大跨度曲线预应力桥梁预应力钢束的张拉控制研究

唐玉东

摘要：随社会发展和桥梁建筑业的需要，大跨度曲线桥梁成为现代道路交通体系中最重要的一种桥梁形式，大量的曲线桥梁被应用于城市公路立交桥和高架桥中。本文提出桥梁预应力张拉施工中存在的问题，应用预应力钢束模型和控制措施，并用工程案例进行验证，详细说明改善预应力在预应力钢束张拉中分布实施情况。

关键词：预应力  预应力筋  钢束  张拉

1 概述

随社会各行业技术的飞速发展，对于桥梁施工技术方面，预应力结构的实际应用也越来越被重视，尤其是在桥梁建设方面对预应力的应用更是极其广泛。随桥梁规格与跨度的增大，以往小桥涵的预应力混凝土技术已无法适应新时期桥梁建设的要求，按原有的施工技术和工艺制造都会伴随垂直裂缝或大量的斜裂缝出现，对桥梁施工和人们的生命安全留下了极大的隐患。大跨度曲线预应力在桥梁中的作用，为预应力的分析及张拉施工提出了新的课题，尤其是施工中的一些特殊、关键问题，如：曲率、摩擦系数等，它们的改变都会给预应力的分配造成不良影响。现有的力学模型不足以解决这些问题，唯有建立适合于大跨度曲线预应力桥梁预应力钢塑张拉施工的新模型来支持大跨度桥梁的施工方案设计。

2 桥梁施工中常见的预应力张拉技术问题

2.1 预埋管道的堵塞。在向预埋管道中传入预应力筋时，经常会有因预埋管道堵塞而预应力筋不能穿入的现象，预埋管道接头不当、管道有孔等都会产生漏浆，漏入的水泥浆和砂浆凝固或穿透预应力筋的时候，端头已将波纹管接头的关闭刺穿产生卷曲引起的。

2.2 预应力筋张拉伸长值过长。《桥规》中有明确规定，预应力筋的实测与理论伸长值偏差不得超过±6%。但在施工中经常会出现无法满足规定要求的情况：第一，部分预埋管道漏浆，漏浆把局部的预应力筋粘牢，在桥体受张拉应力时，此处抗应力几乎为零，因此伸长值也几乎为零了。第二，施工材料不同，其所表现出来的物理特性也存在差异。所以，在预应力筋的实际弹性模量与理论值也会有只差异，从而表现为理论伸长值有误。第三，因地形地貌的影响，预埋管道不直或有凸起，造成预应力筋与管道壁的摩擦阻力增大，虽然张拉控制应力没有改变，但实际平均张拉应力降低，造成伸长量不够。第四，因管道形态的不规则，后张拉钢束受前张拉钢束的制约，造成应力不够伸长值缩小。第五，反复使用的千斤顶长期工作会造成微量的偏差。

2.3 张拉拱度异常。预应力构件进行张拉时的起拱度是一个测评施工质量的综合数据，反应的是施工部位的整体强度、弹性模量、变形特点、预应力大小等。在实际施工中因混凝土配比、养生不足等原因都会造成起拱度偏大;施加应力不足或应力不均匀时会造成起拱度偏小等现象。

2.4 张拉时断裂或滑脱。一般造成预应力筋张拉时断裂或滑脱会有如下几种情况：第一，锚具夹片丝口打滑或损伤预应力筋，有油污等;第二，千斤顶磨损，无法固定预应力筋;第三，限位器失效或不当使用，造成锚具夹片及预应力筋损伤等。

3 预应力筋或钢束控制模型

为保障预应力混凝土在实际应用中的复杂性能和结构特点，同时具有抗震性、安全性、适用性等多种特征，必须要建立多个精确的分析控制模型，以便在施工中处理一些不确定因素导致的施工偏差，还可以指导施工方法和过程，尽可能的消除不确定因素对桥梁结构的不良影响，从而改善和提升桥梁施工质量。

3.1 预应力筋或钢束的通用模型。假设曲线预应力钢束的空间位置可表示为：

r={x（s），y（s），z（s）}T，如下图1：

■

图1  预应力钢束           图2  钢束微段

m是正交于n、s的单位向量，n是去路方向的单位向量，s是切向单位向量。

可在图1中的空间预应力钢束中截取一段用于分析空间预应力钢束的受力情况。假设选取微段的长度是ds，并设尾端中心点预应力钢束的张力为P（s）。则该选取的微段两端张力为：

P（s）+■■ds和P（s）-■■ds

由平衡关系、曲率、正压力和摩擦力等关系，最后可得出预应力钢筋或钢束的平衡方程，如下：

■=±μ？资P

3.2 预应力筋和钢束的控制模型。在实际施工中，受各种主客观的因素的影响，平衡方程中的设计值μ和k很难保证不变。所以，在施工中仍然按部就班的遵循平衡方程进行施工，也是无法得到满意结果的。应建立相应的控制模型，用于超长预应力筋或钢束在张拉施工中有确切的指导意义，而且能解决各种不确定因素带来的影响。将平衡公式中的μ和k替换为实际值μ和？资，并加上控制项，最终可以推导出预应力筋或钢束的控制模型为：

■=■■+u（s）

4 预应力筋或钢束的控制措施

4.1 在预应力筋张拉实测值无法满足《桥规》时，应采取如下方法：第一，采用预应力筋穿透管道施工方式时，在浇筑和振捣时注意保护管道，以免振漏。指派专人每10分钟做一次预应力筋的推拉活动，直到最后混凝土达到初凝状态。第二，计算预应力筋流年伸长值时，要采用实际检测的实际数据作为预应力弹性模量。第三，预埋管道时，牢固定位坐标点，而且定位间距不得大于40cm，保持管道的圆润线性形态。振捣时注意振捣棒避免碰触管道壁，以免预埋管道移位。第四，检查锚具、千斤顶、油泵等设备是否完好，运转是否正常，对特殊设备进行校验的标定。第五，穿导预应力筋时，应整束理顺，防止钢绞线等出现缠绕。

4.2 随时和定期清理杂物、油污。在锚具夹片中的杂物、钢绞线上的油污、设备质量问题等等许多间隙部位要保持清洁，不能有异物，以免造成钢绞线滑丝、断丝等情况。在张拉前要提前对预应力筋张拉，避免在突然张拉的时候出现断丝现象，增加延展性。同时检查表是否有锈蚀、污渍、油渍等杂质，使用前务必清理干净。张拉时严格检查锚具夹片间的油污等，检查千斤顶内夹具丝口，出现破损，立即更换。处理方法是：把卸荷座穿过钢绞线后，套在工作锚上面，在安装到滑丝或断丝的绞线上，锚固定后张拉，使夹片松动，拔出夹片使钢绞线松动，若是滑丝情况且损伤较小，则更换夹片即可，若断丝，则要更换夹片和钢绞线。

4.3 滑丝、断丝的处理。第一，出现单根滑丝时进行单根补拉。将滑脱的钢丝单独夹紧在卡盘上张拉，并拉至设计应力水平。第二，锚塞契合紧密，张拉不动。这种情况如果强行进行张拉，则可能直接造成钢丝拉断。应立即安装千斤顶并将各个钢丝楔紧，张拉到较大应力时仍不能拉出锚塞，立即打掉一个签订卡盘上的楔子，让一根或两根钢丝抽丝，减小锚固力，这样就可以拉出锚塞了。第三，有断丝或滑丝的钢束，应在两端加装千斤顶后，将钢丝夹紧在卡盘上，退出锚塞，用扁钢丝钎子从缺口处插入锚具，挡住锚塞小头，然后逐渐回油，放松钢束，取出锚塞。

5 高速公路预应力桥案例

以某市内环的高架桥公路某段的曲线预应力桥为例，在为该高速桥进行预应力钢束的张拉施工时，由于存在诸多不确定因素，导致无法一次完成张施工。在经过技术论证和确认后，采用分级张拉法施工，取得了很好的效果。这是从实际情况出发采用灵活张拉施工方法的一个典型案例。

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图3  箱梁平面示意图           图4  箱梁截面示意图

通过预应力分布计算得出，受控的张拉施工的预应力分布比不受控的张拉施工效果更好、更明显，而且在钢束在经过受控张拉后，由于摩擦和其他不确定因素带来的应力损失会大大减少。一般不受控张拉施工会造成40%以上的预应力损失，但经过受控张拉后，预应力损失可压缩到20%以内，甚至更少，效果极为明显。

6 结束语

总之，影响大跨度曲线预应力桥梁预应力钢束的因素有很多，例如：设计、材料、施工等一系列工程环节，而且还存在很多复杂、多变、偶然的因素在内。对于影响到预应力分布的因素在这个领域内尚有不可知之地，需要我们进一步的研究和探索，在实践中不断总结和借鉴经验，多开展实际数据测量和分析验证，多寻求新的思路和计算理论，从实际应用的角度深入探讨和挖掘大跨度曲线预应力效应。

参考文献：

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工程建设与设计，2010（09）.