陳建軍

(湖南省新溆高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南新化 417600)

預(yù)應(yīng)力混凝土因?yàn)槠渑c鋼筋混凝土相比具有提高結(jié)構(gòu)物的抗裂性和耐久性、增大構(gòu)件剛度、節(jié)省材料、減輕結(jié)構(gòu)自重等優(yōu)點(diǎn)而廣泛使用在橋梁結(jié)構(gòu)之中［1］。但其施工工藝較鋼筋混凝土復(fù)雜，且對張拉工藝要求高，在公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范中，對后張法和先張法中預(yù)應(yīng)力鋼絲或鋼絞線的斷絲提出了非?？量痰囊?，每束鋼絲或鋼絞線的斷絲只允許一根［2］。但在施工過程中，由于工藝水平的差距，一旦預(yù)應(yīng)力鋼絞線或鋼絲稍微帶有損傷或預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)出現(xiàn)漏漿、變形等情況，在張拉過程中就比較容易出現(xiàn)斷絲的狀況，在文獻(xiàn)［3～6］針對斷絲現(xiàn)象提出了較好的控制方法，但從查到的文獻(xiàn)上來看，均僅從工藝上提出了改進(jìn)措施和注意事項(xiàng)，但未有從力學(xué)影響上對斷絲進(jìn)行分析。

1 項(xiàng)目背景

某4×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)箱梁橋，橋面總寬33.5 m，左右幅各16.24 m，中間設(shè)置1 m間隙，橋面橫坡2%，縱坡2.2%。箱梁截面為單箱單室斜腹板等截面形式，箱梁中心高為2.1 m，頂寬16.25 m，底寬6.25 m，兩側(cè)懸臂長度4 m，箱梁跨中頂板中間厚26 cm，與腹板交接處55 cm，底板厚28 cm，腹板厚45 cm。主梁縱橫向均采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，縱橋向在腹板、頂、底板中配置預(yù)應(yīng)力鋼束，預(yù)應(yīng)力鋼束全橋通長布置，每片腹板配4束Фs15—19，頂板配10束 Фs15—12，底板配14束 Фs15—12，全橋范圍均勻布置。縱向預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力為1 395 MPa，采用張拉力和伸長量雙控，以張拉力控制為主。待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%時(shí)張力預(yù)應(yīng)力，張拉順序?yàn)?先左右對稱張拉腹板束，再交替張拉頂?shù)装邃撌鶠閱味藦埨?。采用滿堂支架法施工，分兩個(gè)施工階段，第一階段澆筑66 m，張拉預(yù)應(yīng)力，拆除支架，澆筑第二段54 m主梁，張拉預(yù)應(yīng)力，拆除支架。主梁立面圖和標(biāo)準(zhǔn)斷面圖及施工階段見圖1和圖2。

圖1 連續(xù)梁立面圖及施工階段劃分示意圖

在預(yù)應(yīng)力張拉過程中，由于操作不當(dāng)，出現(xiàn)了斷絲的狀況，其中N2斷3絲，N3斷26絲，N5斷1絲，N6斷19絲，N7斷21絲，總計(jì)斷絲70絲，超過了施工技術(shù)規(guī)范的要求，并且由于錨固端是直接澆筑在混凝土中間，因此無法換預(yù)應(yīng)力鋼束，并由于出現(xiàn)斷絲的現(xiàn)象，因此無法通過超張拉的辦法來消除斷絲的影響。因此需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析，分析斷絲對結(jié)構(gòu)的影響程度，如果影響非常小，則可不需要采取補(bǔ)救措施繼續(xù)施工。

2 結(jié)構(gòu)分析

采用midas741建立結(jié)構(gòu)空間梁單元模型，考慮施工階段，預(yù)應(yīng)力、收縮徐變、支座非均勻沉降、溫度梯度荷載。各個(gè)參數(shù)均采用設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范取值，建立有限元模型，對結(jié)構(gòu)的分析分為3種狀況:設(shè)計(jì)狀況、實(shí)際斷絲狀況和取消N3/N7兩束的狀況。為簡化模型，只考慮縱向預(yù)應(yīng)力的影響，橫向預(yù)應(yīng)力和豎向預(yù)應(yīng)力則忽略不計(jì)。模型如圖3。

圖2 主梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖(單位:cm)

圖3 連續(xù)梁橋有限元模型

3 結(jié)果分析

縱向預(yù)應(yīng)力的影響主要是對縱向應(yīng)力的影響。因此主要研究縱向預(yù)應(yīng)力變化對縱向應(yīng)力的影響。對截面的應(yīng)力主要查看截面四個(gè)角點(diǎn)的位置，根據(jù)計(jì)算分析，得到設(shè)計(jì)狀態(tài)、斷兩束狀態(tài)和實(shí)際斷絲狀態(tài)下運(yùn)營狀態(tài)的應(yīng)力包絡(luò)圖，如圖4。

根據(jù)圖4的應(yīng)力圖結(jié)果對比分析，斷絲主要影線的是第一施工階段第一跨的梁底應(yīng)力，最大應(yīng)力設(shè)計(jì)狀態(tài)是 0.504 MPa，實(shí)際斷絲狀態(tài)是0.811 MPa，最不利工況下斷N3和N7兩束預(yù)應(yīng)力狀況最大拉應(yīng)力是1.734 MPa。第二跨到第四跨在各種工況下最大應(yīng)力均為壓應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件的要求:此類構(gòu)件在作用短期效應(yīng)組合下控制的正截面受拉底緣可出現(xiàn)拉應(yīng)力，并且拉應(yīng)力在限制范圍以內(nèi)［7］。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在最不利狀況下均滿足部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件的要求。

圖4 結(jié)構(gòu)應(yīng)力包絡(luò)圖

續(xù)圖4 結(jié)構(gòu)應(yīng)力包絡(luò)圖

從應(yīng)力變化幅度來說，斷70絲造成的拉應(yīng)力增幅為0.3 MPa，幅度較小，并在可控的范圍之內(nèi)。由于采用一端張拉的預(yù)應(yīng)力張拉方法，錨固端已經(jīng)澆筑在混凝土主梁端內(nèi)，如進(jìn)行處理，則需要鑿開梁端，更換錨具，需要費(fèi)較長的時(shí)間和費(fèi)用，同時(shí)也會(huì)影響到混凝土主梁的質(zhì)量。因此建議不進(jìn)行換絲重新張拉處理，盡快灌漿。

4 結(jié)論與建議

1)在預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋預(yù)應(yīng)力張拉出現(xiàn)鋼絞線斷絲情況，超出了公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范的要求，對結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度有一定的影響，必須要改進(jìn)預(yù)應(yīng)力張拉工藝，做嚴(yán)格的質(zhì)量保證措施，防止再次出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象。

2)根據(jù)對連續(xù)梁橋縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線斷絲的有限元模擬，在工程中出現(xiàn)的斷絲雖然超出了規(guī)范的要求，但在本橋梁結(jié)構(gòu)的受力上，仍能很好的滿足部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件的要求，并且仍然具有較大的安全系數(shù)。

3)結(jié)合施工現(xiàn)場情況和有限元分析結(jié)果，由于本橋存在換絲非常不便，無法按照公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范的要求進(jìn)行處理時(shí)，可視結(jié)構(gòu)為合格產(chǎn)品，但需要在后期的管養(yǎng)中密切監(jiān)測，并盡可能的采取補(bǔ)救措施。

［1］吳昌期.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工［M］.北京:人民交通出版社，1981.

［2］JTJ 041—2000，公路橋涵施工技術(shù)［S］.

［3］王希巖，岳渠德.防止預(yù)應(yīng)力混凝土斷絲滑絲方法研究［J］.工程力學(xué)，2000(增刊):650-654.

［4］丁智鮑.現(xiàn)澆箱梁施工易出現(xiàn)的問題及處理方法［J］.國防交通工程技術(shù)，2009(2):70-72.

［5］閭開軍，李 彬.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁若干張拉技術(shù)問題的探討［J］.中南公路工程，2003(6):41-43.

［6］陳性凱.華南大橋主橋縱向預(yù)應(yīng)力鋼束斷股和滑絲的初析與對策［J］.廣東公路交通，1997(4):43-45.

［7］JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［8］JTG D60—2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.