摘 要：當前，高墩大跨連續(xù)剛構橋設計中，普遍存在預應力損失估計不足這一問題。本文以湖南某高速公路淇水大橋為工程背景，通過現(xiàn)場試驗針對多股鋼絞線形成的鋼束摩阻損失的規(guī)律進行研究，特別是曲線束和直線束的預應力損失規(guī)律，推導了和 的計算公式，并得出 和 的建議值，最后將其結論運用于施工過程控制中，取得了良好的效果。同時，本文的分析方法和結論對預應力混凝土橋梁設計與施工具有指導意義。

關鍵詞：連續(xù)剛構橋；施工過程；預應力；損失；試驗研究

中圖分類號：U448.23

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0422（2012）08-0125-02

1 引言

預應力連續(xù)剛構橋因其整體性能好、抗扭剛度大、抗震能力強、橋墩抗推剛度較小等特點，是大跨、高墩橋梁的首選橋型之一。 設計之中，預應力設計是高墩大跨連續(xù)剛構橋的重要組成部分。目前，部分已建成并投入運營的預應力混凝土連續(xù)剛構橋出現(xiàn)了主梁跨中撓度過大的問題，其原因主要是設計時對運營過程的預應力束的應力損失估計不足造成的，此外，施工過程中的預應力損失估計不足也是一個重要方面。

本文以湖南某高速公路淇水大橋為工程背景，通過現(xiàn)場試驗針對多股鋼絞線形成的鋼束摩阻損失的規(guī)律進行研究，主要考慮預應力鋼絞線錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮及預應力鋼筋與管道壁之間的摩擦損失。作者在預應力筋束的摩阻損失試驗基礎上，仔細研究了預應力束損失的相關規(guī)律，并將其結論運用于施工過程控制中，取得了良好的效果。

2 預應力損失的理論

高墩大跨連續(xù)剛構橋在施工過程中，預應力混凝土構件應考慮由下列因素引起的預應力損失：

預應力鋼筋與管道壁之間的摩擦 ；錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮 。

針對錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的預應力損失，通常采用超張拉的方式或者采用分次張拉、多次倒頂?shù)膹埨绞降挠枰越鉀Q。施工控制主要針對第一類預應力損失。 （摩阻損失）主要由于管道的彎曲和管道的偏差兩部分影響所產(chǎn)生。理論上直線管道無摩擦損失。σl1但由于施工中管道位置的偏差及孔道不光滑等原因，在鋼束張拉時仍會與孔壁接觸而引起摩阻損失，稱此項為管道偏差影響（長度影響） 摩擦損失，其值較小，反映于系數(shù) ；對于彎道部分除了管道偏差影響之外，還有因孔道彎轉，預應力鋼筋對彎道內壁的徑向壓力所引起的摩擦損失，一般稱這部分影響為彎道影響摩擦損失，其值較大，并隨鋼筋彎曲角度的增加而增加，反映于系數(shù)μ。

2.1 理論公式

根據(jù)規(guī)范及相關文獻的建議，對于空間曲線鋼束，預應力損失 按下式計算：（1）

式(1)中：

σcon—預應力鋼筋錨下的張拉控制應力（MPa）；

μ—預應力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù)；

β為張拉端預應力鋼束曲線的切線與計算處切線的夾角， 稱為包角；

k—管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)；

x—張拉端至計算處預應力鋼束的空間曲線長度。

式（1）在計算β和x時可對空間預應力鋼束分段計算。β及x可以采用如下近似方法計算：（2）

3 工程概況

湖南某高速公路淇水大橋主橋上部結構為51m+3×90m+51m五跨預應力混凝土連續(xù)剛構橋，箱梁根部高度5.70m，跨中高度2.80m，箱梁根部底板厚75cm，跨中底板厚30cm，箱梁高度以及箱梁底板厚度按1.8次拋物線變化。箱梁腹板厚度由根部至跨中依次取為70cm、55cm、40cm。箱梁頂板厚度28cm。箱梁頂寬12.00m，底寬6.5m，頂板懸臂長度2. 75m，懸臂板端部厚15cm，根部厚50cm。箱梁頂設有2%的橫坡，箱梁澆筑分段長度依次分別為：7.0m長0號段+5×2.5m+8×3.5m，邊、中跨合攏段長采用2m，邊跨現(xiàn)澆段長5.0m。

4 試驗簡介

淇水大橋主橋上部構造按全預應力混凝土設計，采用三向預應力，縱、橫向及部分豎向預應力采用美國ASTM A416-97A標準270級高強度低松馳鋼絞線，標準強度1860MPa，設計錨下張拉控制應力1395Mpa。箱梁縱向鋼束每股直徑15.24mm，兩端張拉，配OVM15-12、OVM15-9錨具；頂板橫向鋼束每股直徑15.24mm，配OVMBM-3扁錨；頂板豎向鋼束每股直徑15.24mm，單端張拉，配OHM15-3G二次張拉專用錨具；縱向預應力束管道采用預埋塑料波紋管成孔，真空輔助壓漿工藝。

試驗過程中，采用聯(lián)智橋隧開發(fā)的智能張拉系統(tǒng)進行張拉，采用壓力傳感器在梁的張拉端和固定端測讀拉力并在鋼絞線兩端及每跨貼有應變片以測鋼絞線中間的應力同時在相應位置的普通鋼筋上布置應變片。本次試驗選擇編號4A2鋼絞線進行測試。試驗裝置布置見圖1，測點布置見圖2，各測點幾何參數(shù)見表1。

在試驗之前，對從該批鋼絞線中抽樣出的鋼絞線進行測試，按照與現(xiàn)場同樣的方法粘貼應變片，在實驗室拉力機上進行逐級張拉， 得出張拉力與應變之間的關系，以備在現(xiàn)場試驗中采用。

注：5、6、7測點為對稱布置。

試驗時記錄了張拉端和固定端的油壓、各測點鋼絞線應變以及測點對應位置普通鋼筋的應變將鋼絞線應變反算出其拉力并與通過普通鋼筋應變反算鋼絞線的拉力比較去掉可疑數(shù)據(jù)其結果見表2~表3。

由表2可見，該橋的預應力鋼束摩阻損失較大，占張拉應力的45% 左右，預應力損失較大。由表3可見，4根鋼絞線測得的拉力基本一致，表明試驗的預應力鋼束孔道布置的較為一致、準確。此外，從各束的測試結果不難發(fā)現(xiàn)，試驗結果的離散性較小，表明試驗比較成功，為進一步說明問題，還對直線形狀的頂板束2D1進行了單端張拉的測試，試驗結果列于表4。

根據(jù)表2~表4數(shù)據(jù)，采用式（10）計算可得:μ=0.1598，k=0.00151 。與規(guī)范值相比，μ、k計算結果偏大。從表1，2 可見， 對于本橋縱向束，預應力摩阻損失按照規(guī)范計算將偏小6% 左右，頂、底板束相對來說測試值較為接近理論計算結果。本橋的曲線半徑為500m，在曲線半徑較小的情況下，可能導致測試損失值與理論計算值差10%~20%，故對于長空間預應力鋼束，應該通過現(xiàn)場試驗實測預應力損失參數(shù)μ和k，從而為準確計算預應力損失值提供可靠的依據(jù)。

由于測試摩阻損失較設計值大6%，為與設計值相符，決定對縱向束超張拉6%，對于頂板束和底板束采用原控制應力進行張拉， 并進行了現(xiàn)場試驗，測試結果與上述分析結果一致。

5 結論

淇水大橋預應力損失試驗是以多股鋼絞線形成的鋼束摩阻損失進行的測試，彌補了單股鋼絞線摩阻損失的不足，通過試驗，不難得出：

5.1計算預應力損失時需考慮預應力束水平角的影響，否則，可能低估預應力損失。計算包角最簡便、合理的方法為“綜合法”；

5.2 采用塑料波紋管不僅預應力損失小，而且能夠采用真空灌漿確保灌漿質量；

5.3為了簡化計算便于設計采用本文x 值取用曲線水平投影長度而未考慮鋼束空間長度，如果采用空間長度則摩阻系數(shù)還要小些；

5.4試驗表明，鋼絞線預應力筋管道摩阻損失試驗前對鋼絞線進行預拉并得出張拉力與應變的關系對管道摩阻損失試驗實測的可靠性十分重要；

5.5對超長束預應力筋其摩阻系數(shù)受到諸多因數(shù)的影響，特別是施工質量的影響較大，應通過試驗確定摩阻損失。

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