二次张拉钢绞线技术应用于箱梁腹板竖向预应力的研究

刘欢 何勇威

摘要：文章首先对预应力混凝土箱梁的特点进行了简单的介绍，其次分析了腹板模型试验斜裂缝的情况，并探讨了二次锚具的张拉工艺，最后展开了对二次张拉钢绞线技术在箱梁腹板竖向预应力的应用研究，希望有所裨益。

关键词：二次张拉钢绞线；箱梁腹板；预应力；影响

引言

随着我国交通建设事业的迅猛发展，大跨度连续梁和连续刚构桥大量修建，收到了良好的经济效益，但是在取得成就的同时，问题也在所难免，尤其是箱梁腹板斜裂缝问题，几乎成了大跨箱梁桥的通病，严重影响结构的使用性能和可靠性。而低回缩二次张拉预应力钢绞线锚具以其预应力损失小的特点，应用于箱梁腹板能有效提高永存竖向预压应力值，在对箱梁腹板斜裂缝的防治上有独特的优势。

1预应力混凝土箱梁的特点

从当前情况来看，我国已经修建了非常多的公路、铁路以及城市桥梁，其跨度大都高于40m，大部分采用的是预应力混凝土箱梁型截面梁的方式。在大跨度预应力混凝土梁桥中采用箱型截面，与箱型截面的良好结构性能具有直接的关系。通常来说，预应力混凝土箱梁的特点如下：第一，构造布置较为灵活，在支架现浇施工、逐孔施工、悬臂施工等施工方式中较为适用；第二，截面抗扭刚度较大，在结构施工及使用过程中有良好的稳定性；第三，顶板和底板都具有较大的混凝土面积，能有效抵抗正负弯矩，并容易满足配筋的要求；第四，截面效率高，适合预应力混凝土结构空间布束，经济效果增加显著；第五，对于曲线梁有更好的适应性；第六，能很好满足管线等公共设施的布设要求。

2腹板模型试验斜裂缝情况

2.1腹板模型试验斜裂缝的形成

在荷载加载前期，构件因为纵向预应力具有非常大的储备，处在弹性受力阶段，构件还没有出现裂缝，构件变形以及钢筋应变等都呈现线性增加。伴随荷载等级的增大，在弯矩最大的支座顶端翼板处呈现了第一条裂缝，受弯裂缝出现后沿着翼缘下部延伸了大约4cm的距离，宽度在0.02mm与0.03mm之间，这时候已达到了腹板实际开裂荷载的90%。然而，此裂缝在加荷载到开裂荷载的1.75倍时就停止了发展，弯曲裂缝依然没有延伸到腹板内部。试验采用了三个不同剪跨比进行加载，在不同剪跨比情况下，腹板所出现的斜裂缝主要有如下几点特点：第一，通过观察裂缝的开展情况，发现其是一个较为突然的过程，当荷载加到大约为计算开裂荷载的1.4倍时，腹板就会出现主斜裂缝；第二，剪跨比越大，裂缝就会越集中。当m=1.81时会出现一条主斜裂缝；当m=0.75时，腹板会出现若干条斜裂缝，这完全符合经典抗剪理论，在较小的剪跨比下，容易发生斜压破坏；第三，斜裂缝出现后，裂缝宽度超过0.02mm，肉眼清晰可见，3条主要斜裂缝刚出现宽度并不大，分别为0.03、0.04、O.O5m；第四，加载到开裂荷载后，裂缝没有出现，但在持荷过程中能清晰地听到清脆的混凝土崩裂声，而后裂缝出现；第五，裂缝出现后，随荷载的增加，裂缝宽度增加很快，而且对于剪跨比较大的两次试验，在有限的荷载吨位内没有出现第二条贯通的斜裂缝，主斜裂缝宽度最后达到0.45mm；第六，最初出现的主要裂缝与水平向的夹角都在40°-45°之间，剪跨比较大的加载中没有出现“从加载点到支点”连线的主裂缝，说明在双向预应力作用下，预应力的存在对梁体斜裂缝的开展有影响，和无预应力梁有区别；第七，对于同一条裂缝，最大宽度处位于双肢箍间的位置，而不是位于箍筋处，证明箍筋对裂缝的发展有约束作用；第八，卸载之后，所有的斜裂缝均闭合，证明梁整体仍处于弹性阶段，没有发生塑性变形。

2.2竖向预应力钢绞线应力变化

混凝土开裂后，混凝土和钢筋之间存在粘结滑移，导致混凝土表面的应变和裂缝宽度要大于混凝土内部。同时，由于混凝土的离散性，即使同一截面的同一高度处的钢筋的应变也并不一定是一致的。此外，由于波纹管的存在，波纹管内外的的裂缝也不可能贯通。为简化计算，可以由所测得的普通箍筋的应变变化值来推算竖向预应力筋在开裂后的应力变化值：第一，假定在同一截面的同一高度处的竖向预应力筋和箍筋具有相同的应变；第二，忽略波纹管的影响；第三，取各箍筋在裂缝出现后的最大应变增量作为相同位置处的竖向预应力筋的应变增量。

3二次锚具的张拉工艺

在实际施工的过程中二次锚具最大的特点就是与一次张拉锚具相比多进行一次张拉，并且进行二次张拉时应当使用和二次张拉锚具相匹配的连接器来进行。具体的张拉程序如下：第一，第一次张拉钢绞线和传统夹片式锚具张拉程序类似；第二，完成一次张拉后，在2-16小时后，开展二次张拉，第二次张拉采用拉杆把同一力筋和锚杯连接在一起，之后再开展张拉操作，直到达到设计荷载，然后进行超张拉、持荷2min、旋扭支承螺母消除锚杯与垫板之间的间隙、放张锚固。应用连接器开展对预应力钢绞线的二次张拉操作，应当采用如下两种方式来进行张拉：第一，通过对连接器施加拉力，靠连接器将锚杯施加拉力进行张拉，张拉到位后再旋紧螺母；另一种是通过千斤顶对钢绞线施加拉力，由钢绞线带动锚杯的方式进行张拉，张拉到位后再旋紧螺母。两种方式的区别在于二次张拉的直接受力体分别为锚杯和钢绞线，文章将通过现场实测对两种不同的二次张拉工艺进行对比研究，分析各自的优缺点。由于进行第二次张拉，消除了第一次张拉放张夹片回缩造成的预应力损失，新型锚具大幅提高了预应力筋效率，同时也消除了精轧钢筋YGM锚固体系存在的预应力损失大和永存预应力极难保证稳定、易发生随机变化的问题。

4二次张拉钢绞线技术在箱梁腹板竖向预应力的应用

4.1二次锚具作为腹板竖向预应力体系对结构抗剪性能的影响

采用二次锚具作为箱梁腹板竖向预应力体系，对结构的抗剪性能主要体现如下两个方面：第一，预应力损失不大，结构永存预压应力比较高。从预应力损失试验测试中得知，二次锚具可以使张拉阶段的預应力损失降低，以便为箱梁结构提供稳定的竖向预压应力储备，以促进箱梁腹板抗裂性能的有效提升；第二，采用高强钢绞线作为竖向预应力筋，增强了结构的可靠性。如前所述，高强钢绞线具有较高的应力储备，使得其在腹板开裂后仍能保持在弹性范围内工作，分担了部分剪力，使箍筋和竖向预应力筋构成的拉杆体系应力水平降低，从而限制裂缝的继续开展，又增强了结构的刚度，增大了结构了弹性工作范围，很好地改善了结构的使用性能。

4.2二次张拉对开裂荷载的影响

在竖向与纵向预应力的双重作用下，剪跨比较小的梁在加载的过程中会出现比较典型的腹剪斜裂缝，它的开裂荷载不会被剪跨比所影响。在剪跨比不对开裂裂缝形式产生影响的情况下，开裂荷载和梁截面特点及预应力储备具有直接的关系。依据试验梁在张拉时候的测量结果，可推算出只进行一次张拉（传统锚具）和采用二次张拉后腹板中的永存预压应力及开裂荷载：与一次张拉预应力损失20%.30%.40%，50%时相比，采用二次张拉预应力锚具后，梁体的开裂荷载分别提高了5.9%，8.3%，14.3%，19.9%，效果明显，证明二次张拉锚具具有很高的工程实用价值。

结束语

总而言之，二次张拉竖向预应力钢绞线锚具是一种新型的低回缩锚具，应用于箱梁竖向预应力能够有效减小短束的回缩预应力损失，从而提高箱梁腹板的抗裂性能，有效解决箱梁腹板斜裂缝问题。

参考文献：

[1]肜辉.二次张拉低回缩预应力锚具及锚下应力分析[D].湖南大学，2010.