桥梁施工中钢绞线预应力张拉问题的研究张金乾.docx
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桥梁施工中钢绞线预应力张拉问题的研究张金乾
摘要
着重叙述了桥梁的先张法预应力施工。
通过施工实践,我们认为要确保梁体的预应力施工质量,应做好几方面工作:
做好张拉油顶、油泵的保养维护和压力表定期标定并保证其正确运转:
预应力施工人员必须严格按照标准进行操作,实施“双控”措施;张拉油顶在张拉时,必须加设保险卡,并派人观测,防止在未放张前的梁体养护时,油顶出现卸压等突然故障,造成预应力损失;梁体在放张后应定期进行挠度测量,以检查实测挠度与设计挠度的偏差,作为今后完善与调整预应力施加的重要依据。
探讨预应力钢绞线量测方法,总结预应力钢铰线张拉伸长值计算、锚塞回缩量的量测及其对张拉力的影响,为预应力工程钢绞线张拉量测提供成熟有效的方法。
回顾50年来我国预应力技术在房屋建筑、公路、铁路、桥梁、电视塔、核电站等领域的发展及取得的成就,结合预应力技术的发展趋势,提出我国当前亟待完善与提高的问题。
关键词：
预应力；先张法；施工工艺；预制桥梁
ABSTRACT
Emphasizedresearcharemadetotheconstructionpre-tensionedprestressedTbeam.Throughconstructionpractice,thefollowingseveralworksshoulddonewelltoassuretheconstructionquantityofTbeamprestress.Theoiljackandoilpumpshouldbewellmaintained.Theoilpressuregaugeshouldbeperiodicallyinspected.Theconstructionpersonnelmustmakeoperationsstrictlyaccprdingtothestandardsofperstressing.Whentheoiljackworks,theinsurancecardmustbeestablished,andthepersonformeasuremustbesenttopreventthattheoiljackappearsunloadingandbreakingdownsuddenlyduringthebeambodymaintenance.Afterreleasingpretress,theperiodicinspectionshouldbemadeforthecamber,thedeviationbetweentheactualcamberanddesigncamber,whichareimportantdataforperfectingandadjustingtheprestress.
Thediscussionismadeonthemeasurementmethodofprestressedsteelstrandandthesummariesaremadeoncalaulationoftensilevalueofprestressedsteelstrand,themeasurenentofanchoragereboundvolumeanditsinfluenceonthetensivevalueforthepurposeofprovidinganeffectiveandmaturemethodofmeasuringtensilevalueofprestressedsteelstrand.
Thedevelopmentandachievementoftheprestressedtechnologyinthepastfiftyyearsisreviewedinthefieidsofbuilding,highway,railway,bridge,TVtowerandnuclearpowersrationinchina.Incombinationwiththedevelopingtendencyoftheprestressedtechnology,theproblemsthatshouldbeperfectedandinprovedprombtlyaresetforthinthispaper.
Keywords:
Prestressed;preetensioned;ConstructionTechnology;PrefabricatedBridge
目录
第一章绪论1
1.1研究背景及意义1
1.2国内外研究现状1
1.2.1梁桥、刚架桥2
1.2.2斜拉桥3
1.2.3悬索桥4
1.3.1折线先张法5
1.3.2先张法施工工艺要求和过程控制5
第二章张拉台座结构设计8
2.1工程状况概述8
2.1.1工程概述8
2.1.2设计标准8
2.1.3地物、地貌及场地情况8
2.2结构设计9
2.2.1设计原则9
2.2.2设计思路及方法9
2.2.3张拉台座总体结构设计9
2.2.5张拉横梁及锚梁结构设计11
2.3.1张拉台座设计基本载荷12
2.3.2结构的基本检算要点12
2.4先张梁张拉台座检算14
第三章预应力张拉施工技术研究17
3.1张拉力计算17
3.1.1初始张拉力17
3.1.2控制张拉力17
3.2预应力筋伸长量计算17
3.3张拉前准备工作18
3.3.1成品箱梁构件的检查、清理18
3.3.2模板和台座的检查19
3.3.3张拉设备的检验和选用19
3.4张拉施工程序和操作要求20
3.4.1检查锚具连接器20
3.4.2钢绞线的制作、穿束、锚固和连接21
3.4.3初始张拉21
3.4.4控制应力张拉21
3.4.5预应力放张22
第四章预应力施工的质量控制23
4.1应力损失的分类23
4.1.1预压前应力损失23
4.1.2预压后应力损失24
4.1.3气候条件影响的与应力损失26
4.2施工准备阶段的质量安全控制26
4.2.1台座设置26
4.2.2钢绞线采购及监测26
4.2.3张拉设备的使用和鉴定27
4.2.4钢绞线下料控制28
4.3预应力施工安全质量控制29
4.3.1钢绞线的制作与传束29
4.3.2钢绞线张拉29
4.3.3钢绞线放张30
4.2.4张拉质量检测和技术要求32
第五章先张法预应力桥梁施工工艺研究35
5.1先张法的特点及原理35
5.1.1工艺特点、适用范围35
5.1.2先张法工艺原理35
5.1.3桥梁预制应具备的必要条件35
5.2先张法施工工艺36
5.2.1先张法施工工艺36
5.2.2机具设备41
5.3安全措施和质量控制41
5.3.1安全措施41
第六章结论与展望47
6.1结论47
6.2展望47
参考文献49
致谢51
第一章绪论
1.1研究背景及意义
随着社会的快速发展，在现代桥梁施工过程中，先张法预应力技术因其出色的安全性、经济性和有效性，在桥梁工程的各个领域中广泛应用。
与此同时，钢绞线作为预应力的载体,是目前桥梁工程施加预应力普遍使用的材料。
对钢绞线张拉预应力施加、锚固的方法和张拉力钢绞线伸长量的理论计算,在相关规定中都有明确的规定,在实际操作的过程中对钢绞线预应力施加和钢绞线张拉伸长值的确定、钢绞线锚固时锚具锚塞回缩量的量测,做法上均存在较大差异,这样一来对预应力张拉质量控制的双控指标（即钢绞线张拉力与实测伸长值）的计算和检算有了一定的影响。
通过预应力张拉施工实践和对预应力混凝土桥梁钢绞线张拉伸长值量测方法进行探讨。
（1）现代化生产和生活逐渐增多，为了我国适应现代化生产生活的各种需求，先张法桥梁施工技术将迎来一个前所未有的发展机遇以及更加广阔的应用市场。
由于先张预应力梁它既避免了后张预应力混凝土梁孔道灌浆不密实的缺点，又使预应力筋的折线形状与荷载弯矩的分布比较接近，比较适用于较大跨度，在韩国及我国台湾等地的跨海大桥、高铁桥梁中已开始应用。
加以分析，单纯通过表面现象很难观测得到其张拉的质量。
研究其原因，主要分为外部因素和内部因素，其中外部因素主要包括了施工环境，施工技术，施工地点所处的气候条件等因素。
内部因素主要包括张拉台座的设计，张拉时机具设备的确定，以及有效预应力的大小等。
这些因素的定量定性分析是国内外众多专家长期研究的问题
（2）在实际工程中，如果没有纠偏纠倾措施对预应力锚固的钻孔轨迹进行修正，锚索孔道就会发生弯曲，此时索体与灌浆体之间的摩擦力将不能忽略。
因此，在选用正确的力学模型基础上分析预应力锚索伸长量计算方法，进而判断其偏差原因，对预应力锚索的张拉施工以及预应力锚索的相关检测、监测工作都有着重要意义。
由于种种原因，预应力锚索伸长值的理论计算值与实测伸长值存在偏差，如果偏差范围超过了允许范围，就需要检查出原因并进行相应的处理，以确保施工质量和安全
（3）通过以上分析，运用安全、经济、有效的预应力钢绞线张拉技术，研究张拉伸长量的计算方法和偏差原因分析也是十分必要的。
通过本文的研究分析，可以为预应力钢绞线张拉问题的计算方法提供一定的基础。
1.2国内外研究现状
随着经济的迅速发展对现代化交通的需求加大，同时随着建筑材料、施工技术和机具设备的不断改进，近几十年，世界上修建的长跨大桥梁也日益增多。
于是就反映了建桥水平的高低是以桥梁的跨度来衡量的。
目前国外已经完工的桥梁的最大跨度I
已达1400m（英国的Humber桥）[1]。
1.2.1梁桥、刚架桥
梁桥包括简支梁、悬臂梁和连续梁结构,刚架桥包括门式刚架、T型刚构、连续刚构和斜腿刚构等,这些桥型的主要受力特点是以受弯为主。
国外的梁桥、刚架桥跨度已达300-500m,但这种跨度只能采用钢材,近十年来,我国预应力混凝土桥梁体系发展迅速,1996年竣工的黄石大桥,为跨度245m的预应力混凝土连续刚构,该桥建成后将接近此种桥型的世界记录。
（澳大利亚的门道桥L-260m）,1997年竣工的虎门大桥,为跨度达270m的预应力混凝土连续刚构,建成后将为这种桥型的世界新纪录[2]。
广东番禺的洛溪大桥跨度为180m,是目前中国跨度最大的预应力混凝土连续刚构桥。
跨度为174m的重庆长江大桥是我国最大的已建预应力混凝土T型刚构桥,云南六库桥跨度154m,是我国已建的最大预应力混凝土连续梁桥。
顺便提一下,郑州黄河公路大桥,为多跨径预应力混凝土简支梁,全桥长达5549.86m,它是我国最长的桥梁[2]。
表1.1世界长跨桥梁、钢架桥
序号
桥名
主跨（m）
国名
竣工年份
附注
1
Quebec桥
549
加拿大
1917
刚悬臂桁梁，发生两次垮桥事故
2
Astoria桥
376
美国
1966
钢连续桁梁
3
Stalsba桥
376
意大利
1972
钢斜腿钢架
4
尼泰罗伊河桥
300
巴西
1973
钢连续梁
5
Paragual桥
270
巴拉圭
1978
预应力混凝土T型钢构
6
虎门大桥
270
中国
1997
预应力混凝土连续钢构
7
门道桥
260
澳大利亚
1986
预应力混凝土连续钢构
8
黄石长江大桥
245
中国
1996
预应力混凝土连续钢构
9
滨名大桥
240
日本
1976
预应力混凝土连续梁
10
Metropolis桥
219.5
美国
1917
钢简支桁梁
11
九江长江大桥
216
中国
1992
钢连续桁梁
12
Selbjorn桥
212
荷兰
1965
预应力混凝土连续箱梁
13
三堆子金沙江桥
192
中国
1969
钢简支桁梁
14
番禺洛溪大桥
180
中国
1988
预应力混凝土连续钢构
15
宜宾金沙江桥
176
中国
1968
钢连续桁梁
16
安康汉江桥
176
中国
1982
钢斜腿钢构
17
重庆长江大桥
174
中国
1980
预应力混凝土T型钢构
续表1.1
18
南京长江大桥
160
中国
1968
钢连续桁梁
19
云南六库桥
154
中国
1991
预应力混凝土连续梁
20
武汉长江大桥
128
中国
1957
钢连续桁梁
1.2.2斜拉桥
斜拉桥是一种反映现代建桥水平的桥型,它是一种由索、塔、梁构成的组合体系,其受力特点为拉（索）、压（塔）、弯（梁）的组合。
自50年代起,斜拉桥的发展十分迅速,目前全世界出现一个修建斜拉桥的高潮。
斜拉桥60年代初传入我国,至80年代,迅速在全国各地推广,进入90年代,我国斜拉桥的建设出现了一个新的高潮。
据不完全统计,我国斜拉桥的数量已居世界第三位,仅次于德国和日本[2]。
现将世界各国大跨度斜拉桥列于表2.2。
上海杨浦大桥为跨度602m的结合梁,该桥为当今世界上已建成的跨度最大的斜拉桥,主跨230m的重庆石门大桥为独塔式,相当于双塔的460m跨度,该桥亦可属世界水平[1]。
可以预料,在本世纪末，中国的斜拉桥建设，无论在数量上还是在规模上都将取得令世界瞩目的伟大成就。
表1.2世界长跨斜拉桥（L≥400m）
序号
桥名
主跨（m）
国名
竣工年份
附注
1
多多罗大桥
890
日本
1999
2
诺曼底桥
856
法国
1995
3
上海杨浦大桥
602
中国
1993
4
名港中央大桥
590
日本
1997
5
Skarnsundet
530
挪威
1991
6
鹤见航道桥
510
日本
1995
7
生口桥
490
日本
1991
8
东神户大桥
485
日本
1994
9
Annacis桥
465
加拿大
1986
10
横滨港湾桥
460
日本
1989
11
胡格利二桥
457
印度
1993
12
曼谷桥
450
泰国
1987
13
重庆长江二桥
444
中国
1995
施工中，混凝土
14
卢纳桥
440
西班牙
1963
混凝土，目前世界最大
15
铜陵长江大桥
432
中国
1995
施工中，混凝土
16
Helgeland桥
425
挪威
1991
17
上海南浦大桥
423
中国
1991
结合梁
18
櫃石岛桥
420
日本
1988
19
岩黑岛桥
420
日本
1988
20
郧阳汉江大桥
414
中国
1993
21
名港东大桥
410
日本
1997
施工中
22
Rande桥
400.14
西班牙
1977
续表1.2
23
武汉长江二桥
400
中国
1995
施工中
24
重庆石门大桥
230
中国
1988
独塔
1.2.3悬索桥
悬索桥是特大跨度的主要桥,也是反映现代建桥水平的一种桥型。
与斜拉桥类似,它是由主缆（拉）、吊杆（拉）、桥塔（压）和加劲梁（弯）等构件组合而成的结构体系。
目前国外已建成的最大悬索桥,是英国的Humber桥,其跨度达1400m。
跨度为1990m的日本明石海峡大桥,已成为新的世界记录。
随后建成的意大利Messina海峡桥,主跨计划构思为3300m，将是新的世界记录的诞生。
我国现代悬索桥的建造起步较晚,汕头妈屿岛海峡桥（L-452m）,采用混凝土加劲梁,建成后将成为该类桥型的世界记录,跨度888m的虎门大桥也已修建竣工，值得关注的是1997年竣工的江阴长江大桥,跨度达1385m,这是我国第一座跨度超千米的特大桥梁,建成后将大大缩小我国与世界各国悬索桥的差距。
表1.3世界长跨悬索桥
序号
桥名
主跨（m）
国名
竣工年份
附注
1
明石海峡大桥
1990
日本
1998（预计）
施工中
2
Storebaelt桥
1624
丹麦
1996（预计）
施工中
3
Humber桥
1410
英国
1981
目前世界最大跨度
4
江阴长江大桥
1385
中国
1997（预计）
设计中
5
青马桥
1377
中国香港
1997（预计）
施工中
6
Verrazano海峡桥
1298
美国
1964
7
金门大桥
1280
美国
1937
8
马基诺斯乔
1158
美国
1957
9
南备赞濑户大桥
1100
日本
1988
10
Bosporus二桥
1090
土耳其
1988
11
Bosporus一桥
1074
土耳其
1973
12
乔治华盛顿桥
1067
美国
1931
13
来岛第三大桥
1030
日本
1998（预计）
施工中
14
来岛第二大桥
1020
日本
1998（预计）
施工中
15
4月25日桥
1013
葡萄牙
1966
16
第4公路桥
1006
英国
1964
17
北备赞濑户大桥
990
日本
1988
18
塞班桥
988
英国
1966
19
下津井濑户大桥
940
日本
1988
20
三峡西陵大桥
900
中国
1996（预计）
已动工
21
虎门大桥
888
中国
1997（预计）
施工中
22
大鸣门桥
876
日本
1985
23
Tacoma桥
853
美国
1950
24
拉萨达孜桥
500
中国
1984
单车道
续表1.3
25
汕头妈屿岛桥
452
中国
1994（预计）
施工中，混凝土加劲梁
1.3钢绞线张拉的研究方法
1.3.1折线先张法
先张法即先张拉钢筋后浇注混凝土.其主要张拉程序为:
在台座上按设计要求将钢筋张拉到控制应力、用锚具临时固定、浇注混凝土、待混凝土达到设计强度75%以上切断放松钢筋,其传力途径是依靠钢筋与混凝土的粘结力阻止钢筋的弹性回弹,使截面混凝土获得预压应力。
先张法施工简单,靠粘结力自锚,不必耗费特制锚具,临时锚具可以重复使用（一般称工具式锚具或夹具）,大批量生产时经济,质量稳定。
折线先张预应力施工技术是我国在几年内刚刚开始使用的一种全新的施工技术，其主要运用于桥梁工程的建设，它的优点包括：
避免了后张法预应力技术造成的混凝土结构梁孔道注浆不密实的问题，还可以使预应力筋的折线形状和弯曲程度得以提升，比较适合用于大跨度桥梁。
目前，在世界各国都有广泛的应用。
我国也应用这一施工技术解决了在青藏铁路昂建设中桥梁的耐久性的这一问题，在青藏铁路中首次成功应用了24m先张预应力梁。
在河南省等其他省也成功的应用了折线先张法预应力梁，例如河南省的驿宛高速公路淮河桥，岭南高速公路黄鸭河大桥，湖南省的岳阳至常德的高速公路，这条公路采用的是25m跨折线先张预应力混凝土结合箱梁[4]。
折线先张预应力梁是由于钢绞线和混凝土之间的粘接作用而产生的预应压力，其中，钢绞线的分布最密集的区域是箱梁端部腹板的锚固区，也是粘接应力最集中的区域，并且也是承受荷载次数最多的区域，所以，在箱梁端部的锚固区是应力状态最复杂的。
为了研究在这个区域的钢绞线的疲劳受力性能；要结合实际的桥梁工程，进行锚固区的疲劳性能试验。
通过这个实验，目的就是验证钢绞线的锚固长度和预应力的传递长度在疲劳受力的实用性。
为接下来的预应力工程提供依据和解决方法。
1.3.2先张法施工工艺要求和过程控制
先张法预应力钢铰线施工工序流程图:
图1.1先张法预应力钢绞线施工工艺流程图
先张法预应力钢绞线张拉顺序：
首先钢绞线的预应力从0开始到设计的张拉预应力的最大值σcon。
其中σcon代表在钢绞线张拉时的控制预应力的值，它还包括了与应力张拉过程种的预应力损失值。
预应力张拉是一个分步进行的过程，首先张拉前的准备工作,开始张拉时，向千斤顶的油缸慢慢加油，一直等达到设计的值，在固定好的一端吧每根钢绞线用单孔穿心自锚千斤顶使得压力表的值为零，其次从零到30%的过程中分别测量从固定端到千斤顶的距离，并记录伸长值，在此过程中各个张拉阶段应静止两分钟。
最后在张拉端开始整体张拉。
张拉过程是从30%到50%最后达到100%，同样的各个阶段静止2分钟，记录伸长值，在持荷两小时后，开始进行钢筋绑扎。
如果千斤顶的行程不满足设计要求，需要千斤顶重新复位然后重复上述过程。
[3]。
预应力张拉技术的要求和要点:
先张法预应力钢绞线张拉是采用预应力控制、测量的伸长值进行检算，实际伸长值与理论伸长值之差在±6%以内。
在混凝土的强度达到设计强度的80%强度后,才可以张拉。
放张应力控制在0.7fpkmpa。
先张法张拉预应力值计算：
每个阶段张拉应力的计算依据是设计要求的钢绞线的最大的预应力值（规范规定钢绞线的最大张拉应力为0.75fpk），每个阶段的张拉预应力与钢绞线张拉的根数有关，计算式[6]为
RZ=fpk×A×N/10000（1.1）
式中:
RZ——钢绞线总的张拉应力（KN）;
fpk——钢绞线的最大拉应力（KN）;
A——钢绞线的截面积（mm2）;
N——钢绞线的张拉根数;
一般情况下是由两台千斤顶同时张拉,因此每个千斤顶最大张拉应力即为RZ/2。
应力值是通过油表读数确定的。
油表读数是根据千斤顶的检测鉴定结果,采用内插法求得,并作为张拉应力控制依据。
伸长值的计算。
预应力钢绞线的理论伸长值[7]△L（mm）:
△L=PpL/ApEp（1.2）
式中:
Pp——预应力钢绞线的平均张拉力（N）;
L——预应力钢绞线的长度（mm）;
Ap——预应力钢绞线的截面面积（mm2）;
Ep——预应力钢绞线的弹性模量（N/m㎡）。
预应力钢绞线张拉的实际伸长值△L（mm）:
△L=△L1+△L2（1.3）
式中:
△L1——从初应力至最大张拉应力间的实测伸长值（mm）;
△L2——初应力以下的推算伸长值（mm）,可采用相邻级的伸长值。
先张法预应力张拉台座应使用墩式台座，其中砼结构的是反力支墩，台座和主要受力梁必须高强度和高刚度，并且，抗倒覆安全系数不低于1.5，抗滑系数不低于1.3，确保张拉台座在承受预应力使不发生变形和滑动。
刚横梁的选择是通过对钢绞线检验抗弯度、抗剪压力的影响而决定的，刚横梁宜采用40B×12或40C×14型工字钢，为了使刚横梁受力后抗弯度不大于2mm。
在工字钢腹板两侧同同腹板宽度全长30cm。
张拉前必
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