預應力空心板梁施工技術與靜載實驗研究

艾 欣

(湖南省湘筑工程有限公司)

1 工程簡介

湖南省懷通高速公路32合同段是二連浩特到廣州國家高速公路的一部分，總體走向為南北向，路線全長7.67km，沿線共有橋梁15座，其中12座大、中型橋梁為預應力空心板梁，另辟場地集中預制。試驗橋為半沖一橋，板梁長度為20m，混凝土設計標號為C40。預應力空心板梁的施工方法為后張法，預應力筋采用先穿法，預留孔道采用直徑為70mm金屬波紋管預埋成孔。預應力筋采用抗拉標準強度為1 860MPa高強低松馳鋼絞線，抗拉強度設計值為1 260MPa，公稱直徑為15.2mm，公稱面積為140mm2，松馳率為2.5％。板梁錨具采用OVM15A-7夾片錨具，采用螺旋筋及鋼筋網(wǎng)片作為局部承壓鋼筋。張拉設備選用柳州雷姆預應力機械有限公司生產的YCW150B-200型穿心式千斤頂和ZB4-500型高壓電動油泵。

2 預應力空心板梁施工工藝

2.1 預應力張拉工藝分析

預應力的施加方法按張拉鋼筋與澆筑混凝土的先后次序，可分為先張法和后張法以及結合兩種工藝的共張法。先張法是指先張拉鋼筋，后澆筑混凝土的方法。后張法是指先澆筑混凝土構件，待混凝土達到一定強度后，張拉預應力筋并錨固。共張法指的是預應力先張法與后張法共用于同一個構件上的預應力張拉工藝。后張法施工工藝需要在預制設備上一次投入資金并不太大，無論板梁數(shù)量多少，經(jīng)濟優(yōu)勢體現(xiàn)的比較明顯。而且后張法可以曲線配置預應力筋，不僅能有效抵抗跨中正彎矩和降低主拉應力，而且支端彎起預應力能提供較強的抗剪能力。因此這種施工工藝具有較廣泛的適用性，是目前生產各種預應力混凝土構件的主要方法。

2.2 后張法預應力空心板梁施工工藝

后張法預應力混凝土空心板梁預制的主要施工工序包括:模板施工、鋼筋加工、波紋管安裝、混凝土澆筑、力筋張拉、孔道壓漿、封錨等。以半沖一橋20m空心板梁為例，長寬高幾何尺寸20m×1.24m×0.90m，斜交20°。

2.2.1 模板施工

(1)底模

在壓路機碾壓好的預制場上用碎石打底，用水準儀精確找平后，然后做C25混凝土面層，并外襯角鋼。底模要求線條直順，表面光滑，易于脫模;兩端堅固，不易因為張拉梁體起拱受荷而下沉。

(2)側模和端模:采用定型鋼模板，模板厚4mm，骨架保證有足夠剛度，內模刨光，以保證澆筑混凝土的平整度。

(3)芯模:預制時采取切實可行的措施固定芯模位置，確保空心板梁內部構造尺寸的準確性。

2.2.2 鋼筋加工及波紋管安裝

鋼筋加工與安裝應嚴格按照設計和施工規(guī)范施工，并應注意預埋件位置、數(shù)量等，防止遺漏。預應力波紋管埋設以底模為基準，按預應力鋼絞線曲線坐標直接量出相應點的高度，標在箍筋上定出波紋管曲線位置，然后將波紋管準確就位并綁扎牢固。波紋管預留孔道多采用內徑為55mm或70mm波紋管，波紋管定位筋采用直徑8mm“井”型鋼筋點焊在骨架上，間距80cm。

2.2.3 預應力筋張拉

張拉工序是后張法預應力混凝土空心板梁施工的關鍵環(huán)節(jié)。當混凝土強度達到設計強度75％～90％(根據(jù)設計要求不同)后即可進行張拉工序。預應力鋼材張拉前，應先調整到初應力，再開始張拉和量測伸拉值。實際伸長值除量測的伸長值外，應加上初應力以下的推算伸長值。預應力鋼材張拉時，應以伸長值進行校核。實際伸長值與理論伸長值之差超過6％，應暫停張拉，待查明原因并采取措施加以調整后，方可繼續(xù)張拉。

3 預應力空心板梁靜載試驗

本次試驗抽選半沖一橋梁板2#-3#，試驗梁施工記錄如表1所示。

表1 試驗梁的施工記錄表

3.1 試驗主要內容

3.2 靜載試驗方法

對于單梁試驗而言，由于條件限制，只能通過裸梁在鋪裝層和護欄以及設計荷載作用下產生的跨中彎矩值反算出需產生同等效應所需的集中力值，也即設計荷載公路Ⅰ級和二期恒載疊加為試驗控制荷載。

在對梁板的結構進行了理論分析計算后，確定將梁板的L/2截面、L/4截面作為應力及撓度的實測截面，另外在兩端臨時支座處布置撓度測點。

為保證加載過程中結構的安全以及測試的需要，還有現(xiàn)場加載條件所限，整個加載過程共分五級，分別為50％、70％、80％、90％、100％，卸載分兩級，分別為-50％、-100％。試驗前先進行80％加載量的預壓，以消除結構的塑性變形。

3.3 試驗結果與分析

試驗預應力空心板梁的腹板側面和底板底面均未發(fā)現(xiàn)因加載產生的裂紋。跨中撓度試驗計算值采用兩端支點處的變形(沉陷)值進行修正，即為實測跨中撓度值與兩支座處實測撓度平均數(shù)值之差。試驗過程嚴格按照設計的加載方案進行，對試驗板梁的應力和撓度進行詳細觀察。

跨中截面梁底混凝土撓度測試曲線如圖1所示，跨中截面梁底混凝土應力及跨中撓度測試成果如表2所示。一次澆筑的混凝土承擔。

(2)混凝土澆筑工藝OVM錨固系統(tǒng)，設計張拉噸位分別為2929.5kN，3320.1kN。縱向預應力筋在箱梁根部梁段布設腹板下彎鋼

圖1 BC2-3#梁跨跨中截面腹板豎向應力分布曲線

試驗梁跨中截面梁底混凝土應力校驗系數(shù)為0.91，撓度校驗系數(shù)為0.84，滿足《試驗方法》中評定值η≤1.05的要求。卸載后殘余撓度值與實測最大撓度值的比值為0.016，滿足《試驗方法》中評定值S'pr≤0.20的要求;殘余應力值與實測最大應力值的比值為0.154，滿足《試驗方法》中評定值S'py≤0.20的要求。試驗前及試驗過程中，對試驗梁BC2-3#進行仔細觀察，未發(fā)現(xiàn)任何精度要求范圍內能觀察到的結構裂縫，符合預應力混凝土A類構件的使用要求。靜載試驗荷載:設計荷載公路Ⅰ級和二期恒載疊加為試驗控制荷載，試驗梁跨中截面試驗荷載效率達到100％。靜載試驗現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)經(jīng)過整理計算并和理論值進行對比分析，結果表明:在試驗荷載作用下，BC2-3#梁強度、剛度和抗裂性能均滿足設計要求。

表2 BC2-3#梁試驗荷載作用下跨中截面梁底混凝土應力和撓度測試成果

續(xù)表2

4 結果分析

本文對預應力空心板梁進行靜載試驗，全面采集空心板梁在分級加載至設計荷載全過程的應力、撓度、裂縫寬度等數(shù)據(jù)。通過理論計算分析得出:

(1)在試驗荷載作用下，各試驗梁的跨中實測撓度約為L/2100，遠小于規(guī)范的允許值L/600，滿足剛度要求。

(2)試驗空心板梁在試驗荷載下跨中下邊緣最大拉應力均未超出理論計算值，說明試驗梁混凝土強度滿足要求。

(3)試驗荷載作用下，各試驗梁下邊緣受拉區(qū)均未發(fā)現(xiàn)裂縫，滿足預應力A類構件使用要求。

[1] 呂志濤，孟少平.現(xiàn)代預應力設計(第一版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[2] 吳培民.混凝土結構(上冊)第一版[M].武漢:武漢工業(yè)大學出版社，2001.

[3] 王穗平.橋梁構造與施工-公路與橋梁專業(yè)(第二版)[M].北京:人民交通出版社，2007.