淺析后張箱梁管道摩阻對預應力值的影響

鄧成宏

隨著我國高速鐵路建設的快速發展,橋梁在鐵路線路中的比重越來越大,對預應力橋梁施工工藝的要求亦越嚴格,尤其是預應力鋼筋張拉力值的控制。預應力值的控制直接關系到橋梁結構的安全性、適用性、耐久性。本文從實測預應力管道摩阻系數的角度對31.5 m跨度預制箱梁跨中預應力值和跨中截面彎矩損失進行估算與分析。

1 計算過程所采用的公式

1)預應力鋼筋應力值計算公式：

其中,k為每米預應力管道對其設計位置的偏差系數;μ為預應力筋與管道壁之間的摩擦系數;Pp為各分段預應力筋的平均張拉力,注意不等于各分段起點力與終點力的平均值,N;Li為預應力筋的分段長度,mm;Ap,Ep分別為預應力筋的截面面積,mm2,預應力筋的彈性模量,MPa;P為預應力筋張拉端的張拉力,將鋼絞線分段計算后,為每段的起點張拉力,即為前段的終點張拉力,N;Pz為分段終點力,N;Pq為分段起點力,N;θ為從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和,分段后為每分段中的各曲線的夾角和,rad;x為從張拉端至計算截面的孔道長度,整個分段計算時x=Li,m。

2)預應力損失的彎矩計算公式：其中,ΔM為預應力損失的彎矩,kN?m;Δσs為預應力損失應力值,MPa;Ay為每束預應力鋼筋截面面積,m2;n為每孔道內預應力鋼筋的束數;W0為對跨中截面下緣換算截面抵抗矩,m3;A0為跨中截面換算截面面積,m2;e0為跨中截面預應力合力中心至換算截面重心距離,m。

根據預制箱梁跨中橫截面可知其截面的部分特性參數為：

2 由管道摩阻系數k和μ的實測值計算結果

2.1 跨中截面各束預應力鋼筋應力值的損失

所選用梁型為通橋(2008)2322A-Ⅱ中二期恒載為120 kN/m～140 kN/m的32.6 m預制簡支箱梁,其截面如圖1所示;該箱梁的橫截面共布有27孔道預應力鋼筋：其中N1a是12束鋼絞線,僅有一孔道,其余均為9束鋼絞線,各為兩孔道。每一孔道鋼絞線跨中處的應力值按預應力鋼筋應力值計算的公式進行計算,正號代表相比設計應力值大,負號代表相比設計應力值小,四組實測的摩阻值所對應的跨中應力情況如表1所示。

表1 不同摩阻實測值對應跨中截面各束預應力鋼筋應力損失值MPa

2.2 跨中截面彎矩損失值的估算結果

計算出各實測的摩阻值所對應的跨中應力損失值后,再按照預應力損失的補償彎矩計算公式對跨中截面彎矩損失值進行估算,四組實測的摩阻值所對應的跨中截面彎矩損失估算值見表2。

表2 不同摩阻實測值對應跨中截面彎矩損失的估算值 kN?m

2.3 腹板相鄰預應力鋼筋應力值差值比較

位于跨中截面同一水平面的預應力鋼筋因有平彎角度的不同,其跨中截面處應力值亦不相等;沿腹板投影在同一個投影的相鄰預應力鋼筋因有豎彎角度的不同,同樣其跨中截面處應力值亦不相等;四組實測的摩阻值所對應的跨中相鄰的兩孔道預應力鋼筋應力差值見表3。

表3 不同摩阻實測值對應跨中預應力鋼筋應力差值 MPa

3 結論與建議

1)實測摩阻系數值相對設計值的偏差會不同程度影響到該預制箱梁跨中彎矩的設計值,亦影響到：梁頂橋面的平順性;梁體底面設計的預拱度值包括梁體的彈性上拱和終張拉30 d后上拱度。跨中的彎矩值過大會造成梁體橋面有開裂的危險,過小即預施彎矩值不足可能導致橋梁運營階段在梁體底面混凝土受拉形成裂縫。2)偏差系數 k和摩擦系數μ對預應力值的影響具有很大相互關聯性,所以應力計算公式在應用上有一定的局限性;在偏差系數k變異較小的情況下,應力計算公式才能較好地反映梁體施工中的真實狀況。若要求更好的實現設計規定,過程控制中就不可以偏倚某一個摩阻系數,需相互兼顧,在必須保證管道定位準確的同時亦要控制摩擦系數的偏差。3)位于同一水平面的預應力鋼筋的應力變化幅度較沿腹板方向相鄰的兩孔道預應力鋼筋的應力差變化幅大很多;若摩阻系數偏大會使同一截面處的混凝土應力值不均勻,局部應力比較大;由此可以知道對該32 m預制簡支箱梁施工中,準確控制橡膠抽拔棒的平彎角度尤為重要。

根據以上結論,建議在施工過程中應嚴格控制管道定位工藝并保持穩定,以減小成孔管道摩阻系數的變異,保證預應力混凝土簡支箱梁預施應力的準確。主要控制措施如下：1)胎卡具的制作定位要準確,采取定位網整體加工工藝;2)橡膠抽拔棒的拔出時間控制在混凝土初凝之前,終凝之后;3)混凝土的澆筑過程中,振搗棒不要碰觸成孔抽拔棒;4)保證預應力鋼筋表面無油污、浮銹,編束順直穿孔;5)嚴格執行張拉工藝,施加預應力以應力值控制為主,伸長量作為校核。

[1] TB/T 2092-2003,預應力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法及評定標準[S].

[2] 蔚建華.預應力混凝土橋梁施工技術[M].北京：人民交通出版社,2005.

[3] 劉山洪.簡明預應力混凝土橋梁施工手冊[M].北京：人民交通出版社,2006.