黃 禛

1 工程概況

中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司黃石制梁場位于湖北省大冶市東岳街辦伍橋村。梁場負(fù)責(zé) DK82+066～DK 90+878.4段3座特大橋、2座大橋 157榀跨度 31.5m，11榀跨度 23.5m的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁的預(yù)制。梁體為單箱雙室、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬 12.2m，箱梁底寬 6.5m，頂板厚 49 cm～29 cm，底板厚 70 cm～24 cm，腹板厚 50 cm～24 cm，按直線線形變化。預(yù)應(yīng)力按預(yù)張拉、初張拉、終張拉三個(gè)階段進(jìn)行，預(yù)張拉在梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的 60%后進(jìn)行，初張拉在梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的 80%后進(jìn)行，終張拉在梁體混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值的 100%，且齡期不少于 10 d時(shí)進(jìn)行。預(yù)應(yīng)力管道采用抽拔橡膠管成孔。預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用 1×7-15.2-1860-GB/T 5224-2003，公稱直徑 15.24mm，公稱面積 140mm2。根據(jù)不同的二期恒載值，選擇相應(yīng)的錨下張拉控制應(yīng)力。

2 后張法理論伸長值計(jì)算公式說明

后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線在張拉過程中，主要受到以下兩方面的因素影響:1)管道彎曲引起的摩擦力;2)管道偏差引起的摩擦力。當(dāng)鋼絞線張拉時(shí)，鋼絞線沿著管道壁滑移產(chǎn)生與張拉方向相反的摩擦力，從而使錨下張拉控制應(yīng)力沿著管道壁向梁跨中逐漸減小，因此每一段的伸長值有所不同。JTJ 041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范中關(guān)于預(yù)應(yīng)力伸長值計(jì)算按照以下公式:

其中，ΔL為各分段預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長值，mm;PP為各分段預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力，注意不等于各分段的起點(diǎn)力與終點(diǎn)力的平均值，N;L為預(yù)應(yīng)力筋的分段長度，mm;AP為預(yù)應(yīng)力筋的截面面積，mm2;EP為預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量，MPa;P為預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力，將鋼絞線分段計(jì)算后，為分段的起點(diǎn)張拉力，即為前段的終點(diǎn)張拉力，N;θ為從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，分段后為每分段中各曲線段的切線夾角和，rad;k為孔道每束局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)，管道彎曲及直線部分全長均應(yīng)考慮;μ為預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦系數(shù)(只在管道彎曲部分考慮該系數(shù)的影響)。

從式(1)可以看出，彈性模量 EP是決定計(jì)算值的重要因素，它的取值是否正確，對(duì)計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋伸長值的影響較大。式(2)中的 k和μ是后張法鋼絞線伸長量計(jì)算中的兩個(gè)重要參數(shù)，這兩個(gè)值的大小取決于多方面的因素:管道的成型方式、彎道位置及角度等等。各個(gè)因素在施工中的變動(dòng)很大，有很多是不可能預(yù)先確定的，因此，摩擦系數(shù)的大小很大程度上取決于施工的精確程度。在預(yù)埋預(yù)應(yīng)力橡膠棒時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制橡膠棒在梁體中的位置，用 φ10的鋼筋以井字架的形式做成定位網(wǎng)片固定橡膠棒，防止橡膠棒在施工過程中移動(dòng)，整個(gè)管道要保持圓滑順直。在跨中橡膠棒接頭處應(yīng)保持接口面平整，兩棒緊靠對(duì)齊，至少將其中一橡膠棒內(nèi)的鋼絞線伸入另一橡膠棒內(nèi) 50 cm。接頭處再用鐵皮包扎嚴(yán)密，主要是防止漏漿。在混凝土的澆筑過程中，插入式振搗器不得過分靠近橡膠棒，以免將橡膠棒振偏。泵送混凝土?xí)r要盡量先送至板上，再注入梁內(nèi)，避免混凝土的沖擊導(dǎo)致橡膠棒的彎曲。

進(jìn)行分段計(jì)算時(shí)，靠近張拉端第一段的終點(diǎn)力即為第二段的起點(diǎn)力，每段的終點(diǎn)力與起點(diǎn)力的關(guān)系如下式:

其中，Pz為分段終點(diǎn)力，N;Pq為分段的起點(diǎn)力，N;θ，L，k，μ意義同上。

其他各段的起終點(diǎn)力可以從張拉端開始逐步進(jìn)行計(jì)算。

3 計(jì)算前的實(shí)驗(yàn)工作

鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心橋梁與基礎(chǔ)檢驗(yàn)站對(duì)錨口和喇叭口摩阻損失進(jìn)行了實(shí)際試驗(yàn)測試后，出報(bào)告顯示錨口和喇叭口的摩阻損失值為 6%;錨具回縮量為 5.1mm，孔道每束局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)k=0.001 5;預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦系數(shù)μ=0.55。由黃石制梁場試驗(yàn)室測得該批鋼絞線的彈性模量為 198GPa，滿足規(guī)范要求可以用于施工。

4 計(jì)算實(shí)例

下面以 1束鋼絞線 N2b伸長量計(jì)算為例，進(jìn)一步說明伸長量的計(jì)算方法。N2b線形在梁體中既有平彎，又有豎彎，因此在計(jì)算中都要考慮對(duì)伸長值的影響(見圖 1)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定:EP=1.98×105MPa，k=0.001 5，μ=0.55，錨口及喇叭口損失按控制應(yīng)力的6%計(jì)算，錨下張拉控制應(yīng)力，σcon=1 255MPa，P錨外=1 335MPa，工具錨與工作錨之間參加張拉伸長的長度為L0=600mm(不同型號(hào)的千斤頂，其長度不同，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測進(jìn)行代值計(jì)算)。本梁兩端鋼絞線形狀為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為減小摩擦損失，采用的是兩段同時(shí)對(duì)稱張拉，所以進(jìn)行伸長量計(jì)算時(shí)只需計(jì)算一半長度，最后乘以 2即可得出整束鋼絞線的計(jì)算伸長值。

計(jì)算如下:

1)工作錨以外工作長度為直線段:L0=0.6m，k=0.001 5，μ=0.55，E=198 000MPa。故 ΔL0=P錨外×L0/E=1 335×0.6/198 000=0.004 045m(根據(jù)公式 ΔL=PPL/APEP，P錨外=PP/AP，在以下的計(jì)算中，直接使用應(yīng)力值代入計(jì)算)。

2)第一段 LAB為直線段:LAB=1.706 m，θ=0，PA=σcon=1 255 MPa。

故 PB=PA×e-(kL+μθ)=1 255 ×e-(0.0015×1.706)=1 252 MPa。

3)第二段 LBC為曲線段:LBC=0.524m，θ=3°=0.052 36。

4)第三段 LCD為直線段:LCD=2.055m，θ=0。

故 PD=PC×e-(kL+μθ)=1 215 ×e-(0.0015×2.055)=1 211MPa。

5)第四段 LDE為曲線段:LDE=0.995m，θ=5.7°=0.099 48。

6)第五段 LEF為直線段:LEF=10.893m，θ=0。

故 PF=PE×e-(kL+μθ)=1 145×e-(0.0015×10.893)=1 127MPa。

所以 ΔL=2×(ΔL0+ΔLAB+ΔLBC+ΔLCD+ΔLDE+ΔLEF)=0.198 22m。

5 結(jié)語

在武黃城際鐵路預(yù)制箱梁采用上述方法計(jì)算伸長值，經(jīng)監(jiān)理、設(shè)計(jì)院認(rèn)可，可具體指導(dǎo)施工，在實(shí)際施工中計(jì)算理論伸長量與實(shí)際伸長量誤差不超過±6%，兩端伸長量相差不得大于 10%，效果良好。

[1] JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 孫愛軍.預(yù)應(yīng)力混凝土梁施工中的應(yīng)力損失及控制[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2003(4):47-48.

[3] 葉見曙，袁國干.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京:人民交通出版社，1996:233-235.

[4] 范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京:人民交通出版社，1999:31-33.