预应力连续梁钢绞线断丝的力学影响研究

2011-07-30陈建军

湖南交通科技 2011年3期

陈建军

(湖南省新溆高速公路建设开发有限公司，湖南新化 417600)

预应力混凝土因为其与钢筋混凝土相比具有提高结构物的抗裂性和耐久性、增大构件刚度、节省材料、减轻结构自重等优点而广泛使用在桥梁结构之中［1］。但其施工工艺较钢筋混凝土复杂，且对张拉工艺要求高，在公路桥涵施工技术规范中，对后张法和先张法中预应力钢丝或钢绞线的断丝提出了非常苛刻的要求，每束钢丝或钢绞线的断丝只允许一根［2］。但在施工过程中，由于工艺水平的差距，一旦预应力钢绞线或钢丝稍微带有损伤或预应力管道内出现漏浆、变形等情况，在张拉过程中就比较容易出现断丝的状况，在文献［3～6］针对断丝现象提出了较好的控制方法，但从查到的文献上来看，均仅从工艺上提出了改进措施和注意事项，但未有从力学影响上对断丝进行分析。

1 项目背景

某4×30 m预应力混凝土等截面连续箱梁桥，桥面总宽33.5 m，左右幅各16.24 m，中间设置1 m间隙，桥面横坡2%，纵坡2.2%。箱梁截面为单箱单室斜腹板等截面形式，箱梁中心高为2.1 m，顶宽16.25 m，底宽6.25 m，两侧悬臂长度4 m，箱梁跨中顶板中间厚26 cm，与腹板交接处55 cm，底板厚28 cm，腹板厚45 cm。主梁纵横向均采用预应力结构，纵桥向在腹板、顶、底板中配置预应力钢束，预应力钢束全桥通长布置，每片腹板配4束Фs15—19，顶板配10束 Фs15—12，底板配14束 Фs15—12，全桥范围均匀布置。纵向预应力张拉控制应力为1 395 MPa，采用张拉力和伸长量双控，以张拉力控制为主。待强度达到设计强度90%时张力预应力，张拉顺序为:先左右对称张拉腹板束，再交替张拉顶底板钢束，均为单端张拉。采用满堂支架法施工，分两个施工阶段，第一阶段浇筑66 m，张拉预应力，拆除支架，浇筑第二段54 m主梁，张拉预应力，拆除支架。主梁立面图和标准断面图及施工阶段见图1和图2。

图1 连续梁立面图及施工阶段划分示意图

在预应力张拉过程中，由于操作不当，出现了断丝的状况，其中N2断3丝，N3断26丝，N5断1丝，N6断19丝，N7断21丝，总计断丝70丝，超过了施工技术规范的要求，并且由于锚固端是直接浇筑在混凝土中间，因此无法换预应力钢束，并由于出现断丝的现象，因此无法通过超张拉的办法来消除断丝的影响。因此需要对结构进行详细的应力分析，分析断丝对结构的影响程度，如果影响非常小，则可不需要采取补救措施继续施工。

2 结构分析

采用midas741建立结构空间梁单元模型，考虑施工阶段，预应力、收缩徐变、支座非均匀沉降、温度梯度荷载。各个参数均采用设计图纸和规范取值，建立有限元模型，对结构的分析分为3种状况:设计状况、实际断丝状况和取消N3/N7两束的状况。为简化模型，只考虑纵向预应力的影响，横向预应力和竖向预应力则忽略不计。模型如图3。

图2 主梁标准断面图(单位:cm)

图3 连续梁桥有限元模型

3 结果分析

纵向预应力的影响主要是对纵向应力的影响。因此主要研究纵向预应力变化对纵向应力的影响。对截面的应力主要查看截面四个角点的位置，根据计算分析，得到设计状态、断两束状态和实际断丝状态下运营状态的应力包络图，如图4。

根据图4的应力图结果对比分析，断丝主要影线的是第一施工阶段第一跨的梁底应力，最大应力设计状态是 0.504 MPa，实际断丝状态是0.811 MPa，最不利工况下断N3和N7两束预应力状况最大拉应力是1.734 MPa。第二跨到第四跨在各种工况下最大应力均为压应力状态。根据部分预应力A类构件的要求:此类构件在作用短期效应组合下控制的正截面受拉底缘可出现拉应力，并且拉应力在限制范围以内［7］。根据计算结果，在最不利状况下均满足部分预应力A类构件的要求。