某高速公路互通立交桥梁板预应力张拉施工控制(论文)正式版.doc
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某互通立交桥预应力混凝土空心梁板施工技术浅谈
许磊
【安徽省华通路桥工程有限责任公司，安徽 铜陵 244000】
摘 要：
预应力混凝土空心梁板是一种简支结构，具有吊装重量轻、施工简单、投入设备少等特点。
本文结合高速公路互通分离立交主线上跨桥的施工实践，简要介绍了空心梁板的预制、预应力张拉方法的选择及控制等施工技术和施工要点。
关键词：
预应力 混凝土 空心梁板 施工技术
1 工程概况
庐铜高速公路11标铜陵互通分离立交主线上跨桥为4跨20米预应力梁板桥,中心桩号为K76+457.97。
该桥下部结构桥台为U型台,扩大基础,混凝土标号为C20片石砼，台帽采用C25混凝土,台帽底以上侧墙部分采用C20现浇混凝土；中墩结构为12个直径1.2m的钻孔灌注群桩+C25片石砼承台+6个直径1.5m的C25砼墩柱。
上部结构为简支梁板，共184片PC空心梁板组成，混凝土标号为C40，预应力钢筋采用直径15.24mm，截面积140mm2，标准强度Rby＝1860MPa的钢绞线，所有梁板全部采用预制安装法施工。
全桥砼浇筑全部采用集中拌和，泵送入模。
由于工期紧，场地小，梁板采用间隔叠浇预制法，后张预应力施工。
保证预应力的正确施加是质量控制的关键。
2梁板张拉施工前准备
2.1控制张拉力计算
本工程梁板预应孔道为曲线配筋，预应力筋采用高强低松驰钢绞线每片梁4束预应力筋，每束6根钢绞绞线，连续曲线布置，金属波纹管预埋成形。
钢绞线设计强度标准值fpu=1860N/mm2，直径d=15.24mm，面积As=140mm2。
采用波纹管、YM15-6预应力筋采用高强低松驰钢绞线，连续曲线布置，设计强度标准值fpu=1860N/mm2，d=15.24mm，As=140mm2，施工机具主要有YCW150及YBDC240千斤顶及高压油泵、灌浆机。
为保证预应力张拉施工质量，合理确定施工张拉应力和张拉顺序，可以有效的避免滑丝、断丝等质量事故。
通过计算确定的各束进行施工张拉时的控制应力为1-1#和1-2#施P施＝1202.53KN；2-1#和2-2#P施＝1202.53KN（计算过程见下表）
张拉部位
钢束号
P设（KN）
σ设（MPa）
A（mm2）
P施（KN）
σ施（MPa）
梁板
1＃
1173.2
1396.67
6*140＝840
1202.53
1431.58
2＃
1173.2
1396.67
6*140＝840
1202.53
1431.58
2-1＃
1-1＃
1-2＃
2-2＃
预应力筋布置图
说明：
（1）P设（KN）：
设计张拉控制拉力
（2）σ设（MPa）：
设计张拉控制应力
（3）As（mm2）：
每束钢绞线截面积
（4）P施（KN）：
施工张拉控制拉力，P施＝P设*（1+R），式中R为锚口摩阻系数（R＝2.5%）：
式1-1
（5）σ施（MPa）：
施工张拉控制应力，σ施（MPa）＝P施/As：
式1-2
（6）1＃钢束为上层钢绞线，2＃钢束为下层钢绞线。
（如上图）
2.2张拉油表读数的计算
为保证预应力的准确施加，避免设备误差导致的质量事故，张拉设备使用前必须经过有相关资质的机构进行校验和标定，并每隔1个月至少进行一次检查和保养，超过3个月必须重新标定，本工程张拉设备由合工大建筑结构试验室标定（标定报告略）。
按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）的规范要求，本互通立交梁板的预应力施加采用采用两端对称张拉；为了使测量的伸长量更接近实际，采用如下张拉工艺：
0→10%σ施→20%σ施→100%σ施，张拉时油表控制读数的计算见下表：
P张拉力
张拉应力
（σ施＝1202.53）
油表读数
张拉设备
千斤顶编号：
A
油表号：
01
千斤顶编号：
B
油表号：
02
千斤顶编号：
C
油表号：
03
10%σ施
120.25（KN）
4.64
3.32
3.30
20%σ施
240.51（KN）
8.83
6.58
6.53
100%σ施
1202.53（KN）
42.41
32.67
32.37
张拉设备回归方程
（式中：
油表读数Y-MPa,张拉应力x-KN）
Y＝0.44+0.03490x
Y＝0.06+0.02712x
Y＝0.07+0.02686x
说明:
（1）采用千斤顶―油表配套标定，配套使用；
（2）表中数据为千斤顶被动标定结果
2.3伸长值（∆L）的计算
计算式：
∆L＝（P×L）/（Ay×Eg）：
式1-3
式中：
∆L―预应力钢材理论伸长值（mm）；
P―预应力钢材的张拉力（N）；
L－钢绞线长度（M）；
Ay－预应力钢材截面积（mm2）；
Eg－预应力钢材的弹性模量MPa（N/mm2）；
2.3.1平均张拉力P的确定：
计算式：
P＝P设×[1-e-（μθ+κх）]/（μθ+κх）：
式1-4
式中：
P设－预应力钢材张拉端的设计张拉力（N）；
μ－预应力钢材与孔道壁的摩擦系数，对于波纹管取μ＝0.175
х－从张拉商至设计算截面孔道的长度（M）；
κ－孔道每局部偏差对摩擦的影响系数，对于波纹管取κ＝0.0008
2＃钢束
1＃钢束
B1
Z1
C1
B2
C2
Z2
A1
A2
计算图示
θ－从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad）；
计算表
计算数据一览（数据来源为设计图纸和钢绞线检测报告）
计算参数
钢束号及截面
P（KN）
μ
х（M）
κ
θ（rad）
（μθ+κх）
P（KN）
（平均值）
∆Li
1＃
A1
1431.58
0.175
1.11
0.0008
0.0000
0.00008864
1431.52
0.83
B1
1431.45
0.175
2.43
0.0008
0.2443
0.042780007
1401.27
1.80
C1
1371.51
0.175
6.31
0.0008
0.0000
0.00050448
1371.16
4.55
Z1
1370.82
1＃钢束总伸长量
∑∆L总＝2*∑∆Li＝14.38cm
7.19∑∆Li
2＃
A2
1431.58
0.175
0.606
0.0008
0.0000
0.00004848
1431.55
0.46
B2
1431.58
0.175
1.309
0.0008
0.0436
0.007740535
1425.98
0.98
C2
1431.51
0.175
7.886
0.0008
0.0000
0.00063084
1420.02
5.89
Z2
1420.47
2＃钢束总伸长量
∑∆L总＝2*∑∆Li＝14.66cm
7.33∑∆Li
项目
类别
L（钢绞线长度）
Ag（钢绞线截面积）
Eg（钢绞线弹性模量）
1＃
19.714M
840mm2
190GPa
2#
19.602M
840mm2
190Gpa
2.4伸长值的修正
2.4.1在施工中，为方便测量，通常采用测量千斤顶油缸行程：
L10%（10%σ施，L100%（100%σ施）的办法来推测∆L值以进行伸长量的校核与控制。
计算式：
∆L＝L100%-L10%+∆L10%
注：
式中L10%－千手顶张拉力到初应力时油缸行程；
L100%－张拉力从0到控制应力时的油缸行程；
∆L10%－张拉力从0到初应力时钢铰线的推算伸长量，取控制张拉应力的10%为初应力，即：
1＃：
∆L10%＝10%×1431.58MPa/（190×103MPa）×1971.4mm＝14.8
2＃：
∆L10%＝10%×1431.58MPa/（190×103MPa）×1960.2mm＝14.8
实际上上式计算得到的伸长值并不量钢铰线的实际伸长量，实际测量中应扣除：
①工作锚与工具锚间钢铰的伸长量∆L3；
②工具锚的内滑量∆L4；
③张拉时主梁的弹性压缩值C；
上述修正量的计算及取值见下表：
钢束号
∆L3
∆L4
C
1＃
8.9（mm）
3×2（mm）
0.7（mm）
2＃
8.9（mm）
3×2（mm）
0.7（mm）
说明：
（1）∆L3＝（σ施/Eg）×LM×2,式中LM为工作锚与工具锚间钢铰线长度，取60CM；
（2）∆L4的确定要据“YM15-6”锚具“质量保证书”说明取值为3mm；
（3）C=（P施×L梁）/（Ec×A梁），因取值及计算如下表：
钢束号
P施
L梁
Ec
A梁
1＃
1202.53（KN）
19.30（M）
0.33×105（MPa）
10.5×105（mm2）
2＃
1202.53（KN）
19.30（M）
0.33×105（MPa）
10.5×105（mm2）
2.4.2修正后允许伸长量计算结果如下：
钢束号
∆L理论
理论容许伸长范围（mm）
伸长修正（∆L3＋∆L4+C）
实测容许总伸长范围（mm）
1＃
143.8
135.2~152.4
15.6
150.8~168.0
2＃
146.6
137.8~155.4
15.6
153.4~171.0
说明：
（1）表中容许总伸长范围以±6%×∆L理论为限
（2）若实测值与上表偏差较大应暂停张拉并查明原因进行分析解决。
3预应力的施加及测控
3.1采用砂轮切割机或气割机对钢铰线下料，下料长度需满足规范及张拉设备要求；3.2采用人工或机械的方法将已工编号的钢不穿入孔道；在钢束的两端安装工作锚、锚板、夹片的限位板，并轻轻敲紧夹片。
此时应注意钢铰线的排列顺序，尽量与之平行，不要交叉，同时锚板要有定位措施，以保证与孔道同轴度；
3.3安装千斤顶，同时用挡板推紧工具锚夹片；
3.4在千斤顶的后部安装工具锚，注意锥孔内不得有污物，为卸锚方便，锚孔中和夹片的圆锥面应均匀涂抺润滑物质；
3.5采用两端对称张拉；为了使测量的伸长量更接近实际，采用如下张拉工艺：
0→10%σ施→20%σ施→100%σ施
3.6按上述计算的成果，向千斤顶张拉缸供油，进行张拉，同时测量伸长值：
分别测张拉应力为10%σ施、20%σ施、100%σ施的伸长量ΔL10%、ΔL20%、ΔL100%，按下式计算实测伸长量，∆L实测=（ΔL20%-ΔL10%）+（ΔL100%-ΔL10%），并与实测容许总伸长范围比较，若超过该值则应分析原因，采取措施。
当各项指标符合要求后，打开截止阀，主张拉缸回油锚固，向千斤顶回油缸供油，活塞回程；
3.7张拉完成后，拆除千斤顶及多余钢铰线，然后压浆、封锚。
4施工时注意事项
4.1钢束在锚固时回缩值较大在设计时需作考虑；
4.2在预应力张拉时，锚具部分的摩阻损失按2.5%考虑；
4.3限位板上不同的规格钢绞线作明确标识，不可用错；
4.4在切割张拉后多余的钢铰线，一般用砂轮切割机；若采用气割机时必须用挡板将锚具隔开，避免锚具受热变形；
4.5构件端部锚座布置应符合规范要求。
4.6推行安全生产责任制，搞好现场标准化作业，挂牌施工；
4.7注意安全用电，做好防火准备；
4.8梁板张拉时两端操作人员不能正对钢绞线。
5结语
5.1由于计算合理，制定的方案结合工程实际，本工程的所有184片梁板均保质保量完成，张拉过程中没有出现一起断丝、滑移、指标超限等质量事故，全部一次张拉成功。
5.2以上简要介绍后张预应力在施工过程中的计算及控制方法
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