先張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁下拉裝置的研究

先張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁下拉裝置的研究

在橋梁結(jié)構(gòu)中，先張法結(jié)構(gòu)避免了殘留孔和砂漿等過程，預(yù)測(cè)值鋼筋和混凝土之間的力傳遞依賴于兩者的結(jié)合，預(yù)測(cè)值分散，錨下混凝土的壓力相對(duì)較小，這對(duì)后張法結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性很差。為避免后張法結(jié)構(gòu)存在的缺陷,日本、美國(guó)等在中小跨徑簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)中大多采用先張法,為使預(yù)應(yīng)力布束與梁體受力一致,美國(guó)、日本已將預(yù)應(yīng)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(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力束的折線布置。中國(guó)對(duì)折線先張法的研究尚處于起始階段,國(guó)內(nèi)還沒有折線先張法結(jié)構(gòu)的實(shí)例,為了解折線先張法結(jié)構(gòu)的受力特性,筆者申請(qǐng)了河北省交通廳《折線先張法預(yù)應(yīng)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(gòu)思及相關(guān)試驗(yàn),以期對(duì)折線先張法結(jié)構(gòu)的研究提供有益的借鑒。1試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)裝置1.1預(yù)應(yīng)力筋下拉課題組準(zhǔn)備在試驗(yàn)室進(jìn)行20m折線先張足尺梁的靜、動(dòng)載試驗(yàn),本次試驗(yàn)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(diǎn)處摩阻及靜力極限強(qiáng)度等相關(guān)參數(shù),并經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算,20m折線先張足尺梁的輪廓尺寸采用文獻(xiàn)中20m、斜交角為0°的尺寸,鋼絞線采用符合ASTMA416標(biāo)準(zhǔn)、極限強(qiáng)度為1860MPa的高強(qiáng)低松弛鋼絞線,考慮公路橋梁中空心板橋的實(shí)際情況,鋼絞線在折點(diǎn)處的切線夾角取9°,折點(diǎn)兩側(cè)鋼絞線由R為200mm的圓曲線過渡。1.2預(yù)應(yīng)力鋼束下拉下拉裝置的作用是使得通過下拉裝置的預(yù)應(yīng)力鋼束在此處形成折線,在張拉過程中預(yù)應(yīng)力鋼束與下拉裝置之間的摩擦阻力應(yīng)盡可能的小,且其造價(jià)應(yīng)較低。考慮現(xiàn)在國(guó)內(nèi)先張梁施工的實(shí)際情況,折線先張梁施工的臺(tái)座應(yīng)與直線先張梁臺(tái)座盡量一致,以降低造價(jià)。在折線先張梁臺(tái)座中,折點(diǎn)處由預(yù)應(yīng)力鋼束豎向分力產(chǎn)生的豎向力由設(shè)于壓柱之間的混凝土橫梁自重相平衡,對(duì)20m折線先張梁,折角按9°設(shè)置時(shí),經(jīng)計(jì)算折線預(yù)應(yīng)力鋼束共布置12根,折點(diǎn)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(yù)應(yīng)力鋼束產(chǎn)生的豎向分力,這在現(xiàn)場(chǎng)是很容易實(shí)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(yù)應(yīng)力鋼束與下拉裝置之間相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生的水平摩擦力及預(yù)應(yīng)力鋼束在折點(diǎn)處的豎向分力,下拉裝置自身應(yīng)有足夠的剛度,以使其在張拉預(yù)應(yīng)力鋼束時(shí)有較小的變形。以上是折線先張梁下拉裝置、臺(tái)座的總體構(gòu)思,在下拉裝置中,如何減小其與預(yù)應(yīng)力鋼束之間的摩擦力,是這種下拉裝置能否成功的關(guān)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(yù)應(yīng)力鋼束之間的摩擦阻力大小,在石家莊鐵道學(xué)院結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室進(jìn)行了下拉裝置摩擦阻力試驗(yàn),試驗(yàn)支架如圖1所示。試驗(yàn)支架的反力架為鋼箱梁,與地基通過拉桿連接,轉(zhuǎn)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(cè)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(diǎn)時(shí)的摩擦阻力大小。張拉采用QYCW—300型千斤頂。本次試驗(yàn)中,每個(gè)轉(zhuǎn)向裝置做兩根鋼絞線,每根分6級(jí)加載,使張拉端升壓至張拉控制應(yīng)力,然后進(jìn)行鋼絞線靜力極限強(qiáng)度的測(cè)試。試驗(yàn)時(shí),為保證下拉鋼板位置準(zhǔn)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(shí),為適應(yīng)鋼絞線過渡段設(shè)計(jì)曲線,下拉鋼板孔也作成曲線R為200mm圓曲線,下拉鋼板孔內(nèi)壁應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)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(qiáng)襯套(用45#鋼制作),此襯套內(nèi)側(cè)作成與圖2相同的圓弧,將襯套打入下拉裝置孔內(nèi),利用高強(qiáng)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(shí),在襯套內(nèi)側(cè)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(yàn)結(jié)果及分析2.1測(cè)定摩擦阻力效果鋼絞線直接通過下拉裝置時(shí),摩擦阻力實(shí)測(cè)結(jié)果見表1,在第一次直接張拉后,下拉裝置孔內(nèi)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(shí),張拉初期可以明顯減小摩擦阻力,張拉力達(dá)到0.5倍控制應(yīng)力時(shí),摩擦阻力減小不明顯,經(jīng)拆下檢查后發(fā)現(xiàn),聚四氟乙烯管已被劃破,這主要是因?yàn)殇摻g線外圍鋼束有扭轉(zhuǎn),且在張拉時(shí)發(fā)生與下拉裝置相對(duì)的滑動(dòng)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(nèi)安裝高強(qiáng)襯套時(shí)實(shí)測(cè)的摩擦阻力見表2,經(jīng)反復(fù)張拉發(fā)現(xiàn),高強(qiáng)襯套與鋼絞線接觸面沒有明顯刻痕,而且實(shí)測(cè)摩擦阻力明顯減小。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,可以得到如下結(jié)論:(1)直接張拉時(shí),摩阻率在3%～6%之間;(2)下拉裝置加高強(qiáng)襯套時(shí),摩阻率均<2%,可見,在下拉裝置孔內(nèi)加高強(qiáng)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(qiáng)度每根鋼絞線張拉端均拉至其極限抗拉強(qiáng)度1860MPa,沒有出現(xiàn)鋼絞線斷裂情況,說明在靜力時(shí),下拉裝置對(duì)鋼絞線的強(qiáng)度影響不明顯。2.3線與鋼絞線日本70年代曾在空氣中進(jìn)行了折線布筋鋼絞線的疲勞試驗(yàn),其轉(zhuǎn)向裝置為導(dǎo)向輥,試驗(yàn)采用兩種導(dǎo)向輥半徑(R=5、15.5mm)和一種折角(θ=10°),鋼絞線?為12.7mm,強(qiáng)度等級(jí)為1860MPa,疲勞應(yīng)力幅度為⊿100MPa,鋼絞線下限應(yīng)力均為1050MPa,兩種?的導(dǎo)向輥在疲勞200萬次時(shí),鋼絞線均未出現(xiàn)疲勞斷裂。本次試驗(yàn)沒有進(jìn)行空氣中鋼絞線的疲勞試驗(yàn),準(zhǔn)備進(jìn)行足尺梁的疲勞試驗(yàn),課題組采用的下拉裝置孔曲線R為200mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于日本試驗(yàn)中導(dǎo)向輥的半徑,而鋼絞線的疲勞強(qiáng)度主要取決與轉(zhuǎn)向半徑的大小,因此,從日本試驗(yàn)的結(jié)果,可以推斷本次試驗(yàn)中折線鋼絞線在200萬次疲勞時(shí),不會(huì)出現(xiàn)疲勞斷裂。320預(yù)應(yīng)力鋼束張拉為測(cè)試折線先張梁靜力、疲勞受力特性,在石家莊鐵道學(xué)院結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室進(jìn)行了20m足尺折線先張梁的試驗(yàn),根據(jù)計(jì)算,20m空心板共布置20根極限強(qiáng)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(cè)腹板各彎起6根,每側(cè)設(shè)一個(gè)下拉鋼板,6根彎起鋼鉸線設(shè)在一塊下拉鋼板上,下拉鋼板下設(shè)聯(lián)結(jié)鋼板,通過此鋼板與設(shè)于壓柱間的橫梁聯(lián)結(jié)。為保證在張拉折線預(yù)應(yīng)力鋼鉸線時(shí),下拉鋼板具有足夠的剛度,在下拉鋼板兩側(cè)加焊了三道斜撐鋼板,20m足尺折線先張梁下拉裝置結(jié)構(gòu)見圖3。在足尺梁折線預(yù)應(yīng)力鋼束張拉時(shí),兩端應(yīng)同時(shí)張拉,以減小由于折點(diǎn)摩阻產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。卸除下拉鋼板時(shí),先松開聯(lián)結(jié)鋼板與橫梁間的聯(lián)結(jié)絲桿,然后切除梁底面以外的下拉鋼板,松除絲桿時(shí),應(yīng)使梁兩端、兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行。目前,20m足尺折線先張梁已經(jīng)預(yù)制完畢,正在進(jìn)行力學(xué)性能的試驗(yàn)。4不影響鋼絞線初始活性由試驗(yàn)結(jié)果可以得到以下結(jié)論:(1)在鋼絞線折角<9°時(shí),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(huì)引起鋼絞線的靜力強(qiáng)度折減;