系杆采用的型号为 OVM15- 19, 外包双层HDPE 防护, 其主要物理力学参数见表 1。 表 1 OVM15- 19 型系杆主要物理力学参数,钢管混凝土简支系杆拱桥系杆张拉力控制,系杆张拉力与管道摩阻系数的测试分析 系杆与墩支座通过铁皮管相互作用, 如图 1 所示, 系杆与铁皮管之间的摩阻系数在设计时取值为 =0.35, 偏差系数取值 k=0.003。 图 1 系杆张拉示意图,钢管混凝土简支系杆拱桥系杆张拉力控制,系杆张拉力与管道摩阻系数的测试分析 拆除支座处的临时钢管支撑前, 张拉了 1 对系杆

24、。根据理论计算, 空钢管拱肋形成后平衡所需要的系杆直线段拉力 P1=870 kN, 按照设计时的摩阻系数和偏差系数计算, 系杆锚下张拉力应为 P=1 111 kN。 为确定系杆锚下张拉力为 P 时系杆直线段拉力是否为 P1, 需要实际测量系杆直线段拉力。,钢管混凝土简支系杆拱桥系杆张拉力控制,系杆张拉力与管道摩阻系数的测试分析 系杆拉力测量采用了以下两种方法,钢管混凝土简支系杆拱桥系杆张拉力控制,粘贴应变片法 由于系杆长度达 81 m, 因此可初步假设系杆钢绞线与外层 PE 之间在系杆的中段部位无相对滑动,这时, 可直接将电阻应变片粘贴在系杆外包 PE 的表面(如图 1 的应变片 A和 B)

25、, 并认为外包 PE 的应变即为系杆钢绞线的应变。,钢管混凝土简支系杆拱桥系杆张拉力控制,粘贴应变片法 表 2 给出了右幅系杆 P1- 1 在 90 %张拉力作用下, 测量得到的直线段应变及张拉力与理论计算结果的比较(以张拉 10%的应变作为初始状态)。 从表 2 可见, 采用粘贴应变片的方法所测得的系杆拉力值比理论计算值要小 10 %左右。 表 2 右幅系杆直线段拉力测试结果与理论计算结果比较,钢管混凝土简支系杆拱桥系杆张拉力控制,粘贴应变片法 然而, 实际张拉中发现, 在锚下张拉力为 P 时, 系杆的张拉伸长量比计算伸长量要多 25 mm 左右, 表明管道实际摩阻系数并没有设计的大, 或者

26、说系杆直线段实际拉力值要比理论计算值 P1 大。 为了得到系杆直线段拉力的准确值, 决定采用目前工程界普遍运用的弦振频率法进行系杆张拉力的再次测量。,钢管混凝土简支系杆拱桥系杆张拉力控制,弦振频率法 根据振动理论可知, 当拉索的弯曲刚度可以忽略不计时, 索的拉力与其第 r 阶固有频率的关系为: （1） 式中: T为拉力; l 为索长; 为索的质量密度。,钢管混凝土简支系杆拱桥系杆张拉力控制,弦振频率法 由式( 1)可知, 只要测量得到索的任一阶固有频率, 就可求出索的拉力。 图 2 给出了该系杆张拉力测量的拉索频谱图, 表3是张拉力的测试结果。 表 3 系杆直线段张拉力的弦振频率法测试结果,图

27、 2 系杆张拉力为 1111kN时拉索频谱图,由图 2 可见, 频谱图中等间距的峰值清晰可辨,第一阶固有频率为 1.20 Hz, 前四阶频率中任意相邻两阶固有频率之差均为 1.20 Hz, 与式( 2)的结论一致。,钢管混凝土简支系杆拱桥系杆张拉力控制,弦振频率法 为了进一步证实系杆直线段实际张拉力大于空钢管拱肋形成后平衡所需要的拉力 870 kN, 在切割临时钢管支撑前, 在其表面粘贴了 2 个应变传感器(如图 1 的应变片 1 和 2) , 切割左边的临时钢管支撑过程中不间断进行应变测量。,钢管混凝土简支系杆拱桥系杆张拉力控制,弦振频率法 测试结果表明, 应变片 1 为拉应变, 应变片 2 为压应变, 说明该对系杆直线段实际张拉力大于空钢管拱肋形成后平衡所需要的拉力。 考虑到永久支座处的摩擦力影响, 计算并预测拆除临时钢管支撑后, 拱脚发生向