預(yù)應(yīng)力空心板梁施工技術(shù)與靜載實(shí)驗(yàn)研究

艾 欣

(湖南省湘筑工程有限公司)

1 工程簡介

湖南省懷通高速公路32合同段是二連浩特到廣州國家高速公路的一部分，總體走向?yàn)槟媳毕颍肪€全長7.67km，沿線共有橋梁15座，其中12座大、中型橋梁為預(yù)應(yīng)力空心板梁，另辟場地集中預(yù)制。試驗(yàn)橋?yàn)榘霙_一橋，板梁長度為20m，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號為C40。預(yù)應(yīng)力空心板梁的施工方法為后張法，預(yù)應(yīng)力筋采用先穿法，預(yù)留孔道采用直徑為70mm金屬波紋管預(yù)埋成孔。預(yù)應(yīng)力筋采用抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860MPa高強(qiáng)低松馳鋼絞線，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為1 260MPa，公稱直徑為15.2mm，公稱面積為140mm2，松馳率為2.5％。板梁錨具采用OVM15A-7夾片錨具，采用螺旋筋及鋼筋網(wǎng)片作為局部承壓鋼筋。張拉設(shè)備選用柳州雷姆預(yù)應(yīng)力機(jī)械有限公司生產(chǎn)的YCW150B-200型穿心式千斤頂和ZB4-500型高壓電動(dòng)油泵。

2 預(yù)應(yīng)力空心板梁施工工藝

2.1 預(yù)應(yīng)力張拉工藝分析

預(yù)應(yīng)力的施加方法按張拉鋼筋與澆筑混凝土的先后次序，可分為先張法和后張法以及結(jié)合兩種工藝的共張法。先張法是指先張拉鋼筋，后澆筑混凝土的方法。后張法是指先澆筑混凝土構(gòu)件，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，張拉預(yù)應(yīng)力筋并錨固。共張法指的是預(yù)應(yīng)力先張法與后張法共用于同一個(gè)構(gòu)件上的預(yù)應(yīng)力張拉工藝。后張法施工工藝需要在預(yù)制設(shè)備上一次投入資金并不太大，無論板梁數(shù)量多少，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢體現(xiàn)的比較明顯。而且后張法可以曲線配置預(yù)應(yīng)力筋，不僅能有效抵抗跨中正彎矩和降低主拉應(yīng)力，而且支端彎起預(yù)應(yīng)力能提供較強(qiáng)的抗剪能力。因此這種施工工藝具有較廣泛的適用性，是目前生產(chǎn)各種預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的主要方法。

2.2 后張法預(yù)應(yīng)力空心板梁施工工藝

后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁預(yù)制的主要施工工序包括:模板施工、鋼筋加工、波紋管安裝、混凝土澆筑、力筋張拉、孔道壓漿、封錨等。以半沖一橋20m空心板梁為例，長寬高幾何尺寸20m×1.24m×0.90m，斜交20°。

2.2.1 模板施工

(1)底模

在壓路機(jī)碾壓好的預(yù)制場上用碎石打底，用水準(zhǔn)儀精確找平后，然后做C25混凝土面層，并外襯角鋼。底模要求線條直順，表面光滑，易于脫模;兩端堅(jiān)固，不易因?yàn)閺埨后w起拱受荷而下沉。

(2)側(cè)模和端模:采用定型鋼模板，模板厚4mm，骨架保證有足夠剛度，內(nèi)模刨光，以保證澆筑混凝土的平整度。

(3)芯模:預(yù)制時(shí)采取切實(shí)可行的措施固定芯模位置，確保空心板梁內(nèi)部構(gòu)造尺寸的準(zhǔn)確性。

2.2.2 鋼筋加工及波紋管安裝

鋼筋加工與安裝應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和施工規(guī)范施工，并應(yīng)注意預(yù)埋件位置、數(shù)量等，防止遺漏。預(yù)應(yīng)力波紋管埋設(shè)以底模為基準(zhǔn)，按預(yù)應(yīng)力鋼絞線曲線坐標(biāo)直接量出相應(yīng)點(diǎn)的高度，標(biāo)在箍筋上定出波紋管曲線位置，然后將波紋管準(zhǔn)確就位并綁扎牢固。波紋管預(yù)留孔道多采用內(nèi)徑為55mm或70mm波紋管，波紋管定位筋采用直徑8mm“井”型鋼筋點(diǎn)焊在骨架上，間距80cm。

2.2.3 預(yù)應(yīng)力筋張拉

張拉工序是后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75％～90％(根據(jù)設(shè)計(jì)要求不同)后即可進(jìn)行張拉工序。預(yù)應(yīng)力鋼材張拉前，應(yīng)先調(diào)整到初應(yīng)力，再開始張拉和量測伸拉值。實(shí)際伸長值除量測的伸長值外，應(yīng)加上初應(yīng)力以下的推算伸長值。預(yù)應(yīng)力鋼材張拉時(shí)，應(yīng)以伸長值進(jìn)行校核。實(shí)際伸長值與理論伸長值之差超過6％，應(yīng)暫停張拉，待查明原因并采取措施加以調(diào)整后，方可繼續(xù)張拉。

3 預(yù)應(yīng)力空心板梁靜載試驗(yàn)

本次試驗(yàn)抽選半沖一橋梁板2#-3#，試驗(yàn)梁施工記錄如表1所示。

表1 試驗(yàn)梁的施工記錄表

3.1 試驗(yàn)主要內(nèi)容

3.2 靜載試驗(yàn)方法

對于單梁試驗(yàn)而言，由于條件限制，只能通過裸梁在鋪裝層和護(hù)欄以及設(shè)計(jì)荷載作用下產(chǎn)生的跨中彎矩值反算出需產(chǎn)生同等效應(yīng)所需的集中力值，也即設(shè)計(jì)荷載公路Ⅰ級和二期恒載疊加為試驗(yàn)控制荷載。

在對梁板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論分析計(jì)算后，確定將梁板的L/2截面、L/4截面作為應(yīng)力及撓度的實(shí)測截面，另外在兩端臨時(shí)支座處布置撓度測點(diǎn)。

為保證加載過程中結(jié)構(gòu)的安全以及測試的需要，還有現(xiàn)場加載條件所限，整個(gè)加載過程共分五級，分別為50％、70％、80％、90％、100％，卸載分兩級，分別為-50％、-100％。試驗(yàn)前先進(jìn)行80％加載量的預(yù)壓，以消除結(jié)構(gòu)的塑性變形。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)預(yù)應(yīng)力空心板梁的腹板側(cè)面和底板底面均未發(fā)現(xiàn)因加載產(chǎn)生的裂紋?？缰袚隙仍囼?yàn)計(jì)算值采用兩端支點(diǎn)處的變形(沉陷)值進(jìn)行修正，即為實(shí)測跨中撓度值與兩支座處實(shí)測撓度平均數(shù)值之差。試驗(yàn)過程嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的加載方案進(jìn)行，對試驗(yàn)板梁的應(yīng)力和撓度進(jìn)行詳細(xì)觀察。

跨中截面梁底混凝土撓度測試曲線如圖1所示，跨中截面梁底混凝土應(yīng)力及跨中撓度測試成果如表2所示。一次澆筑的混凝土承擔(dān)。

(2)混凝土澆筑工藝OVM錨固系統(tǒng)，設(shè)計(jì)張拉噸位分別為2929.5kN，3320.1kN?？v向預(yù)應(yīng)力筋在箱梁根部梁段布設(shè)腹板下彎鋼

圖1 BC2-3#梁跨跨中截面腹板豎向應(yīng)力分布曲線

試驗(yàn)梁跨中截面梁底混凝土應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為0.91，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.84，滿足《試驗(yàn)方法》中評定值η≤1.05的要求。卸載后殘余撓度值與實(shí)測最大撓度值的比值為0.016，滿足《試驗(yàn)方法》中評定值S'pr≤0.20的要求;殘余應(yīng)力值與實(shí)測最大應(yīng)力值的比值為0.154，滿足《試驗(yàn)方法》中評定值S'py≤0.20的要求。試驗(yàn)前及試驗(yàn)過程中，對試驗(yàn)梁BC2-3#進(jìn)行仔細(xì)觀察，未發(fā)現(xiàn)任何精度要求范圍內(nèi)能觀察到的結(jié)構(gòu)裂縫，符合預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件的使用要求。靜載試驗(yàn)荷載:設(shè)計(jì)荷載公路Ⅰ級和二期恒載疊加為試驗(yàn)控制荷載，試驗(yàn)梁跨中截面試驗(yàn)荷載效率達(dá)到100％。靜載試驗(yàn)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)經(jīng)過整理計(jì)算并和理論值進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明:在試驗(yàn)荷載作用下，BC2-3#梁強(qiáng)度、剛度和抗裂性能均滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 BC2-3#梁試驗(yàn)荷載作用下跨中截面梁底混凝土應(yīng)力和撓度測試成果

續(xù)表2

4 結(jié)果分析

本文對預(yù)應(yīng)力空心板梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，全面采集空心板梁在分級加載至設(shè)計(jì)荷載全過程的應(yīng)力、撓度、裂縫寬度等數(shù)據(jù)。通過理論計(jì)算分析得出:

(1)在試驗(yàn)荷載作用下，各試驗(yàn)梁的跨中實(shí)測撓度約為L/2100，遠(yuǎn)小于規(guī)范的允許值L/600，滿足剛度要求。

(2)試驗(yàn)空心板梁在試驗(yàn)荷載下跨中下邊緣最大拉應(yīng)力均未超出理論計(jì)算值，說明試驗(yàn)梁混凝土強(qiáng)度滿足要求。

(3)試驗(yàn)荷載作用下，各試驗(yàn)梁下邊緣受拉區(qū)均未發(fā)現(xiàn)裂縫，滿足預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件使用要求。

[1] 呂志濤，孟少平.現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)(第一版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[2] 吳培民.混凝土結(jié)構(gòu)(上冊)第一版[M].武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[3] 王穗平.橋梁構(gòu)造與施工-公路與橋梁專業(yè)(第二版)[M].北京:人民交通出版社，2007.