二次張拉鋼絞線技術應用于箱梁腹板豎向預應力的研究

劉歡 何勇威

摘要：文章首先對預應力混凝土箱梁的特點進行了簡單的介紹，其次分析了腹板模型試驗斜裂縫的情況，并探討了二次錨具的張拉工藝，最后展開了對二次張拉鋼絞線技術在箱梁腹板豎向預應力的應用研究，希望有所裨益。

關鍵詞：二次張拉鋼絞線；箱梁腹板；預應力；影響

引言

隨著我國交通建設事業的迅猛發展，大跨度連續梁和連續剛構橋大量修建，收到了良好的經濟效益，但是在取得成就的同時，問題也在所難免，尤其是箱梁腹板斜裂縫問題，幾乎成了大跨箱梁橋的通病，嚴重影響結構的使用性能和可靠性。而低回縮二次張拉預應力鋼絞線錨具以其預應力損失小的特點，應用于箱梁腹板能有效提高永存豎向預壓應力值，在對箱梁腹板斜裂縫的防治上有獨特的優勢。

1預應力混凝土箱梁的特點

從當前情況來看，我國已經修建了非常多的公路、鐵路以及城市橋梁，其跨度大都高于40m，大部分采用的是預應力混凝土箱梁型截面梁的方式。在大跨度預應力混凝土梁橋中采用箱型截面，與箱型截面的良好結構性能具有直接的關系。通常來說，預應力混凝土箱梁的特點如下：第一，構造布置較為靈活，在支架現澆施工、逐孔施工、懸臂施工等施工方式中較為適用；第二，截面抗扭剛度較大，在結構施工及使用過程中有良好的穩定性；第三，頂板和底板都具有較大的混凝土面積，能有效抵抗正負彎矩，并容易滿足配筋的要求；第四，截面效率高，適合預應力混凝土結構空間布束，經濟效果增加顯著；第五，對于曲線梁有更好的適應性；第六，能很好滿足管線等公共設施的布設要求。

2腹板模型試驗斜裂縫情況

2.1腹板模型試驗斜裂縫的形成

在荷載加載前期，構件因為縱向預應力具有非常大的儲備，處在彈性受力階段，構件還沒有出現裂縫，構件變形以及鋼筋應變等都呈現線性增加。伴隨荷載等級的增大，在彎矩最大的支座頂端翼板處呈現了第一條裂縫，受彎裂縫出現后沿著翼緣下部延伸了大約4cm的距離，寬度在0.02mm與0.03mm之間，這時候已達到了腹板實際開裂荷載的90%。然而，此裂縫在加荷載到開裂荷載的1.75倍時就停止了發展，彎曲裂縫依然沒有延伸到腹板內部。試驗采用了三個不同剪跨比進行加載，在不同剪跨比情況下，腹板所出現的斜裂縫主要有如下幾點特點：第一，通過觀察裂縫的開展情況，發現其是一個較為突然的過程，當荷載加到大約為計算開裂荷載的1.4倍時，腹板就會出現主斜裂縫；第二，剪跨比越大，裂縫就會越集中。當m=1.81時會出現一條主斜裂縫；當m=0.75時，腹板會出現若干條斜裂縫，這完全符合經典抗剪理論，在較小的剪跨比下，容易發生斜壓破壞；第三，斜裂縫出現后，裂縫寬度超過0.02mm，肉眼清晰可見，3條主要斜裂縫剛出現寬度并不大，分別為0.03、0.04、O.O5m；第四，加載到開裂荷載后，裂縫沒有出現，但在持荷過程中能清晰地聽到清脆的混凝土崩裂聲，而后裂縫出現；第五，裂縫出現后，隨荷載的增加，裂縫寬度增加很快，而且對于剪跨比較大的兩次試驗，在有限的荷載噸位內沒有出現第二條貫通的斜裂縫，主斜裂縫寬度最后達到0.45mm；第六，最初出現的主要裂縫與水平向的夾角都在40°-45°之間，剪跨比較大的加載中沒有出現“從加載點到支點”連線的主裂縫，說明在雙向預應力作用下，預應力的存在對梁體斜裂縫的開展有影響，和無預應力梁有區別；第七，對于同一條裂縫，最大寬度處位于雙肢箍間的位置，而不是位于箍筋處，證明箍筋對裂縫的發展有約束作用；第八，卸載之后，所有的斜裂縫均閉合，證明梁整體仍處于彈性階段，沒有發生塑性變形。

2.2豎向預應力鋼絞線應力變化

混凝土開裂后，混凝土和鋼筋之間存在粘結滑移，導致混凝土表面的應變和裂縫寬度要大于混凝土內部。同時，由于混凝土的離散性，即使同一截面的同一高度處的鋼筋的應變也并不一定是一致的。此外，由于波紋管的存在，波紋管內外的的裂縫也不可能貫通。為簡化計算，可以由所測得的普通箍筋的應變變化值來推算豎向預應力筋在開裂后的應力變化值：第一，假定在同一截面的同一高度處的豎向預應力筋和箍筋具有相同的應變；第二，忽略波紋管的影響；第三，取各箍筋在裂縫出現后的最大應變增量作為相同位置處的豎向預應力筋的應變增量。

3二次錨具的張拉工藝

在實際施工的過程中二次錨具最大的特點就是與一次張拉錨具相比多進行一次張拉，并且進行二次張拉時應當使用和二次張拉錨具相匹配的連接器來進行。具體的張拉程序如下：第一，第一次張拉鋼絞線和傳統夾片式錨具張拉程序類似；第二，完成一次張拉后，在2-16小時后，開展二次張拉，第二次張拉采用拉桿把同一力筋和錨杯連接在一起，之后再開展張拉操作，直到達到設計荷載，然后進行超張拉、持荷2min、旋扭支承螺母消除錨杯與墊板之間的間隙、放張錨固。應用連接器開展對預應力鋼絞線的二次張拉操作，應當采用如下兩種方式來進行張拉：第一，通過對連接器施加拉力，靠連接器將錨杯施加拉力進行張拉，張拉到位后再旋緊螺母；另一種是通過千斤頂對鋼絞線施加拉力，由鋼絞線帶動錨杯的方式進行張拉，張拉到位后再旋緊螺母。兩種方式的區別在于二次張拉的直接受力體分別為錨杯和鋼絞線，文章將通過現場實測對兩種不同的二次張拉工藝進行對比研究，分析各自的優缺點。由于進行第二次張拉，消除了第一次張拉放張夾片回縮造成的預應力損失，新型錨具大幅提高了預應力筋效率，同時也消除了精軋鋼筋YGM錨固體系存在的預應力損失大和永存預應力極難保證穩定、易發生隨機變化的問題。

4二次張拉鋼絞線技術在箱梁腹板豎向預應力的應用

4.1二次錨具作為腹板豎向預應力體系對結構抗剪性能的影響

采用二次錨具作為箱梁腹板豎向預應力體系，對結構的抗剪性能主要體現如下兩個方面：第一，預應力損失不大，結構永存預壓應力比較高。從預應力損失試驗測試中得知，二次錨具可以使張拉階段的預應力損失降低，以便為箱梁結構提供穩定的豎向預壓應力儲備，以促進箱梁腹板抗裂性能的有效提升；第二，采用高強鋼絞線作為豎向預應力筋，增強了結構的可靠性。如前所述，高強鋼絞線具有較高的應力儲備，使得其在腹板開裂后仍能保持在彈性范圍內工作，分擔了部分剪力，使箍筋和豎向預應力筋構成的拉桿體系應力水平降低，從而限制裂縫的繼續開展，又增強了結構的剛度，增大了結構了彈性工作范圍，很好地改善了結構的使用性能。

4.2二次張拉對開裂荷載的影響

在豎向與縱向預應力的雙重作用下，剪跨比較小的梁在加載的過程中會出現比較典型的腹剪斜裂縫，它的開裂荷載不會被剪跨比所影響。在剪跨比不對開裂裂縫形式產生影響的情況下，開裂荷載和梁截面特點及預應力儲備具有直接的關系。依據試驗梁在張拉時候的測量結果，可推算出只進行一次張拉（傳統錨具）和采用二次張拉后腹板中的永存預壓應力及開裂荷載：與一次張拉預應力損失20%.30%.40%，50%時相比，采用二次張拉預應力錨具后，梁體的開裂荷載分別提高了5.9%，8.3%，14.3%，19.9%，效果明顯，證明二次張拉錨具具有很高的工程實用價值。

結束語

總而言之，二次張拉豎向預應力鋼絞線錨具是一種新型的低回縮錨具，應用于箱梁豎向預應力能夠有效減小短束的回縮預應力損失，從而提高箱梁腹板的抗裂性能，有效解決箱梁腹板斜裂縫問題。

參考文獻：

[1]肜輝.二次張拉低回縮預應力錨具及錨下應力分析[D].湖南大學，2010.