緩粘結(jié)低回縮預(yù)應(yīng)力短索在箱梁橋腹板中的應(yīng)用

緩粘結(jié)低回縮預(yù)應(yīng)力短索在箱梁橋腹板中的應(yīng)用

0腹板斜裂縫及高溫預(yù)應(yīng)力混凝土體系隨著橋梁施工技術(shù)和預(yù)制施工技術(shù)的改進(jìn)，中國(guó)的預(yù)制混凝土箱梁橋廣泛應(yīng)用于三個(gè)方向（垂直、垂直和垂直）的預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)中。三向預(yù)應(yīng)力箱梁橋具有設(shè)計(jì)成熟、施工迅速、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)秀的特點(diǎn),但是由于施工過(guò)程倉(cāng)促、車(chē)輛荷載嚴(yán)重超出預(yù)期、后期養(yǎng)護(hù)不到位等原因,造成很多該類(lèi)橋梁在其服役期內(nèi)產(chǎn)生各種病害。腹板斜裂縫是目前預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋中存在的最常見(jiàn)的病害。關(guān)于箱梁橋在其使用壽命前期出現(xiàn)腹板斜裂縫的報(bào)道已屢見(jiàn)不鮮,如三門(mén)峽黃河公路大橋、東明黃河大橋、風(fēng)陵渡黃河公路大橋均在其使用壽命早期出現(xiàn)了腹板斜裂縫,而黃石長(zhǎng)江大橋更是在通車(chē)僅僅一年后便出現(xiàn)了腹板斜裂縫。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土體系既具有無(wú)粘結(jié)體系施工方便、布筋靈活的優(yōu)點(diǎn),又具備有粘結(jié)體系混凝土強(qiáng)度利用率高且更耐腐蝕的特點(diǎn)。目前環(huán)氧樹(shù)脂可以克服緩凝砂漿保質(zhì)期短、工廠化生產(chǎn)難度大等缺陷,并且環(huán)氧樹(shù)脂填充在套管和預(yù)應(yīng)力筋之間,使腐蝕介質(zhì)很難進(jìn)入,從而對(duì)預(yù)應(yīng)力筋起保護(hù)作用(圖1),這種緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的截面尺寸與無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋基本相同,因而對(duì)混凝土構(gòu)件橫截面的削弱較小。以環(huán)氧樹(shù)脂作為粘結(jié)劑的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系因其所具有的特性(可高效施加預(yù)應(yīng)力、可減小對(duì)截面的削弱、無(wú)需壓漿、耐腐蝕)而十分適用于大跨、薄壁的結(jié)構(gòu)以及需要快速施工、長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的工程項(xiàng)目。目前,緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)工業(yè)1腹板斜裂縫的變化箱梁橋腹板裂縫的開(kāi)裂角度集中在25°~45°之間,為結(jié)構(gòu)性的主拉應(yīng)力裂縫,主要出現(xiàn)在連續(xù)箱梁橋的邊孔現(xiàn)澆段、L/4截面附近或者腹板厚度變化區(qū)段。腹板斜裂縫隨著時(shí)間的推移從支座附近不斷向受壓區(qū)發(fā)展,裂縫數(shù)也不斷增加,且裂縫區(qū)逐漸向跨中方向擴(kuò)展。從裂縫的總體分布特征來(lái)看,此類(lèi)裂縫多處于與腹板內(nèi)主拉應(yīng)力垂直的方向,基本可以確定為是主拉應(yīng)力超出混凝土抗拉極限強(qiáng)度所導(dǎo)致的開(kāi)裂裂縫1.1門(mén)梁橋腹部板的垂直垂直精混合鋼鏈的固定收縮損失很大箱梁橋腹板產(chǎn)生斜裂縫的最主要原因在于豎向有效預(yù)應(yīng)力不足,甚至在局部腹板完全損失殆盡1.2豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道面積占比增1985年12月位于英國(guó)南威爾士的Ynys-yGwas橋發(fā)生倒塌,倒塌原因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力孔道灌漿質(zhì)量不足,部分縱向鋼絞線銹蝕。事后檢查發(fā)現(xiàn):38根縱向和橫向預(yù)應(yīng)力孔道中,26根孔道符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),12根孔道存在不同程度的局部空洞或全空現(xiàn)象。在國(guó)內(nèi),同樣有預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁灌漿不實(shí)的報(bào)道。錢(qián)江三橋倒塌事故發(fā)生后,國(guó)內(nèi)研究人員對(duì)錢(qián)江三橋豎向預(yù)應(yīng)力筋的壓漿質(zhì)量隨機(jī)抽檢了35根,結(jié)果表明:無(wú)漿的占71.42%;不飽滿的占11.42%;開(kāi)孔流水的占40%近年來(lái),真空灌漿技術(shù)為了追求箱梁橋的穩(wěn)定性,近年來(lái)箱梁橋的發(fā)展趨勢(shì)以寬箱薄壁為主導(dǎo)。目前大部分跨徑在100m以內(nèi)的箱梁橋腹板厚度一般從跨中的40cm左右漸變到支座處70cm左右。腹板的薄壁化趨勢(shì)使得豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道所占的截面面積比例增大。以一個(gè)50cm厚的腹板截面為例:若采用雙排布置的直徑d=32mm的精軋螺紋鋼施加豎向預(yù)應(yīng)力,則需要兩個(gè)直徑不小于64mm的孔道,豎向孔道面積占截面面積的25%左右。若考慮到縱向孔道也會(huì)通過(guò)此截面,則該比例還會(huì)進(jìn)一步增大。由于一座橋的箱梁腹板共幾百個(gè)豎向孔道,豎向孔道壓漿質(zhì)量問(wèn)題無(wú)法完全避免,因此孔道中空會(huì)對(duì)薄壁腹板帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題:一是豎向孔道壓漿不密實(shí)(尤其是全空時(shí))會(huì)減小有效受力面積,增大截面的正應(yīng)力和剪應(yīng)力2緩慢連接和低收縮預(yù)測(cè)短盒一種新型的緩粘結(jié)低回縮預(yù)應(yīng)力短索(簡(jiǎn)稱緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力短索)體系如圖2所示,應(yīng)用該體系會(huì)給預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋腹板帶來(lái)如下優(yōu)勢(shì):(1)豎向預(yù)應(yīng)力二次張拉錨固體系的研究應(yīng)用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力短索體系將有助于減小豎向預(yù)應(yīng)力損失,增大豎向有效預(yù)應(yīng)力。由于鋼絞線在傳統(tǒng)夾片式錨固體系下錨固回縮量很大,在以往的箱梁橋施工中應(yīng)用精軋螺紋鋼是施加豎向預(yù)應(yīng)力的唯一手段。但是,近年來(lái)出現(xiàn)了一種新型的二次張拉低回縮鋼絞線豎向預(yù)應(yīng)力短索錨固體系常用鋼絞線的極限抗拉強(qiáng)度為1860MPa,施加豎向預(yù)應(yīng)力的精軋螺紋鋼的極限抗拉強(qiáng)度一般為930MPa,且預(yù)應(yīng)力鋼絞線的彈性模量較螺紋鋼更低。這就使得在充分利用其極限抗拉強(qiáng)度的情況下,鋼絞線的張拉伸長(zhǎng)量為精軋螺紋鋼的張拉伸長(zhǎng)量2倍左右。因此當(dāng)鋼絞線采用低回縮錨固體系時(shí),其錨固回縮量與張拉伸長(zhǎng)量的比值會(huì)顯著小于精軋螺紋鋼體系的錨固回縮量與張拉伸長(zhǎng)量比值,更利于有效預(yù)應(yīng)力的保存。二次張拉低回縮鋼絞線豎向預(yù)應(yīng)力短索錨固體系在文明特大橋箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力施工中得到了采用。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工檢測(cè)發(fā)現(xiàn),文明特大橋短束鋼絞線豎向預(yù)應(yīng)力二次張拉后的損失基本在10%左右(2)預(yù)應(yīng)力筋的使用應(yīng)用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力短索不存在豎向壓漿質(zhì)量問(wèn)題。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋采用了在聚乙烯護(hù)套和鋼絞線之間填充環(huán)氧樹(shù)脂的粘結(jié)方式,因此在早期也被稱為預(yù)灌漿預(yù)應(yīng)力筋。使用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋可以保證所有的豎向預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)可靠,耐久性能良好。此外,采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系能在現(xiàn)場(chǎng)施工中節(jié)省豎向孔道壓漿的全部工時(shí),這對(duì)于追求高效施工也是有益的。(3)第二、壓力大的緩粘結(jié)鋼絞線應(yīng)用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力短索技術(shù)可減少對(duì)控制截面的削弱,這來(lái)自于兩個(gè)方面:一是緩粘結(jié)筋在控制截面內(nèi)占用的面積將遠(yuǎn)小于精軋螺紋鋼,如一根直徑為28.6mm的19股緩粘結(jié)鋼絞線(公稱截面面積為532.4mm3豎向預(yù)應(yīng)力監(jiān)控《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》(JTGD62—2012)(簡(jiǎn)稱混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范)中的豎向預(yù)應(yīng)力計(jì)算公式如下:式中:σ其中σ解決豎向預(yù)應(yīng)力不足的關(guān)鍵問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力短索測(cè)控一體,通過(guò)對(duì)張拉過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控來(lái)提高張拉質(zhì)量。下文將給出緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力短索基于測(cè)控一體的張拉方法,測(cè)控一體張拉系統(tǒng)的必要組成部分除了受力單元外,還必須將數(shù)控千斤頂和位移傳感器相結(jié)合,通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控張拉力與位移的相關(guān)關(guān)系,并要求主機(jī)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算分析和力-位移曲線擬合。3.1單次張拉施工由于必須保證錨杯中螺紋與支承螺母咬合長(zhǎng)度符合要求,而短索的張拉伸長(zhǎng)量則與其長(zhǎng)度成正比,因此需首先針對(duì)短索的長(zhǎng)度進(jìn)行判別,當(dāng)符合下式時(shí)可進(jìn)行單次張拉作業(yè),否則應(yīng)進(jìn)行二次張拉作業(yè):式中:H以螺紋有效高度H緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力短索單次張拉的安裝示意圖見(jiàn)圖3,單次張拉的施工工序是:張拉鋼絞線至0.5σ在張拉過(guò)程中,應(yīng)持續(xù)測(cè)量張拉伸長(zhǎng)量和張拉力。當(dāng)以拉線式或反射式位移傳感器測(cè)量千斤頂缸體位置變化值作為測(cè)量手段時(shí),測(cè)量公式如下:式中:ΔL為張拉實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量,mm;ΔL張拉理論伸長(zhǎng)量即為從0.5σ需要強(qiáng)調(diào)的是,在張拉過(guò)程中不可省略“張拉鋼絞線至0.5σ3.2伸長(zhǎng)量的檢測(cè)對(duì)于箱梁橋靠近支座的部位,其豎向索長(zhǎng)度增長(zhǎng)較快,故其ΔL緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力短索二次張拉的順序是:張拉鋼絞線至設(shè)計(jì)的應(yīng)力值0.8σ其中,前三步為第一次張拉的張拉過(guò)程,其后為第二次張拉過(guò)程。由于第一次張拉的過(guò)程主要作用是為第二次張拉消除部分張拉伸長(zhǎng)量,因此,不必過(guò)于關(guān)注該次張拉過(guò)程中的力與伸長(zhǎng)量是否匹配的問(wèn)題,只需要滿足下式要求即可:式中:ΔL式(4)的要求等同于單次張拉過(guò)程中加載至0.5σ第二次張拉過(guò)程中應(yīng)持續(xù)測(cè)量張拉伸長(zhǎng)量和張拉力,此時(shí)測(cè)量公式如下:式中:ΔL為張拉實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量,mm;ΔL由于第一次張拉后鋼絞線中已存在較高的預(yù)應(yīng)力,第二次張拉理論伸長(zhǎng)量計(jì)算公式如下:式中:ΔLσ將實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量與理論伸長(zhǎng)量進(jìn)行比較,其誤差應(yīng)在1mm之內(nèi),否則,應(yīng)暫停張拉,待查明原因后方可繼續(xù)張拉施工。3.3張拉體系的預(yù)期目標(biāo)采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力短索體系會(huì)使鋼絞線的錨固回縮量得到極大的控制,錨固回縮損失小于使用精軋螺紋鋼體系的錨固回縮損失,提高了豎向有效預(yù)應(yīng)力σ采用了測(cè)控一體的張拉方法能大幅減小張拉誤差,在張拉誤差減小后,同一組箱梁橋腹板中豎向預(yù)應(yīng)力筋有效預(yù)應(yīng)力的方差將會(huì)得到很好的控制。這就可以使整組箱梁橋腹板中的豎向預(yù)應(yīng)力在完成全部損失后,與設(shè)計(jì)者計(jì)算的結(jié)果更為吻合。該體系的預(yù)期目標(biāo)是使式(1)中的折減系數(shù)從0.6提高到0.9。綜上所述,基于測(cè)控一體的緩粘結(jié)低回縮預(yù)應(yīng)力短索體系可以大幅提高箱梁橋腹板在使用階段的存留有效預(yù)應(yīng)力。4預(yù)應(yīng)力短索體系在橋梁施工中的效果將基于測(cè)控一體的緩粘結(jié)低回縮預(yù)應(yīng)力短索體系應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋,會(huì)給其帶來(lái)以下優(yōu)勢(shì):1)大幅提高箱梁橋腹板在使用階段的存留有效預(yù)應(yīng)力;2)較小直徑的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋減小了對(duì)構(gòu)件截面的削弱;3)外覆環(huán)氧樹(shù)脂和聚乙烯護(hù)套使得緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力短索體系在橋梁中擁有良好的耐久性;4)應(yīng)用目前橋梁施工中的張拉設(shè)備即可完成基