先張法預應力簡支梁下拉裝置的研究

先張法預應力簡支梁下拉裝置的研究

在橋梁結構中，先張法結構避免了殘留孔和砂漿等過程，預測值鋼筋和混凝土之間的力傳遞依賴于兩者的結合，預測值分散，錨下混凝土的壓力相對較小，這對后張法結構的優(yōu)越性很差。為避免后張法結構存在的缺陷,日本、美國等在中小跨徑簡支結構中大多采用先張法,為使預應力布束與梁體受力一致,美國、日本已將預應力鋼筋布置成折線,其布束方式多采用直線張拉,然后下拉或上頂,實現(xiàn)預應力束的折線布置。中國對折線先張法的研究尚處于起始階段,國內還沒有折線先張法結構的實例,為了解折線先張法結構的受力特性,筆者申請了河北省交通廳《折線先張法預應力梁工藝及使用性能的研究》科研課題,本文介紹了課題采用的一種新型下拉裝置的總體構思及相關試驗,以期對折線先張法結構的研究提供有益的借鑒。1試驗參數(shù)和試驗裝置1.1預應力筋下拉課題組準備在試驗室進行20m折線先張足尺梁的靜、動載試驗,本次試驗作為20m折線先張足尺梁的前期研究,主要目的是確定折線先張梁的下拉裝置,得到鋼絞線在折點處摩阻及靜力極限強度等相關參數(shù),并經結構計算,20m折線先張足尺梁的輪廓尺寸采用文獻中20m、斜交角為0°的尺寸,鋼絞線采用符合ASTMA416標準、極限強度為1860MPa的高強低松弛鋼絞線,考慮公路橋梁中空心板橋的實際情況,鋼絞線在折點處的切線夾角取9°,折點兩側鋼絞線由R為200mm的圓曲線過渡。1.2預應力鋼束下拉下拉裝置的作用是使得通過下拉裝置的預應力鋼束在此處形成折線,在張拉過程中預應力鋼束與下拉裝置之間的摩擦阻力應盡可能的小,且其造價應較低?？紤]現(xiàn)在國內先張梁施工的實際情況,折線先張梁施工的臺座應與直線先張梁臺座盡量一致,以降低造價。在折線先張梁臺座中,折點處由預應力鋼束豎向分力產生的豎向力由設于壓柱之間的混凝土橫梁自重相平衡,對20m折線先張梁,折角按9°設置時,經計算折線預應力鋼束共布置12根,折點處豎向分力為366.6kN,用體積為15m3的鋼筋混凝土橫梁即可抵消預應力鋼束產生的豎向分力,這在現(xiàn)場是很容易實現(xiàn)的。下拉裝置考慮用Q235鋼板制作,并與壓柱之間的橫梁剛性連接,下拉裝置承受由于預應力鋼束與下拉裝置之間相對滑動產生的水平摩擦力及預應力鋼束在折點處的豎向分力,下拉裝置自身應有足夠的剛度,以使其在張拉預應力鋼束時有較小的變形。以上是折線先張梁下拉裝置、臺座的總體構思,在下拉裝置中,如何減小其與預應力鋼束之間的摩擦力,是這種下拉裝置能否成功的關鍵。1.3下拉裝置與鋼絞線的接觸方式研究為了解利用Q235鋼板制作的下拉裝置與預應力鋼束之間的摩擦阻力大小,在石家莊鐵道學院結構試驗室進行了下拉裝置摩擦阻力試驗,試驗支架如圖1所示。試驗支架的反力架為鋼箱梁,與地基通過拉桿連接,轉向裝置也通過拉桿固定,在鋼絞線的兩端,分別布置1#、2#傳感器,鋼絞線單端張拉,利用2#傳感器與1#傳感器所測得張拉端與非張拉端鋼絞線的張拉力P2及P1,得到鋼絞線通過下拉裝置折點時的摩擦阻力大小。張拉采用QYCW—300型千斤頂。本次試驗中,每個轉向裝置做兩根鋼絞線,每根分6級加載,使張拉端升壓至張拉控制應力,然后進行鋼絞線靜力極限強度的測試。試驗時,為保證下拉鋼板位置準確,在下拉鋼板的底部焊接一水平鋼板,水平鋼板中間鉆孔,通過拉桿使下拉鋼板與地基聯(lián)為整體。鋼絞線在通過下拉鋼板時,為適應鋼絞線過渡段設計曲線,下拉鋼板孔也作成曲線R為200mm圓曲線,下拉鋼板孔內壁應達到設計規(guī)定的光潔度。為了解下拉裝置與鋼絞線不同接觸方式下摩擦阻力大小,共考慮三種不同接觸方式:(1)鋼絞線直接通過由Q235制作的下拉裝置;(2)在下拉裝置孔與鋼絞線之間,加一根聚四氟乙烯管,利用聚四氟乙烯管減小下拉裝置與鋼絞線的摩擦阻力;(3)在下拉裝置孔中,安裝一高強襯套(用45#鋼制作),此襯套內側作成與圖2相同的圓弧,將襯套打入下拉裝置孔內,利用高強襯套承受豎向壓力,并減小鋼絞線與下拉裝置的摩擦阻力,張拉時,在襯套內側涂上二錳化鉬,逐步減小鋼絞線與襯套間的摩擦阻力。2試驗結果及分析2.1測定摩擦阻力效果鋼絞線直接通過下拉裝置時,摩擦阻力實測結果見表1,在第一次直接張拉后,下拉裝置孔內壁有明顯刻痕,第二次直接張拉摩擦阻力明顯增大。在下拉裝置孔套聚四氟乙烯管時,張拉初期可以明顯減小摩擦阻力,張拉力達到0.5倍控制應力時,摩擦阻力減小不明顯,經拆下檢查后發(fā)現(xiàn),聚四氟乙烯管已被劃破,這主要是因為鋼絞線外圍鋼束有扭轉,且在張拉時發(fā)生與下拉裝置相對的滑動引起的,因此,利用聚四氟乙烯管減小摩擦阻力效果不明顯。在下拉裝置孔內安裝高強襯套時實測的摩擦阻力見表2,經反復張拉發(fā)現(xiàn),高強襯套與鋼絞線接觸面沒有明顯刻痕,而且實測摩擦阻力明顯減小。根據試驗結果,可以得到如下結論:(1)直接張拉時,摩阻率在3%～6%之間;(2)下拉裝置加高強襯套時,摩阻率均<2%,可見,在下拉裝置孔內加高強襯套,可以大大減小鋼絞線與下拉裝置間的摩擦阻力。2.2絞線靜載強度每根鋼絞線張拉端均拉至其極限抗拉強度1860MPa,沒有出現(xiàn)鋼絞線斷裂情況,說明在靜力時,下拉裝置對鋼絞線的強度影響不明顯。2.3線與鋼絞線日本70年代曾在空氣中進行了折線布筋鋼絞線的疲勞試驗,其轉向裝置為導向輥,試驗采用兩種導向輥半徑(R=5、15.5mm)和一種折角(θ=10°),鋼絞線?為12.7mm,強度等級為1860MPa,疲勞應力幅度為⊿100MPa,鋼絞線下限應力均為1050MPa,兩種?的導向輥在疲勞200萬次時,鋼絞線均未出現(xiàn)疲勞斷裂。本次試驗沒有進行空氣中鋼絞線的疲勞試驗,準備進行足尺梁的疲勞試驗,課題組采用的下拉裝置孔曲線R為200mm,遠遠大于日本試驗中導向輥的半徑,而鋼絞線的疲勞強度主要取決與轉向半徑的大小,因此,從日本試驗的結果,可以推斷本次試驗中折線鋼絞線在200萬次疲勞時,不會出現(xiàn)疲勞斷裂。320預應力鋼束張拉為測試折線先張梁靜力、疲勞受力特性,在石家莊鐵道學院結構試驗室進行了20m足尺折線先張梁的試驗,根據計算,20m空心板共布置20根極限強度為1860MPa的鋼鉸線,其中12根鋼鉸線按折線布置,并在距梁端1/4截面彎起,彎角為9°,每側腹板各彎起6根,每側設一個下拉鋼板,6根彎起鋼鉸線設在一塊下拉鋼板上,下拉鋼板下設聯(lián)結鋼板,通過此鋼板與設于壓柱間的橫梁聯(lián)結。為保證在張拉折線預應力鋼鉸線時,下拉鋼板具有足夠的剛度,在下拉鋼板兩側加焊了三道斜撐鋼板,20m足尺折線先張梁下拉裝置結構見圖3。在足尺梁折線預應力鋼束張拉時,兩端應同時張拉,以減小由于折點摩阻產生的預應力損失。卸除下拉鋼板時,先松開聯(lián)結鋼板與橫梁間的聯(lián)結絲桿,然后切除梁底面以外的下拉鋼板,松除絲桿時,應使梁兩端、兩側對稱進行。目前,20m足尺折線先張梁已經預制完畢,正在進行力學性能的試驗。4不影響鋼絞線初始活性由試驗結果可以得到以下結論:(1)在鋼絞線折角<9°時,鋼絞線與下拉鋼板間的摩阻率可以控制在2%以下;(2)采用此種下拉鋼板不會引起鋼絞線的靜力強度折減;