预应力混凝土弧形箱梁预应力损失的质量控制.pdf

预应力混凝土弧形箱梁预应力损失的质量控制水 秦灏 上海市机械施工集团有限公司 上海 2 0 0 0 7 2 【 摘要 】 预应力混凝土张拉施工中导致预应力损失的原因很多，且大部分因素是相互影响的，所以。准确计算预应力 的各项损失值是一项复杂的工作。结合昆山市中环快速化改造工程张家港大桥预应力混凝土弧形箱梁施工实例 ，通过 对预应力进行检测并和理论值比较 ，准确地估算出在施工过程中的预应力损失值 ，并采取相应的减少预应力损失的措 施。合理地配置预应力筋，确保了桥梁结构的安全。 【 关键词 】 昆山市中环快速化改造工程 预应力混凝土弧形箱梁 预应力损失 原因分析 质量控制 【 中图分类号 】 T U 9 9 7 【 文献标识码 】 B 【 D 0 l 】 1 0 1 4 1 4 4 j c n k i j z s g 2 0 1 5 0 2 0 1 2 Qu a l i t y C o n t r o l o v e r P r e s t r e s s L o s s i n P r e s t r e s s e d Co n c r e t e Cur v e d Bo x Gi r d e r * Qi n Ha o Sh a n g h a i Me c h a n iz e d Co n s t r u c t io n Gr ou p Co ， L t d Sh a n g h a i 2 0 0 0 7 2 Ab s t r a c t ： Th e r e a r e man y r e a s o n s f or l h e p r e s t r e s s l O S S i n t e n s i o n i n g o f l h e p r e s t r e s s e d c o n c r e t e a n d mo s t o f t h e s e f a c t o r s ar e mu t u a l l y - i n fl u e n t i a 1 t h e r e f o r e t h e a c c u r a t e c a l c u l a t i o n o f p r e s t r e s s lO S S v a lu e i S a c o mp l i c a t e d wo r k Co mb i n e d wi t h t h e c o n s t r u c t i o n o f Z h a n g j i a g a n g b r id g e p r e s t r e s s e d c o n c r e t e c u r v e d b o x g i r d e r f o r K u n s h a n c i t y mi d d l e r i n g e x p r e s s wa y r e c o n s t r u c t io n p r o j e c t ， w e d e t e c t t h e p r e s t r e s s a n d h a v e it c o mp a r e d w i t h t h e t h e o r e t i c a l v a l u e ， w e a c c u r a t e ly e s t i ma t e t h e p r e s t r e s s IO S S v a l u e d u r i n g t h e c o n s t r u c t i o n S O a s t o t a k e c o r r e s p o n d i n g me a s u r e s for r e d u c i n g t h e p r e s t r e s s l O S S a n d we h a v e t h e p r e s t r e s s e d r e i n f o r c e me n t r e a s o n a b l y p r e p a r e d S O a s t o en s u r e t h e s t r u c t u r a l s a f e t y o f t h e b r i d g e K e y wo r d s ： K u n s h a n c i t y mi d d l e r i n g e x p r e s s w a y r e c o n s t r u c t i o n p r o j e c t p r e s t r e s s e d c o n c r e t e c u rve d b o x g i r d e r p r e s t r e s s lO S S r e a s o n a n a l y s i s q u a l it y c o n t r o I 1 工程概况 在 现有 的桥梁 中 ，预 应力 混 凝 土桥 梁 已 占较大 比 重 ，预应 力损失 的研究 对于桥梁 的整体性能 的影响更加 突 出。 在预应 力施 工及运 营过程 中 ，由于各种原 因导致 的 预应 力损失 能达到2 0 3 0 ，曲线 段 的预应 力损失则 更加严重 。 此次研究 背景是 昆山市中环快速化改造 工程 的张家 港 大桥左 幅I 辅 道第4 联 ，左幅 ( I 幅 ) 位于R = 6 8 3 8 7 5 m， L s = 8 1 4 i n 的平曲线上 ，桥梁宽度2 0 m，主桥孔跨3 8 8 5 in + 6 5 m+3 8 8 5 m，使用挂篮法施工。 桥梁 的上部 箱梁采用 C 5 0 混凝 土 ，设 置纵 向预应力 束 ，根据位置及功能的不 同，分别设置腹板束 、顶板束和 底板束 。 主桥箱梁腹板束及顶板束根据块件的划分在每个节段 注：本项 目为上海建工集团股份有限公司重点科研项目课题， 课题编号为1 2 J C S F 一 0 1 。 锚 固，两端张拉 ；合拢束布置在合拢段附近范围内，在箱 梁顶底板设置齿块两端张拉。横梁均设置横 向预应力束 ， 单端或两端张拉。 主桥以及引桥箱梁悬臂长度分别为4 0 m 及3 8 m，主桥 有悬臂过渡段 ，在箱梁顶板设置横 向预应力 ，3股一束 ， 间距5 0 c m，一端锚固 ，一端张拉 ，交替布置。根据图纸要 求，纵向预应力钢束采用按G B T 5 2 2 4 -2 0 0 3 标准生产的钢 绞线 ( E = 1 9 5 X l 0 MP a ， n k ： l 8 6 0 M P a )，锚下张拉控制 应力为0 7 5 = 1 3 9 5 M P a ；箱梁横 向预应力钢束采用按G B T 5 2 2 4 - 2 0 0 3 标准生产 的低松弛2 7 0 级钢绞线 ，弹性模量 E = 1 9 5 1 0 M P a ，抗拉强度标准值f n k = 1 8 6 0 M P a ，张拉控 制应力为0 7 ， n l( = 1 3 0 2 M P a ；竖向预应力钢筋为抗拉强度标 准值不小于7 8 5 M P a 的精轧螺纹粗钢筋 ，张拉时以张拉力为 主要控制，锚下张拉力控制在为5 4 0 k N 。 由于仪器选择的局限性 ，本次研究对施工过程 中预应 力损失的测量方法采用 间接测量的压应变法，将应变计直 接埋入混凝土中 ，对混凝土的应变反应 比较灵敏 ，可 以很 好地测量混凝土的应变情况 。 通 过 以前测试经验 和对 国 内元件及仪器综合分析 比 较 ，混凝土内部埋人式钢弦计决定选用Z X 2 1 5型混凝土钢 2 0 1 5 2 B u il d i n g C o n s t r u c t i 。 n 圜 一 一 一 一 槲 一 一 一 婀 童 塑 ：翌 皇 圭 堕 壁 塑 垦 兰 望 ： 弦式应变传感器。本次研究中的应变数据来 自第三方对张 家港大桥的监控报告 。 2 预应力损失的组成 对 于后 张法预应力混凝土构件 的预应 力损失 ，设计 规范规定应考虑以下 因素 ：预应力钢筋与管道间之间的摩 擦引起 的应力损失 6 主要因素是管道是否清理干净 、管 道是否有弧度 ；锚具变形 、钢筋 回缩和接缝压缩引起的应 力损失 艿 ；混凝土的弹性压缩引起的应力损失 ；预应 力钢筋的应力松弛引起的应力损失 6 ；混凝土收缩和徐变 引起 的应力损失 艿 。 目前 有 关 预 应 力 损 失 的计 算 方 法 大 体 上 可 分 为 3类 ：预应力总损失估算法 ；分项预应力损失计 算法 ； 精确估算法。 本 次研究 使用分项预应力损失计算 法 ，由之前研究 经验得 ，预应力 总损失 中管道摩擦 、管道局部偏差和 锚具 回缩所引起 的损失占到的 比例为7 0 8 0 ，混凝土 收缩 、徐变损失 和由于预应 力筋松弛引起的损失各 占大 概1 0 ，这就是常规预应力混凝土构件中的预应力损失情 况。而本次研究的对象位于平曲线上 ，所以此次曲线段预 应力损失研究 的重点为预应力筋和管道间的摩擦损失 。 3 预应 力损 失的原 因分析 1 )预应力钢筋与管道 问摩擦引起 的应力损失 5 】 。后 张法张拉预应力钢筋时 ，由于管道弯曲 、管道尺寸成形偏 差 、孔壁粗糙 、预应力筋表面粗糙等原因，使预应力筋与 孔壁之间产生摩擦阻力 ，使远离张拉端的预应力筋的预拉 应力逐 渐减小 。在任意两个截 面之 间预应力筋的应力差 值 ，就是此截面间由摩擦引起 的预应力损失值。从张拉端 至计算截面的摩擦损失值，以 艿 ， 表示。 2) 锚具变形和钢筋 内缩引起 的应力损失 。预应力钢 筋张拉后锚 固时，对于纵向腹板束 中1 7孔张拉端锚具将 受到最大3 3 2 0 k N 拉力 ，这样大的应力一方面使锚具本 身及锚具下垫板压密产 生变形 ；另一方面混凝土结构 的 接缝缝隙在压力 的作用下也将 压密变形 。这些变形导致 预应力钢筋 向内回缩 ，产生预应力损失 ，其值 随钢筋 为 直线或 曲线形面而有所不 同。以上因素造成的预应力损失 以 6 表示。 3 )混凝土 弹性压缩所 引起 的应力损失 。预应力混凝 土构件受到预压力后 ，会立即产生弹性压缩应变 ，此时已 与混凝土构件共同作用的预应力筋 ，会产生与相应位置处 混凝土一样 的压缩应变 ，因而产生预应力损失 ，这种应力 损失称为混凝土弹性压缩损失 8 由于本段施工中挂篮每 块是分批张拉 、锚 固的，预应力筋将 引起混凝土的弹性压 缩 ，并造成先张拉预应力筋的应力损失 。但在之前的研究 衄建 筑 施 工 第 3 7 卷 第 2 醐 中发现这种损失对于预应力筋总损失可以忽略不计。 4)预应力筋 松弛 引起 的应力 损失 。由于本 工程 中 有 6= 0 7 5 f p 和 6= 0 7 f ， 两 种情况 ，且都 符合 ， t0 5， n k ，因此需要考虑预应力筋松弛引起的损失 。挂篮 施工处 的纵 向、横 向钢绞线 以及竖 向精轧 螺纹粗 钢筋在 锚 固后 ，在持久不变的应力作用下 ，会产生随荷载持续时 间延长而增加的徐变 ；当把预应力筋张拉到一定 的应力值 后 ，其长度 固定不变 ，则预应力筋中的应力将会随时间的 延长而降低 ，一般把预应力筋的这种现象称为松弛或应力 松弛。 5 )混凝 土的收缩和徐变引起的应力损失 。本工程 中 I 辅道第4 联使用的是C 5 0 混凝土 ，由于混凝土是一种复合 材料 ，它随着时间的推移会发生错综复杂的物理和化学变 化 ，徐变与收缩是混凝土材料的固有特性。在预应力作用 下 ，由于混凝土的收缩与徐变使构件的长度缩短 ，预应力 筋也随之缩短 ，将造成预应力损失。 4 实测结果与分析 4 1 施工过程中监控测点布置 主梁应力监测截面及测点横断面布置如图1 所示。由于 实际施工中受结构 自重 、挂篮和支架刚度 、施工荷载等复 杂因素的影响 ，可根据结构的实际状况 ，对某些截面进行 适当的调整。 边跨合拢段 块端头 ( 嗽 端头 z l中跨1 2 f嫩 端头 f 瞰 端头 边跨 l ，2 昌 皋 样 凸 舱 ( 8) 斑力监测截面布髓 ( b)A I A 4、 B I 、B 2 、Z I 截埘测点布鼹 ( c )Z 2 截面测点布毋 图 1 应力测点布置 A 1 A 4 截面主要监测主墩附近截面箱梁顶面和底面的 正应力情况 ；B 1 、B 2 截面主要监测边跨跨 中箱梁顶 面和底 面的最大正应力 ，以判断桥梁实际内力是否与设计相符； z 2 截面主要监测 中跨附近截面腹板的应力及横向应力 ，以 考察预应力是否张拉到位 ；Z 1 截面主要为加强 中跨合拢段 的监测而设 ，主要监测中跨合拢段预应力张拉后主跨跨 中 附近截面的应力情况。 壅 塑 鳖 圭 翌 堕 损 失 的 质 量 控 制 4 2 实测结果与理论值 比较 悬浇阶段主要对悬臂根部A1 A 4 截面的正应力进行监 测 ，由监测数据看 出，实测值和理论值的发展趋势基本相 同。张拉 阶段应力实测值与理论值较为接近 ，且基本损失 率大致为2 0 3 0 ，符合理论经验。本研究为施工过程 减小预应力损失提供了依据 ，尤其是短期预应力损失与弹 性变形损失 ，为施工过程 中采用分阶段 ( 即预张拉 、初张 拉 、终张拉 )和超张拉 的手段来减小预应力损失提供 了可 靠的数据 。 5 减少预应力损失的措施 1 ) 减少 艿 ， ， 的措施 ：采用两端张拉 。对于纵向对称的 预应力筋 ，预应力损失最大的位置一般在跨 中截面 ，若采 用两端张拉 ，则理论计算中结果减小 ；采用超张拉工艺。 张拉端的应力增大 ，则传到跨 中截 面的预应力也增大 。当 张拉端的应力恢复到控制应力时 ，由于受到反 向摩擦力的 影响 ，预应力筋的回松力并没有传到跨中截面 ，这样跨中 截面仍保持较大的超拉应力 ；并且在预应力 表面涂 上润滑 剂 。 2)减少 6 的措施 ：选择锚具变形 、预应力筋 回缩量 小 即强度 和刚度 比较大的锚具 、夹具 ；尽量减少垫板的块 数。 3) 减少 艿 的措施 ：由于在预应力 总损失中可忽略不 计 ，则该处不予研究。 4 ) 减少 艿 的措施 ：采用超张拉 的方法。 5) 减少 的措施 ：采用早强高等级混凝土 ，以减少 水泥用量 ；采用级配 良好的骨料及掺加高效减水剂 ，减少 水灰比；振捣密实 ，加强养护。 6 预应力结构施工质量控制 6 1 前期准备阶段的质量控制 1 ) 预应力钢绞线的选择。钢绞线预应力筋是由多根钢 丝在绞线机上成螺旋形绞合 ，经消除应力回火处理而成 ， 具有承载力大 、柔韧性好 、施工方便等特点 。在选择预应 力 钢绞线上 ，必须 考虑多方面 因素 ，包 括钢绞线 的松散 性 、断裂荷载 、伸长率 、屈服荷载以及非常重要的几何参 数 ，最终保证质量。 2) 预应力锚具 的选择。锚具是构件中为保持预应力筋 的拉力并将其传递到混凝土上所用 的永久性锚固装置。在 选择时必须注意其质量 ，宜选择锚力变化多 、吨位大 、穿 索方便 、应力损失小 、重复张拉 和链接较方便的锚具 ，在 品种规格上也要严格控制。 6 2 施 工过程 中的质 量控制 1 ) 预应力张拉设 备的质量控制 。在施 加预应力之前 必须对张拉设 备进行仔细的核查 。千斤顶及配套的油泵和 油压表一起核查 ，核查时千斤顶的活塞运行方向要与实际 张拉作业的状态相一致 ，为保证 张拉设备的可靠 ，配用预 应力千斤顶的额定张拉值应 比预应力控制张拉力大3 0 以 上。当千斤顶使用超过半年或在使用过程中出现不正常现 象，必须再次进行校核 。 2) 张拉作业的质量控制。在预应力混凝土的施工过程 中，按照规范和要求 ，预应力钢绞线采用张拉力和伸长量 双控张拉措施进行 ，因此 ，除了千斤顶的压力表上 的读数 控制外 ，也必须保证实测的钢绞线伸长量的误差范 围不超 出理论计算值 的6 。 3 ) 预应力孔道压浆质量控制。预应力孔道压浆有保护 预应力筋不被锈蚀和保证预应力筋与结构共同工作的重要 作用。在实际操作过程中 ，预应力 的孔道压浆经常会 出现 不饱满 、不密实的问题 ，漏浆和漏灌现象也很普遍 ，如果 不及时解决会给结构 的整体安全带来很大隐患。因此 ，这 要求技术部门尽快改进压浆工艺 ，提高留孔质量 ，完善浆 体配置 ；另一方面施工单位也要加强对孔道压浆工序的重 视 ， 保证整个工序的质量。 7 结语 预应 力技术之所 以得 到快 速的推广应用是 因其用途 广泛 ，但预应力张拉施工工艺相对较复杂 ，施工工艺专业 性要求高 ，预应力在结构施工及使用 中会产生损失 ，并且 其影响因素也比较复杂 。为了有效地发挥预应力构件的优 点 ，应能合理地控制预应力损失 ，并通过不断地总结施工 经验 ，进一步提高施工工艺 ，这样才能使其更好地服务于 建设工程。 参 考 文 献 1 赵博 预应力混凝土箱梁桥的预应力损失成因及控制 J l 山西建筑 2 0 1 0 ( 1 3 ) ：3 2 6 - 3 2 8 2 胡其龙 浅析 预应力损失及质量 控制措施 J l 工程与建设 ， 2 01 4 ( 1 ) ： 1 7 1 9 3 沈明燕， 钟新谷， 刘学伟 昆 凝土箱梁腹板竖向预应力损失的模型试验 研究 J 】 l工程力学，2 0 1 0 ( 9 ) ： 1 6 8 1 7 4 4 毕莹莹， 苏鑫 预应力钢筋砼的损失与减小措施总结 J 】 价值工程， 2 0 1 1 ( 2 0 ) ： 9 6 9 7 5 】 陈博， 刘德坤 ， 王科 预应 力混凝土T 梁 的预应 力损失 J 公路工 程， 2 0 1 2 ( 3 ) ： 2 4 1 2 4 4 6 钟宁， 霍晓春， 张雪松， 等精轧螺纹钢竖向预应力损失监测及其原因 分析 J 公路交通技术， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 1 0 0 1 0 3 7 唐维东 超长预应力束张拉损失分析及预应力连接工艺 J l科技资 讯 2 0 1 3 ( 2 7 ) ：4 7 8 】 徐 岳栋 桥 梁箱梁 腹板 竖向预 应力 质量 控制分 析 J 】中国科技博 览 2 0 1 2 ( 2 5 ) ：3 6 2 3 6 3 2 0 1 5 _ 2 _ B u il d in g C o n s t r u c t i 。 n 圜