預(yù)應(yīng)力施工對鐵路客運(yùn)專線箱梁線形控制的影響

預(yù)應(yīng)力施工對鐵路客運(yùn)專線箱梁線形控制的影響

京石鐵路專業(yè)線路最大運(yùn)營速度為350km。h、使用壽命為100年。公司對箱梁的線性控制要求非常嚴(yán)格。對二期恒載160kN/m~180kN/m的32m后張箱梁而言,扣除梁體836.8t自重后預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的上拱度為11.53mm~11.64mm,終張拉30d上拱度最大為10.5mm,靜活載撓度最大為跨度的1/5278~1/5107,因此對箱梁線形控制的最重要因素——施工中的預(yù)應(yīng)力瞬時(shí)損失進(jìn)行分析,制訂切實(shí)可行的控制措施將有效地提高箱梁質(zhì)量。1預(yù)測預(yù)測立即損失的分析1.1梁體應(yīng)力松弛l3、l3根據(jù)預(yù)應(yīng)力損失的時(shí)效來分,有瞬時(shí)損失和長期損失。其中瞬時(shí)損失主要是管道摩阻σL1、錨具變形和力筋回縮σL2、臺(tái)座與力筋間的溫度差σL3、混凝土的彈性壓縮σL4;長期損失主要是力筋的應(yīng)力松弛σL5、梁體混凝土的收縮和徐變?chǔ)襆6。其中溫度差損失是針對先張梁而言,本文中僅討論后張梁的預(yù)應(yīng)力瞬時(shí)損失σL3,即σL1、σL2、σL4。1.2管道摩阻損失后張梁每100孔要進(jìn)行一次管道摩阻、錨口摩阻損失現(xiàn)場測試,涿州制梁場的三次測試結(jié)果見表1,設(shè)計(jì)方根據(jù)測試報(bào)告核算并調(diào)整了理論錨下控制應(yīng)力,從而防止計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失偏小帶來結(jié)構(gòu)安全隱患。根據(jù)TB10002.3-2005,管道摩阻損失按式1計(jì)算:式中σL1為管道摩阻損失;σcon為錨下控制應(yīng)力;θ為曲線包角;x為管道長度;μ為力筋與管道壁之間的摩擦系數(shù);為k每m管道對其設(shè)計(jì)位置的偏差系數(shù)。后張梁張拉時(shí),由于力筋與管道壁接觸并沿管道滑動(dòng)而產(chǎn)生摩擦阻力,摩阻損失可分為彎道影響和管道走動(dòng)影響兩部分。顯然,曲線段比直線段的管道摩阻損失大得多。力筋過長或彎曲過多都會(huì)造成力筋的管道摩擦損失,特別是彎曲多、彎曲半徑小、彎曲角度較大的力筋,在兩端張拉時(shí)中段的有效預(yù)應(yīng)力損失很大。另外管道在錨口處也存在應(yīng)力損失,有力筋與錨圈口之間的摩擦、力筋在錨下墊板喇叭口處因彎折產(chǎn)生的摩擦。采用因素分析法對220孔箱梁的管道摩阻損失影響因素進(jìn)行排查,主要影響因素見表2。1.3前張梁力筋受力分析由錨具變形和力筋回縮引起的應(yīng)力損失按式2計(jì)算:后張梁的管道空間曲線較復(fù)雜,是由多段不同曲率的曲線組成的,因此必須考慮管道壁的反向摩阻,此時(shí)可按式3變形協(xié)調(diào)條件來分段計(jì)算:式2,式3中σL2為錨具變形和力縮損失;PE為力筋彈性模量;?L2為錨具變形和力筋回縮值;L為力筋有效長度;fL為反向摩擦影響長度。一般后張梁的力筋布置形式是“直線(梁端)—圓曲線—直線(跨中)”,以箱梁的N10力筋為例,可用圖1表示。設(shè)0L為梁端力筋直線段長度,反向摩擦影響終點(diǎn)位于圓曲線上,由錨具變形和力筋回縮引起的梁端預(yù)應(yīng)力損失按式4計(jì)算:對錨具變形和力筋回縮損失的影響因素進(jìn)行排查,主要影響因素見表3。1.4拉張拉預(yù)應(yīng)力筋影響梁體混凝土彈性壓縮損失主要是由力筋分批張拉引起的。出于后張梁制梁工藝的要求,為了避免出現(xiàn)早期裂紋要進(jìn)行預(yù)張拉,為了加快制梁臺(tái)座利用率而移梁要進(jìn)行初張拉,最后在滿足彈模、齡期、時(shí)間的要求下才進(jìn)行終張拉,先張拉的力筋相對后張拉的力筋會(huì)對梁體混凝土產(chǎn)生正應(yīng)力?；炷翉椥詨嚎s損失可按式5計(jì)算:式中Pn為力筋彈性模量與混凝土彈性模量之比;Z為后張拉力筋根數(shù);?σC為先張拉力筋合力相對單根后張拉力筋產(chǎn)生的混凝土正應(yīng)力,一般取跨度1/4處應(yīng)力。對于一個(gè)混凝土受壓構(gòu)件來說,在長度、壓力、截面積一定的情況下,構(gòu)件的壓縮變形與其彈性模量成反比,即混凝土彈性模量越大,梁體的壓縮量就越小,?σC越小。由此可見,梁體混凝土的彈性壓縮損失主要取決于梁體混凝土及力筋的彈性模量、張拉順序和張拉噸位。一般情況下,只要終張拉時(shí)梁體的彈性模量滿足設(shè)計(jì)要求,實(shí)測彈性壓縮損失往往小于設(shè)計(jì)值。對梁體混凝土彈性壓縮損失的影響因素進(jìn)行排查,主要影響因素見表4。2預(yù)測不可避免損失的控制措施2.1管道密封損失控制措施針對表2中管道、力筋、混凝土三個(gè)方面的原因分析,結(jié)合9600余次張拉數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、質(zhì)量問題總結(jié),制訂了四個(gè)方面的相應(yīng)控制措施。2.1.1伸長值理論分析預(yù)應(yīng)力施工“雙控”以應(yīng)力控制為主,以伸長值作為校核,實(shí)際伸長值與理論伸長值的差值控制在6%以內(nèi),否則要暫停張拉查明原因。因此,控制管道損失的前提是要正確計(jì)算伸長值,包括理論伸長值和實(shí)際伸長值的計(jì)算。在計(jì)算理論伸長值的過程中,需要注意兩點(diǎn):伸長值和力筋長度要分段計(jì)算,可采用定位網(wǎng)坐標(biāo)或CAD三維繪圖求長近似計(jì)算,如果僅按設(shè)計(jì)圖紙給出的伸長值,或按圖紙上所標(biāo)示的曲線包角計(jì)算的話,計(jì)算結(jié)果有1mm~3mm的偏差。曲線包角可理解為張拉端到計(jì)算截面管道各部分的轉(zhuǎn)角絕對值之和,要分清正負(fù)角度及曲線角度的概念;要考慮力筋的彈性模量對理論伸長值的影響。每批不大于60t的力筋都必須進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn),并將其彈性模量的比值反映到理論伸長值中。假設(shè)其理論伸長值?L0,實(shí)測力筋彈模與設(shè)計(jì)力筋彈模之比K1,實(shí)測管道摩阻系數(shù)與設(shè)計(jì)管道摩阻系數(shù)之比K2,參照圖2實(shí)際伸長值?L可按式6計(jì)算。式中?a即兩端力筋的伸長量之和,?b是兩端力筋錨固后工具錨夾片的回縮量之和。兩端伸長量相差不得超過10%,否則說明兩端張拉不同步。2.1.2管道定位安裝定位網(wǎng)片采用點(diǎn)焊加工,網(wǎng)眼尺寸誤差小于等于3mm,按加工精度的高低分類依次有:整體加工,即每孔梁的68道定位網(wǎng)提前在胎具上焊成整體,整體放置即可;分體加工后焊接,即分成底板、兩側(cè)腹板三部分,在卡具上再焊成整體;分塊加工后拼裝,即分成2m左右一塊,依使用部分不同分別拼裝焊接。管道定位的精度要求是距跨中4m范圍內(nèi)偏差小于等于4mm,其余部位小于等于6mm。定位網(wǎng)安裝的要求是“聯(lián)結(jié)牢固、管道平順、定位準(zhǔn)確、綁扎牢固”,管道定位注意的事項(xiàng)有:綁扎區(qū)場坪要重視地面標(biāo)高控制,做好排水設(shè)施,防止地表下沉導(dǎo)致變形過大。胎卡具上的標(biāo)高、間距定位要準(zhǔn)確,每生產(chǎn)10孔梁要進(jìn)行一次校核;定位網(wǎng)的檢測使用水準(zhǔn)儀結(jié)合尺桿定位,對N9、N10等較高位置管道使用水準(zhǔn)儀抄高,對低位置管道使用帶刻度的尺桿配合水平尺抄高。2.1.3機(jī)械牽引、人工配合力筋下料后要保持整潔、順直存放,用20#匝絲每隔1m~1.5m一道綁扎編束。穿束前先清理管道,遇死彎鑿開后要用鐵皮包裹隔開再行修復(fù)。穿束采用機(jī)械牽引、人工配合。鋼束頭原有處理方法是焊接后直接穿鋼絲繩,弊病較多;現(xiàn)場研究后改用自制穿束牽引器(圖3),利用錐體受力將力筋錨固,效果較好。2.1.4灌注部位使用振動(dòng)器、混凝土灌注攪拌站的自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)要堅(jiān)持“三檢”,混凝土要攪拌均勻以保持塌落度的穩(wěn)定。混凝土灌注入模時(shí)下料要均勻,每次振搗按混凝土所灌注的部位使用插入式振動(dòng)器和相應(yīng)區(qū)段上的附著式振動(dòng)器,振動(dòng)棒不得碰撞橡膠抽拔棒、不得長時(shí)間停留?；炷凉嘧⑦^程中,指定專人檢查模板、鋼筋、預(yù)埋件的設(shè)置情況,發(fā)現(xiàn)松動(dòng)則及時(shí)擰緊,以防模板上浮或移位造成管道偏移。拔管在混凝土澆筑后4h~6h內(nèi)自下而上進(jìn)行。同時(shí)拔棒不超過3根,拔出速度均勻,拔出后及時(shí)清污、避免重壓;每個(gè)月要檢測其直徑,減少達(dá)3mm的應(yīng)予以更換。2.2預(yù)應(yīng)力筋張拉和壓車針對表2錨具變形和力筋受損兩個(gè)方面的原因分析,制訂了對應(yīng)控制措施如下。避免同一孔箱梁使用不同廠家產(chǎn)品。同一孔箱梁所使用的工作錨、限位板和工具錨必須為同一廠家的產(chǎn)品,否則錨具變形引起的應(yīng)力損失非常大;彈性模量不同的力筋不得用于同一孔梁;當(dāng)同一孔梁使用彈性模量相同、批次不同的力筋時(shí),采取兩側(cè)對稱穿束。比如,直徑15.2mm的力筋對應(yīng)的限位板槽深為8mm,廠家建議力筋直徑增加0.1mm槽深增加0.4mm,即直徑15.3mm的力筋一定要配套使用8.4mm的限位板。切實(shí)執(zhí)行張拉工器具使用前檢驗(yàn)程序。千斤頂、油壓表配套使用,千斤頂標(biāo)定有效期不超過一個(gè)月,校正系數(shù)不大于1.05;油壓表標(biāo)定有效期不超過一周。工作夾片與工具夾片分開存放,使用前必須檢查其無裂痕、無損傷。冬季施工搞好保溫措施。北方地區(qū)冬季張拉時(shí)頂壓不穩(wěn),張拉時(shí)間長、不同步率大。建議經(jīng)常清理油箱、泵體、管路,改用46#低溫液壓油;未工作期間將油泵、千斤頂和油壓表放置室內(nèi),工作時(shí)油泵下用電爐加熱到50℃左右。2.3側(cè)模及內(nèi)模的下沉及時(shí)準(zhǔn)確進(jìn)行彈性模量檢測。要避免因彈性模量試驗(yàn)時(shí)間長,抽檢試件數(shù)量少不具有代表性;并且每批進(jìn)場的力筋要及時(shí)外委送檢,考慮彈性壓縮損失時(shí)要計(jì)入彈模比。定期檢修模板防止梁體高厚比超標(biāo)。施工中發(fā)現(xiàn)每套側(cè)模制梁15孔時(shí)即有下沉,導(dǎo)致了腹板加厚,處理方法是在側(cè)模下增加支撐。另外,防止內(nèi)模的整體上浮也很重要。端模的螺栓數(shù)量要足,以便內(nèi)模上浮力能傳遞到底模和側(cè)模;對上浮力大的內(nèi)模,必要時(shí)在橋面上增加與側(cè)模相連的橫梁以壓住內(nèi)模;同時(shí)加強(qiáng)箱內(nèi)定位銷的檢查,以防內(nèi)模松動(dòng)下沉。嚴(yán)格執(zhí)行張拉設(shè)計(jì)工藝,不得擅自改動(dòng)張拉順序,并且按張拉前“三控”、張拉中“三控”和“三同心、兩同步”進(jìn)行控制。張拉時(shí)可由專人指揮,加載時(shí)每隔0.5MPa或1.0MPa讀數(shù),伸長值測量人員按編號(hào)報(bào)數(shù),盡可能保持兩端、兩側(cè)同步。3管道摩阻及探索箱梁預(yù)應(yīng)力瞬時(shí)損失有三類:管道摩阻、錨具變形和力筋回縮、混凝土的彈性壓縮,本文給出了較合理的計(jì)算公式,并分析了