湘江銀盆嶺大橋橫向預(yù)應(yīng)力束永久預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)研究＊

魯四平，黃方林

(中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410075)

湘江銀盆嶺大橋橫向預(yù)應(yīng)力束永久預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)研究＊

魯四平，黃方林

(中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410075)

為了評(píng)估湘江銀盆嶺大橋橫向預(yù)應(yīng)力束永久預(yù)應(yīng)力情況，對(duì)其進(jìn)行永久預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)研究。在對(duì)銀盆嶺大橋主橋斜拉橋及河?xùn)|、河西頂推梁橋橫向預(yù)應(yīng)力束(共3301束，左幅1648，右幅1653)外觀病害進(jìn)行普查的基礎(chǔ)上，選取錨頭銹蝕最為嚴(yán)重的3束預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲進(jìn)行開(kāi)窗破損檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)、計(jì)算和分析，所檢3束預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲永存預(yù)應(yīng)力平均約為390～550 MPa之間，達(dá)不到設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力要求，建議采取相應(yīng)處理措施。試驗(yàn)表明，破損試驗(yàn)檢測(cè)法能較好地獲得預(yù)應(yīng)力鋼絲內(nèi)永久預(yù)應(yīng)力大小，同時(shí)獲得所檢預(yù)應(yīng)力束工作界面的真實(shí)情況，可為混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)永久預(yù)應(yīng)力大小檢測(cè)提供一種有效的試驗(yàn)檢測(cè)模式。

橫向預(yù)應(yīng)力束;永久預(yù)應(yīng)力;破損檢測(cè)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)是現(xiàn)代橋梁工程的核心技術(shù)之一［1］，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在現(xiàn)代橋梁建設(shè)中占主導(dǎo)地位，被廣泛應(yīng)用于橋梁工程。在橋梁運(yùn)營(yíng)中，在荷載長(zhǎng)期作用、疲勞效應(yīng)及材料老化等因素的耦合影響下，再加上自然災(zāi)害、環(huán)境侵蝕以及交通事故等人為因素的影響，橋梁預(yù)應(yīng)力束內(nèi)永存預(yù)應(yīng)力可能下降，影響橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，給橋梁造成嚴(yán)重的安全隱患［2］。預(yù)應(yīng)力損失是影響預(yù)應(yīng)力橋梁安全的最主要的因素之一，了解并掌握預(yù)應(yīng)力橋梁的永久預(yù)應(yīng)力大小是評(píng)價(jià)橋梁工作性能的關(guān)鍵。

現(xiàn)有的關(guān)于永存預(yù)應(yīng)力大小判定的方法分為計(jì)算預(yù)測(cè)法及試驗(yàn)檢測(cè)法兩大類。計(jì)算預(yù)測(cè)法包含灰色理論模型分析法、概率模型分析法［3］、理論推導(dǎo)法［4－6］等，試驗(yàn)檢測(cè)法包含動(dòng)力測(cè)試法、應(yīng)力釋放法［8］等。由于結(jié)構(gòu)內(nèi)永久預(yù)應(yīng)力大小確認(rèn)的復(fù)雜性，目前，國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有一種方法能夠較準(zhǔn)確的檢測(cè)出結(jié)構(gòu)的永久預(yù)應(yīng)力大小。

本文以湘江銀盆嶺大橋?yàn)楣こ瘫尘?，在?duì)銀盆嶺大橋主橋斜拉橋及河?xùn)|、河西頂推梁橋共3 301根橫向預(yù)應(yīng)力束外觀病害進(jìn)行普查的基礎(chǔ)上，選取錨頭銹蝕最為嚴(yán)重的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)研究，綜合評(píng)估其橫向預(yù)應(yīng)力束永久預(yù)應(yīng)力情況。研究采取破損檢測(cè)法進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果表明，破損試驗(yàn)檢測(cè)法能較好的獲得預(yù)應(yīng)力鋼絲內(nèi)永久預(yù)應(yīng)力大小，同時(shí)獲得所檢預(yù)應(yīng)力束工作界面的真實(shí)情況，可為國(guó)內(nèi)外其它類似橋梁永久預(yù)應(yīng)力大小檢測(cè)評(píng)估提供一種有效的試驗(yàn)檢測(cè)手段。

1 試驗(yàn)研究概況

表1 2011年3月7日長(zhǎng)沙天氣情況表Table 1 The weather situation in Changsha on March 7，2011

圖2 左幅246號(hào)點(diǎn)錨頭銹蝕情況Fig.2 The corrosion situation of anchor head No.919#

長(zhǎng)沙湘江銀盆嶺大橋，又稱湘江二橋，位于湖南省長(zhǎng)沙市城北，東起伍家?guī)X，與波隆立交橋相接，向西跨越湘江，與銀北立交橋相接，連通319國(guó)道。大橋全長(zhǎng)3 616.66 m，其中正橋(包括東引橋+主橋+西引橋)共92孔，總長(zhǎng)2 355.94 m。匝道橋全長(zhǎng)365.78 m，非機(jī)動(dòng)車道橋梁全長(zhǎng)894.94 m。東引橋機(jī)動(dòng)車道60孔，全長(zhǎng)1 049.66 m。主橋主跨為雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，建成之初為我國(guó)跨度最大的雙塔單索面斜拉橋。

湘江銀盆嶺大橋橫向采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲，河?xùn)|、河西頂推連續(xù)箱梁橋和預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋的橫向預(yù)應(yīng)力均采用24ΦS5預(yù)應(yīng)力鋼絲，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fptk=1 600 MPa。橫向預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲能夠有效加強(qiáng)橋梁的橫向聯(lián)系，增加翼緣板懸臂端的抗彎能力，并有效預(yù)防橋面縱向裂縫的產(chǎn)生。橫向預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲內(nèi)預(yù)應(yīng)力的損失程度，對(duì)橋梁的整體結(jié)構(gòu)性能有較大影響，因此對(duì)橋梁橫向預(yù)應(yīng)力束內(nèi)永存預(yù)應(yīng)力大小的測(cè)試研究具有重要的意義［9］。

試驗(yàn)選取橫向預(yù)應(yīng)力錨頭銹蝕最為嚴(yán)重的3束預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲進(jìn)行開(kāi)窗破損檢測(cè)，3個(gè)測(cè)點(diǎn)的位置示意圖如圖1所示，其編號(hào)分別為左幅246號(hào)(3號(hào)墩向西2.1 m處)，右幅919號(hào)(9號(hào)墩向西100.8 m 處)，1092 號(hào)(10 號(hào)墩向西 83.1 m 處)。這3個(gè)錨頭的外觀情況如圖2～4所示。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲應(yīng)力－應(yīng)變測(cè)試受環(huán)境影響較大，在雨天或者潮濕情況下無(wú)法準(zhǔn)確的測(cè)得所要的數(shù)據(jù)。當(dāng)天溫度、風(fēng)力狀況見(jiàn)表1。

圖1 開(kāi)窗檢測(cè)的3束預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲位置示意圖Fig.1 Location diagram of the 3 bunch of prestressed steel wires

圖3 右幅919號(hào)點(diǎn)錨頭銹蝕情況Fig.3 The corrosion situation of anchor head No.246#

圖4 右幅1092號(hào)點(diǎn)錨頭銹蝕情況Fig.4 The corrsion situation of the anchor head No.1092#

2 試驗(yàn)研究方法及實(shí)施步驟

本次試驗(yàn)研究采用開(kāi)窗破損檢測(cè)法進(jìn)行，在預(yù)應(yīng)力鋼絲上貼電阻應(yīng)變片，割斷預(yù)應(yīng)力鋼絲進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試，最后轉(zhuǎn)化為應(yīng)力。其主要步驟如下:

(1)在橋面相應(yīng)位置鉆取80 cm×80 cm的天窗(開(kāi)窗位置見(jiàn)表2)，并切開(kāi)鋪裝路面的鋼筋網(wǎng);

(2)切開(kāi)預(yù)應(yīng)力波紋管，選取預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲在其表面用砂紙打磨，使其光亮且沒(méi)有銹坑，并用吹風(fēng)機(jī)吹干;

(3)用502膠將電阻應(yīng)變片粘貼于打磨光亮處，用手按壓3～4 min，直至完全粘貼后放開(kāi);

(4)用電烙鐵將電阻應(yīng)變片引線與靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀(DH3818)連接，并進(jìn)行截前測(cè)試;

(5)最后用砂輪切割機(jī)切斷所選預(yù)應(yīng)力鋼絲，在靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀上讀數(shù)并記錄。

表2 開(kāi)窗位置信息表Table 2 Information of the window location

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況及數(shù)據(jù)

3.1 左幅246號(hào)點(diǎn)檢測(cè)情況及結(jié)果

開(kāi)窗后，246號(hào)點(diǎn)波紋管有部分破裂銹蝕。切開(kāi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線波紋管，波紋管內(nèi)部含有銹水，較為潮濕。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲表面銹蝕，波紋管灌漿不飽滿(見(jiàn)圖5)。用砂紙打磨后預(yù)應(yīng)力鋼絲情況(見(jiàn)圖6)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 左幅246號(hào)測(cè)試數(shù)據(jù)Table 3 The test data of the 246#bundle

圖5 左幅246號(hào)銹蝕，灌漿不飽滿Fig.5 The appearance of the left 246#

3.2 右幅919號(hào)點(diǎn)檢測(cè)情況及數(shù)據(jù)

開(kāi)窗后，右幅919號(hào)內(nèi)部波紋管有部分破裂銹蝕。切開(kāi)波紋管，其內(nèi)部灌漿不飽滿，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲表面略微銹蝕(見(jiàn)圖7)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中，919－2號(hào)鋼絲上的電阻應(yīng)變片撕裂，沒(méi)有測(cè)得最后讀數(shù)。

3.3 右幅1092號(hào)點(diǎn)測(cè)試情況及數(shù)據(jù)

開(kāi)窗后，右幅1092號(hào)點(diǎn)波紋管內(nèi)輕微積水，波紋管內(nèi)部灌漿不飽滿。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲表面銹蝕，其中有兩根高強(qiáng)鋼絲已經(jīng)松動(dòng)(見(jiàn)圖8)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

圖6 左幅246號(hào)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲外觀Fig.6 The appearance of the left 246#

圖7 右幅919號(hào)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲外觀Fig.7 The appearance of the right 919#

表4 右幅919號(hào)點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)Table 4 The test data of the 919#bundle

表5 右幅1092號(hào)點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)Table 5 The test data of the 1092#bundle

圖8 右幅1092號(hào)高強(qiáng)鋼絲外觀Fig.8 The appearance of the right 1092#

4 永久預(yù)應(yīng)力計(jì)算與分析

長(zhǎng)沙湘江銀盆嶺大橋橫向采用24ΦS5預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲張拉，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)資料，對(duì)于24根原設(shè)計(jì)張力為565 kN，其預(yù)應(yīng)力鋼絲強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fptk=1 600 MPa，采用后張法施工，其張拉控制應(yīng)力為 0.75 fptk=1 200 MPa。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)束后，截取已完成測(cè)試的鋼絲，在中南大學(xué)土木工程檢測(cè)中心進(jìn)行抗拉強(qiáng)度及彈性模量實(shí)驗(yàn)，測(cè)定其抗拉強(qiáng)度和彈性模量(實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6)。根據(jù)檢測(cè)所得數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)沙湘江銀盆嶺大橋橫向采用的24ΦS5預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲其設(shè)計(jì)值與檢測(cè)值一致。結(jié)合所測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)長(zhǎng)沙湘江銀盆嶺大橋預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲永久預(yù)應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

表6 預(yù)應(yīng)力鋼絲材料性質(zhì)實(shí)測(cè)值Table 6 Measured material properties of the prestressed steel wires

表7 預(yù)應(yīng)力鋼絞線實(shí)測(cè)值Table 7 Measured values of the prestressed steel strands

根據(jù)計(jì)算、分析，開(kāi)窗破損檢測(cè)試驗(yàn)所選取的預(yù)應(yīng)力鋼絲應(yīng)力值達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

(1)所檢3束預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲永存預(yù)應(yīng)力平均約為390～550 MPa，達(dá)不到設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力要求，建議對(duì)銀盆嶺湘江大橋橫向預(yù)應(yīng)力進(jìn)行加固處理;

(2)所檢3束預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲外包波紋管內(nèi)混凝土注漿不飽滿現(xiàn)象明顯;

(3)所檢3束預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼均存在銹蝕狀況，246號(hào)，1092號(hào)銹蝕狀態(tài)評(píng)為2類，919號(hào)銹蝕狀態(tài)評(píng)為1類(銹蝕分類標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)文［7］)。

國(guó)內(nèi)類似湘江銀盆嶺湘江大橋這種長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)的預(yù)應(yīng)力橋梁有很多，在超載、自然災(zāi)害、環(huán)境腐蝕等多種因素的影響下，其內(nèi)部永久預(yù)應(yīng)力大小是否仍然滿足設(shè)計(jì)要求是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題，有必要對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的永久預(yù)應(yīng)力大小的演變規(guī)律進(jìn)行專題研究，以期能提出更合理的理論計(jì)算模型并發(fā)展更好的試驗(yàn)檢測(cè)方法。

本試驗(yàn)研究得到長(zhǎng)沙湘江伍家?guī)X橋有限公司大力支持與協(xié)助，在此表示誠(chéng)摯感謝。

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Experimental research on the permanent prestress of transverse prestressing bundle for the Xiangjiang Yinpenling bridge

LU Si-ping，HUANG Fang-lin

(School of Civil Engineering，Central South University，Changsha 410075，China)

In order to assess the situation of the permanent prestress of transverse prestressing bundle for the Xiangjiang Yinpenling Bridge(XYB)，the permanent prestress was experimentally researched.Appearance census of the diseases of a total of 3301 transverse prestressing bundles for the cable－stayed part，the east and west incremental launching girder parts of the XYB were carried out.Three transverse prestressing bundles of the most serious corrosion were detected by breaking the surface concrete.By measuring，analyzing and calculating，the permanent prestress of the measured three transverse prestressing bundles is about 390～550 MPa，which does not meet the requirement of the design tension stress.The appropriate treatment measures should be taken.The experimental results show that the real permanent prestress and the actual situation of the working interface of transverse prestressing bundle can be obtained by the damage detection method，which also provides an effective experimental detection mode for the permanent prestress of concrete structures.

transverse prestressing bundles;permanent prestress;damage inspection

U441+.5

A

1672－7029(2011)04－0024－04

2011－06－20

魯四平(1973－)，男，湖南長(zhǎng)沙人，講師，博士研究生，從事橋梁工程動(dòng)力監(jiān)測(cè)研究