钢绞线张拉过程中箱梁冷缝应力应变分析

杨 成，黄质宏，卢 萍，璩泽君

(贵州大学土木工程学院，贵州 贵阳 550025)

钢绞线张拉过程中箱梁冷缝应力应变分析

杨 成，黄质宏*，卢 萍，璩泽君

(贵州大学土木工程学院，贵州 贵阳 550025)

通过预应力锚索张拉过程中对冷缝位置处新旧混凝土应力应变值测读，比较每个测试位置两个测试点的应变和应力变化情况，分析箱梁冷缝处新旧混凝土的共同工作、协调变形能力，并用数理统计软件SPSS分析同区域两个测点的应变相关性，两者对比，以此判断冷缝处新旧混凝土协调变形能力。

冷缝；箱梁；受力性能

冷缝是指同一混凝土结构的上下两层混凝土的浇筑时间间隔超过初凝时间而形成的施工质量缝，是在施工过程中由于某种原因使前浇筑混凝土在已经初凝后，后浇筑混凝土继续浇筑，使前后混凝土联结处出现一个软弱的结合面。混凝土的冷缝在施工中是严禁出现的，此类问题一旦发生极难处理，冷缝的出现对结构的整体工作性能有较大的影响。

1 工程概况

某大桥其中一联桥梁布置为3×25m，采用 C50 现浇预应力砼箱梁，箱梁高1.7 米，箱梁宽度为16米，桥梁位于直线段及R=500m的曲线上。普通钢筋采用HPB235级和HRB335级两种，预应力钢筋在纵向、竖向预应力筋采用Φ15.20mm预应力钢绞线，横向预应力筋采用Φ12.7mm预应力钢绞线。预应力钢绞线的张拉控制应采用0.75fpk、0.37fpk、0.72fpk。在该桥箱梁底板浇筑完成后，相隔18个月进行腹板和顶板的浇筑，在箱梁的腹板位置处形成了施工冷缝。

2 测试方案

2.1 试验截面及测点

为检验二次浇筑混凝土(冷缝)在外荷载作用下的共同工作性能。通过在箱梁腹板截面(新浇混凝土、旧混凝土)粘贴电阻应变片的方式进行应变数据采集，对比分析二次浇筑区域混凝土应变数据。应变片为1/4桥工作片形式，应变片的测试方向与混凝土的主要受力方向一致。箱梁设置4个测试截面，每个截面12个应变测点，整个箱梁共设置48个应变测点，贴片沿水平方向粘贴[1]-[4]。

应变测点布置如图1、2。

表1 控制截面位置和测试内容

备注：L为箱梁总长

图1 测试截面应变测点布置示意图

2.2 试验荷载及分级加载

根据该桥结构形式，设置4个测试截面，即：1-1截面、2-2截面、3-3截面、4-4截面，每个截面12个应变测点，按照路线前进方向对每一个断面从右至左对应变测点依次进行编号，即：1#～24#测点(一个测点位置处有两个测试点，其中A为新混凝土测试点；B为旧混凝土测试点)(如图1、2)。

按照预应力钢绞线张拉顺序，张拉钢绞线(该箱梁共24束锚索)两端同时逐级加载、并同截面对称张拉，根据张拉顺序共分12个工况，在加载过程每个工况按3个等级加载，即初始应力0→(0.15σcon)→(0.3σcon)→(1.0σcon)。

3 应变测试结果

3.1 试验数据

按照测试方案进行测试，选取其中几个典型的应变测试点，结果如下。

表2 1-1截面测试结果(με)

表3 2-2截面测试结果(με)

表4 3-3截面测试结果(με)

表5 4-4截面测试结果(με)

图3 1-1截面测点1-A、1-B应变曲线 图4 2-2截面测点2-A、2-B应变曲线

图5 3-3截面测点3-A、3-B应变曲线 图6 4-4截面测点4-A、4-B应变曲线

3.2 SPSS分析

SPSS中两个独立样本检验是非参数检验方法的一种，其基本功能是判断两个独立的样本是否来自于相同分布的总体。这种检验过程是通过分析两个独立样本的均数、中位数、离散趋势、偏度等描述性统计量之间的差异来实现的。Mann-Whitney U 检验是SPSS非参数检验(两个独立样本检验)中的一种检验方法，其基本原理为假设两个样本分别来自除了总体均值以外完全相同的两个总体，目的是检验这两个总体的均值是否有显著的差别[5]-[6]。

根据该桥应变测试结果的数据的性质，对其试验结果数据分析采用SPSS软件非参数检验中的Mann-Whitney 检验，分析同区域两个测试点数据的差异性。

表6 测点1 SPSS非参数Mann-Whitney 检验

表7 测点2 SPSS非参数Mann-Whitney 检验

表8 测点3 SPSS非参数Mann-Whitney 检验

表9 测点4 SPSS非参数Mann-Whitney 检验

通过SPSS计算分析，该桥箱梁混凝土应变测试差异性分析结果与A、B应变测试点数据变化曲线吻合情况详见表10。

表10 应变测试结果分析表

注：P>0.05为不存在显著性差异；P<0.05为存在显著性差异。

通过对该箱梁24个区域的混凝土应变测试数据进行分析，其中21个区域的混凝土应变实测值随预应力钢绞线的分级张拉、工况、荷载变化而变化，新旧二个区域测点的混凝土应变值能够同步变化，其应变曲线吻合度均较好，不存在显著差异，这表明该箱梁二次浇筑的混凝土在张拉荷载作用下能够处于共同协调的工作状态。

部分测点(如测试区2)的应变测试数据存在差异，新旧混凝土的应变曲线前半段较吻合，后半段不完全吻合，其主要原因有：①电阻应变片粘贴有差异；②部分测点区域新旧混凝土的表面平整度、干燥度有差异；③测试误差等。

4 结 论

(1)箱梁二次浇筑混凝土形成的施工冷缝，在同区域二个不同测点上下位置处布置应变片，能够有效的测试混凝土的共同工作能力；

(2)在本次混凝土应变测试中，绝大部分区域的混凝土应变实测值随预应力钢绞线的分级张拉、工况、荷载变化而变化，同区域新旧混凝土二个测点的应变值能够同步变化，其应变曲线吻合度均较好，这表明该箱梁二次浇筑的混凝土在张拉荷载作用下能够处于共同协调的工作状态；

(3)测试数据表明同区域新旧混凝土二个不同测点的应变值存在一定的差异，其主要原因分析有：①电阻应变片粘贴有差异；②部分测点区域新旧混凝土的表面平整度、干燥度有差异；③测试误差等；

(4)本次试验中SPSS软件分析结果和应变曲线吻合度较好，说明数理统计软件可以在土木工程试验中进一步的应用；

(5)冷缝的出现对结构的整体性有较大的影响，在现场施工过程中应加强质量管理，防止冷缝的发生。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T 50152-2012混凝土结构试验方法标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2012

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GBT 50784-2013混凝土结构现场检测技术标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3] 中华人民共和国交通部.JTG D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].人民交通出版社，2004.

[4] 姚华.静载试验中有冷缝箱梁受力性能研究[J].工程科技.2014(3)：198-198.

[5] 杨维忠，张甜.SPSS统计分析与行业应用案例详解(第二版)[M].北京：清华大学出版社.2011.53-73.

[6] 林丽，两组独立数据差异性统计检验方法及应用的研究[D].上海交通大学硕士学位论文，2007.

(责任编辑：王先桃)

Anchor Cable Tension in the Process of Cold Box Girder Joint Stress and Strain Analysis

YANG Cheng，HUANG Zhihong*，LU Ping，QU Zhejun

(college of civil Engineering，Guizhou Universitg，Guiyang 550025 China)

To measure the stress and strain at the position of the cold joint between the new and old concrete by the pre-stressed anchor cable tensioning process,compare the strain and stress changes of two test points in each test position,analyze the interacting behavior and coordinated deformation ability of the new and old concrete in the cold joint of the box girder,and use SPSS, the mathematical statistics software to analyze the strain dependence of the two measurement points in the same area,on the basis of the comparison,judging the coordinated deformation ability of new and old concrete in cold joints.

cold joint；box girder；mechanical behavior

1000-5269(2016)06-0089-04

10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2016.06.20

2016-06-01

贵州省科学技术基金项目(黔科合LH字[2015]7085号)

杨 成(1991-)，男，在读硕士，研究方向：岩土工程。Email：913194210@qq.com.

*通讯作者： 黄质宏，Email：854584164@qq.com.

TU317.3

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