先张法折线配筋预应力混凝土箱梁施工技术.pdf

第 l 0卷第 4期 2 0 1 3年 8月 铁道科学与工程学报 J OURNAL OF RAI L W AY SCI ENCE AND ENGI NEERI NG V O1 1 O NO 4 Au g2 0 1 3 先张法折线配筋预应力混凝 土箱梁施工技术 王艳 。 赵志有 ， 章建平。 ( 1 郑州大学 土木工程学院， 河南 郑州 4 5 0 0 0 1 ； 2 河南省高等级公路建设监理部有限公司， 河南 郑州4 5 0 0 5 2 ； 3 河南公路工程局集 团有限公司， 河南 郑州 4 5 0 0 5 2 ) 摘要： 以岳常高速中的2 5 m先张法折线配筋预应力箱梁预制施工为背景， 介绍先张法折线配筋预应力混凝土箱梁施工 中张拉台座、 弯起器的设计与施工、 预应力的张拉与放张工艺等3项关键性施工技术和相关施工经验， 并对张拉台座、 弯起 器的设计提 出改进建议 ， 研究结果表明： 技术改进后施工效率得到有效提高， 箱梁预制质量良好， 该项技术可为类似工程提 供设 计和施 工借鉴 。 关键词： 折线预应力； 先张法； 预应力混凝土箱梁； 施工技术 中图分类号： U 4 4 8 3 5 文献标志码： A 文章编号： 1 6 7 2 7 0 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 1 0 0 0 6 Co n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y o f b r o k e n l i n e p r e t e n s i o n p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b o x b e a m WANG Ya n ，Z HAO Z h i y o u ，Z HANG J i a n p i n g ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 ， C h i n a ； 2 He n a n Hi g h wa y Co n s t r u c t i o n S u p e r v i s o r C o L t d， Z h e n g z h o u 4 5 0 05 2，Ch i n a； 3 He n a n Hi ghw a y E n gi n e e ri n g B u r e a u G r o u p C o L t d ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 5 2， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e p r e f a b ri c a t e d c o n s t r u c t i o n o f 2 5 m b r o k e n - l i n e p r e t e n s i o n p r e- - s t r e s s e d c o n c r e t e b o x b e a m a - d o p t e d i n Y u e c h a n g Hi g h wa y W a S t a k e n a s b a c k g r o u n d T h r e e k e y c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g i e s a n d rel a t e d c o n s t ruc - t i o n e x p e rie n c e w e r e i n t r o d u c e d d u ri n g t h e c o n s t r u c t i o n o f b rok e n l i n e p r e - t e n s i o n p r e s t res s e s d c o n c r e t e b o x b e ami n c l u d i n g t h e d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n o f s t r e t c h i n g b e d a n d b e n d i n s t r u me n t a s w e l l a s t h e t e n s i o n a n d r e - l e aSe t e c h n i q u e o f p r e s t r e s s ，a n d t h e i mp r o v e d a d v i c e o n the d e s i gn o f s t r e s s i n g b e d a n d b e n da p p a r a t u s WaS p rop o s e d Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e e ffic i e n c y o f c o n s t ruc t i o n i s e n h a n c e d g r e a tl y a n d t h e p ref a b ri c a t e d b o x b e am i s wi t h g 0 0 d q u a l i t y a f t e r a d o p t i n g t h e i mp rov e d t e c h n i q u e ，thu s t h e t e c h n i q u e a n d e x p e ri e n c e c a n o ff e r r e f e ren c e f o r t h e d e s i gn a n d c o n s t ruc t i o n o f s i m i l ar p r o j e c t s Ke y wo r d s： p r e s t r e s s i n b rok e nl i n e；p r et e n s i o n me tho d；p r e s t r e s s e d c o n c ret e bo x b e am ；c o n s t ruc t i o n t e c h - n o l o g y 目前 ， 2 5 m以上预应力混凝土箱梁采用后张 法预制技术已被广泛应用， 但后张法施工工艺在施 工过程中易出现预应力锚 固处混凝土压碎、 堵孔、 压浆不密实 ， 从而影响结构承载力和耐久性等质量 问题 ， 为桥梁的后期使用埋下安全隐患。先张法折 线配筋预应力梁采用先张法施 工技术具有施工周 期短， 工序简单、 耐久性好等特点， 且预应力明确， 无需管道、 省去压浆等工艺， 更有利于控制预制梁 的施工质量， 与传统先张直线配筋梁比， 梁端受力 更为合理。文献 1 1 0 已经开展了相关 5 0 m T 梁 、 3 5 m箱梁 、 2 4 m T梁折线配筋的施工技术研究 工作 ， 并进行了摩阻力、 预应力损失 、 混凝土徐变等 收稿 日期 ： 2 0 1 21 11 5 作者简介： 王艳( 1 9 8 0 一) ， 女， 河南清丰人 ， 硕士， 副教授， 从事桥梁结构设计和分析 塑 三 兰 ： 篁 ： 先 张 法 折 线 配 筋 预 应 力 混 凝 土 箱 梁 施 工 技 术 _ ，_ 二 _ 二 _ 二 二 _ 二 二 H o - J 一 1 H 7 小 B L 1 X l 1 01 理论探索和新型弯起器的开发与研究。在此基础 上， 为推广该项技术， 岳常高速公路发展有限公司 引进先张法施工折线配筋 预应力混凝土箱梁施工 工艺， 通过不断探索， 总结出一整套适合工地现场 条件的施工工艺， 本文就弯起器、 张拉台座的设计 与施工、 预应力钢绞线的放张工艺等 3 项关键性技 术进行探讨， 并对以往技术进行部分革新 ，可为类 似工程提供借鉴 。 1 箱梁概况 湖南省岳阳至常德高速公路第三合同段承建 的 1 2 2 跨先简支后连续桥梁中有 6 跨为2 5 m先张 法折线配筋预应力混凝土箱梁桥， 每跨上下幅 8片 梁 ， 共 4 8片。箱梁分边梁和中梁 ， 中梁顶板宽 2 4 m， 底板宽 1 0 m， 顶板中心高 1 4 m， 斜腹板水平 向厚 1 8 o m， 端头加厚至 2 7 c m， 腹板斜率 I ： 4 ，横 隔板较顶板加宽 0 2 n l ， 外边梁顶板宽 2 8 5 m。 其 他尺寸与中梁的相同， 中梁构造见图 1 。 L煦 I 单 位 ： 箱梁跨中截面 图 I 2 5 m葙梁截面( 中梁) F i g I T h e 8 e c t i o n 2 5 I l l b o x- b e a m( mi d d l e b e 锄 ) 箱梁内部配置的预应力钢束分直线束和折线 束， 每个箱梁板底布置 1 6 根直线预应力钢束 ，腹板 内布置 1 0根( 边梁 1 2根) 折线束 ，折线 钢绞线通 过：弯起器在腹板内逐渐上行， 弯起器设置在距梁跨 中2 8 m位置处， 边梁折线束弯起角为4 3 7 5 。 ， 中 梁折线束弯起角度 4 3 8 。 ， 折线束水平间距 5。 m 。 竖向间距 8 c m， 保护层厚度足够 ，不会产生预应力 锚固问题n 川 。单根预应力钢绞线采用 q # 1 5 2 4钢 绞线， 抗 拉 标 准强度 1 8 6 0 M P a ，张 拉控 制应 力 1 3 9 5 MP a ， 单根钢绞线张拉力 1 9 5 3 k N， 预应力钢 束布置如图2 所示。 | 图2 2 5 m箱粱预应力筋布置图( a f t) F i g 2 T h e l a y o u t o f p r e s t r e s s e d t e n d o n s 0 f 2 5 m b 0 x b e a m( mi d d l e b e am ) 2 张拉台座设计与施工 张拉台座布置采用长线法， 全长 5 2 5 4 m ，每 2 个台座为 l 组， 同时预制 2片箱梁， 台座布置示意 图如 3 所示。台座采用固定式钢筋混凝土反力梁 ， 梁截面为 8 0 c m 1 0 0 c m， 两端采用变截面形式 ， 两反力梁间距 5 8 m， 反力粱中部设置转向墙 ，导 向器设置在转向墙上用于折线预应力钢束穿过 ，转 向墙下部距地面2 0 c m处设置 1 0 0 c m1 5 e m的 空洞， 用于直线预应力钢束穿过。由于预应力分上 层折线束和下层直线束， 所以， 在台座端布置上 、下 张拉钢箱横梁， 用于锚固和张拉上下两层预应力钢 束。折线预应力束的弯起主要依靠设置于距梁跨 中2 8 I n 处的弯起器来实现， 折线预应力钢束张拉 后， 弯起器需要承受一定的上拔力 ，故在弯起器下 方设置长为 9 m、 直径为 1 8 m的抗拔桩 ，弯起器 的拉板与抗拔装顶部的预埋件锚固连接。为保证 梁平整， 跨中向下设预拱度 1 5 c m， 反拱曲线采用 二次抛物线设计 原设计将转向墙与两侧反力梁相互固结为整体 ， 这样把台座从空间上分开， 不利于施工人员和材料的 穿过， 通过研究， 将转向墙与反力梁基础部分连接 ，露 出地面部分二者分开， 转向墙两端各留出一通道 ，在 转向墙受力影响较小的情况下， 这种处理方便了施工 材料运输， 改进后的转向墙见图4 。 r _ - 1 0 4 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 0 1 3年 8月 钢绞线张拉会引起张拉横梁的变形， 后张拉的钢绞 线会使先张拉的钢绞线产生预应力损失， 因此， 需 要确定上、 下张拉横梁单根钢绞线张拉顺序， 并根 据张拉顺序调整钢绞线的张拉力。单根钢绞线的 实际张拉力确定为在 5 0 的张拉控制力的基础上 叠加单根钢绞线的张拉力增量 ， 该增量由张拉后续 钢绞线产生的横梁变形换算得到。为了防止横梁 加载时偏载而引起横梁翻倒， 张拉时用 2台千斤 顶 ， 从靠近截面重心处开始向两边 ， 左上 1根和右 下 1 根 、 右上 1 根和左下 1 根分批成对地张拉。中 梁折线束 1 O根 、 边梁折线束 1 2根锚 固于上横梁 ， 其张拉顺序如图 8 ( a ) 和( b ) 所示 。中梁和边梁底 板 1 6束直线筋锚固于下横梁， 其张拉顺序如图8 ( C ) 所示 。 5 8 e 1 4 9o3 6 2 o 1 0 t7 ( a ) 5 8 o 9o1 4 1 0 l l e3 6 2 。 o。1 2 07 ( b ) ll 3 2 1 0 矗 1 5 1 3 9 7 5 l 4 6 81 2 1 4 1 6 ( c ) ( a ) 中梁折线束张拉顺序； ( h ) 边梁折线束张拉顺序 ( c ) 中、 边梁底板直线束张拉顺序 图 8 箱梁预应 力张拉顺序 F i g 8 T h e t e n s i o n o r d e r o f b o xb e a m 整体张拉时2台千斤顶同时、 同步张拉， 一般 情况下， 应先张拉下横再上横梁， 为了缩短预应力 张拉时间 ， 也可在上下横梁上 同时张拉， 但下横梁 张拉的速度要快于上横梁。 张拉质量控制以张拉力为主， 伸长量校核的双 控原则 ， 在张拉过程 中及时采集张拉数据， 计算实 际伸长量 ， 与理论伸长量误差不得超过 6 。张拉 锚固后， 预应力钢绞线对设计位置的偏差不大于 5 mm。 在浇注混凝土时 ， 由于预应力筋 已经张拉 ， 浇 注时不能倾倒， 设置灰盘， 以免冲击钢绞线， 在混凝 土振捣时 ， 振捣棒避免碰触预应力钢绞线。 4 2 放张工艺 当梁体混凝土抗压强度达到设计强度的 9 0 方可进行预应力放张。为保证预应力钢铰放张后， 梁体上拱 ， 全截面受压 ， 梁顶不出现拉应力 ， 故采用 先拆除弯起器中导向板上 的直拉板与 u形拉板 的 连接销 ， 后放张折线预应力钢铰线 ， 再放张直线预 应力钢铰线的放张方案。 具体放张顺序为： 拆除弯起器的直拉板与 u 形拉板的连接销一用分离式机械锁紧油压千斤顶 进行上横梁上的折线钢铰线放 张 1 3 一 用分 离式 机械锁紧油压千斤顶进行下横梁上的直线钢铰线 放张 1 3再用分 离式机械锁 紧油压千斤 顶进行上 横梁上的折线钢铰线放张 1 3 再用分离式机械 锁紧油压千斤顶进行下横梁上的直线钢铰线放张 1 3 一第 3次用分离式机械锁紧油压千斤顶进行上 横梁上的折线钢铰线放张完毕 第 3次用分离式 机械锁紧油压千斤顶进行下横梁上 的直线钢铰线 放完毕。在张拉端的梁端钢铰线无应力状态下用 砂轮切割钢铰线。 钢绞线放张后， 转向墙处的梁端钢铰线有残余 应力存在 ， 先用 乙炔割枪对称地将 每根钢铰线烤 红， 释放残余应力， 然后用砂轮切割至梁端5 0 m m 。 放张前应拆除 内模、 外模 和侧模 ， 使放张时箱 粱能 自由压缩 ， 否则将损坏模板或使箱粱开裂。进 行预应力筋的放张工作时 ， 用分离式机械锁紧油压 千斤顶先顶升约小于 0 5 m m至能转动 锁紧螺母 为止， 边旋转锁紧螺母边油压卸载， 缓慢进行 ， 防止 冲击 。不允许采用剪断或割断等方式突然放张 ， 以 避免最后放张的几根预应力筋产生过大 的冲击而 断裂 ， 致使构件开裂 。 经现场多次测量， 预制后的大多数箱梁跨中反 拱值为 1 01 3 m m， 与理论设计值 1 3 m m基本接 近。混凝土测试强度为 5 0 25 9 1 M P a ， 证明预 制质量 良好。 5 结论 折线配束预应力混凝土箱梁运用先张法施工 工艺较大的改善了梁端的应力状态 ， 同时施工相对 简单 ， 施工质量便 于控制 ， 运用台座更适合批量生 第 4期 王艳 ， 等： 先张法折线配筋预应力混凝土箱梁施工技术 1 0 5 产， 为先张法预应力梁在较大跨径桥梁中的发展提 供了可能。本文就该施工工艺 中 3个关键性施工 技术进行了探讨 ， 并对原设计提 出改进意见 ， 其 中 弯起器的设计与应用关系到整个结构的受力和施 工的难易程度， 在后续工作中仍需进一步研究， 并 最终形成标准化构造。 参考文献 ： 1 欧阳克武 3 5 m折线配筋先张梁施工技术研究和应用 J 公路， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 9 4-9 8 OU YANG Ke w u T h e c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e a n a l y s i s a n d a p p l i c a t i o n o f 3 5 m f o l d l i n e p r et e n s i o n b e a m J H i g h w a y 2 0 1 0 ( 4 ) ： 9 4 9 8 2 王亚辉 折线配束的先张预应力混凝土 5 0 m T梁的施 工技术 J 公路， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 6 1 6 6 WANG Ya h u i Th e c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y o f 5 0 m f o l d l i n e p r gt e n s i o n p r e s t r e s s e d c o n c ret e b e a m J H i g I l - w a y ， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 6 1 6 6 3 和民锁， 马新安 ， 曹新刚 大跨度先张法折线配筋预应 力混凝土简支梁预制施工技术 J 铁道工程学报， 2 0 0 4 ( 2 ) ： 4 3- 4 5 ， 2 5 HE Mi n s u o， MA Xi n an ，CA O X i n g an g Co n s t r u c t i o n t e c h n i q u e o f p re c a s t i n g f o r p re s t e e s s e d c o n c r e t e s i re- p i es u p p o r t e d b e am wi t I l l o n g s p a n p r et e n s i o n e d b r o - k e nl i n e J J o u r n a l o f R a i l w a y E n g i n e e ri n g S o c i e t y ， 2 o o 4 ( 2 ) ： 4 3 4 5 ， 2 5 4冯敏娟， 张旭东 折线配筋先张法预应力混凝土梁制造 工艺 J 铁道标准设计 ， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 2 7 2 9 F E N G Mi n j u an ，Z H A N G X u d o n g The f a b ri c a t i o n t e c h - n i q u e o f f o l d l i n e p r 鬯一t e n s i o n p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b e a m J R a i l w a y S t a n d a r d D e s i g n ， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 2 7 2 9 5 王俊， 刘立新 ， 赵静超 折线先张预应力混凝梁施工阶 段性能试验研究 J 中外公路， 2 0 0 9 ， 2 9( 6 ) ： 1 1 6 1 20 WANG J u n， L I U L i x i n， Z HAO J i n g c h a o T e s t r e s e a r c h o n p r o p e r t i e s o f f o l d l i n e p r g t e n s i o n p r e s tre s s e d c o n c ret e b e am d u r i n g c o n s t r u c t i o n s t a g e J J o u rnal o f C h i n a F o r e i gn H i ghw a y ， 2 0 0 9 ， 2 9 ( 6 ) ： 1 1 61 2 0 6 王俊 ， 刘立新 折线先张全预应力混凝土梁徐变曲率试 验研究 J 公路交通科技 ， 2 0 0 9 ， 2 6 ( 1 2 ) ： 3 9 4 3 WANG J u n， L I U L i x i n E x p e r i me n t al s t u d y o f c r e e p c u r - v a t u re o f f u l l p res t r e s s e d c o n c r e t e b e a ms wi t h p r e t e n - s i o n e d ben t u p t e n d o n s J J o u rnal o f H i ghw a y a n d T r a n s p o r t a t i o n Re s e a r c h a n d De v e l o p me n t ， 2 0 0 9， 2 6 ( 1 2 ) ： 3 9 4 3 7 王慧东 ， 刘立峰 2 0 m公路折线先张梁静载试验研究 J 石家庄铁道学院学报， 2 0 0 9 ， 1 9( 1 ) ： 1 01 3 ， 7 5 W ANG Hu i d o n g ，L I U L i f e n g S t a t i c t e s t r e s e a r c h o n 2 0 m C u r v e s t r a n d p r e t e n s i o n e d b e am J J o u rna l o f S h i j i - a z h u ang R a i l w a y I n s t i t u t e ， 2 0 0 9 ，1 9 ( 1 ) ： 1 0一l 3 ， 7 5 8 刘立新， 胡丹丹， 于秋波 先张法折线形预应力梁钢绞 线摩擦损失试验研究 J 郑州大学学报( 工学版) ， 2 0 0 6。 2 7 ( 4 ) ： 69 L I U L i x i n ， H U D and a n ， Y u Q i u b o E x peri me n t a l s t u d i e s o n p re - s t r e s s i n g f ri c t i o n a l l o s s o f t h e f o l d 1 i n e p r e t e n s i o n p re s t re s s e d beam J J o u rnal o f Z h e n g z h o u U n i - v e r s i t y( E n g i n e e ri n g S c i e n c e ) ， 2 0 0 6 ， 2 7 ( 4 ) ： 6 9 9 黄文雄 ， 谭利英 结构与材料参数变化对折线配筋先张 梁局部应力的影响 J 公路交通科技 ， 2 0 1 2 ， 2 9 ( 1 ) ： 7 57 9 HU ANG W e n x i o n g，T AN L i y i n g I mp a c t o f s t r u c t u r a l p a - r a me t e r s an d ma t e rial p a r am e t e r s o n l o c a l s t r e s s d i s t r i b u - t i o n i n pel y l i n e p r e t e n s i o n e d b e a m J J o u r n a l o f H i gh- w a y an d T r an s p o rt a t i o n Re s e a r c h an d D e v e l o p me n t ， 2 0 l 2 ， 2 9 ( 1 ) ： 7 5 7 9 1 0 黄文雄 ， 谭利英 新型弯起器研制及其对钢铰线力学 性能影响 I： 强度与延性 J 公路交通科技 ， 2 0 1 3 ， 3 0 ( 2 ) ： 4 9 5 4 HU ANG We n x i o n g ， T AN L i y i n g D e v e l o p me n t o f n e w ben d i n g c o mp o n e n t an d i t s i n fl u e n c e o n me c h ani c a l p r o p e rt y o f s t e e l s t r a n d I：S t r e n g t h& d u c t i l i t y J J o u rnal o f Hi g h w a y and T r a n s p o rt a t i o n Re s e a r c h and De - v e l o p me n t ， 2 0 1 3 ， 3 0 ( 2 ) ： 4 9 5 4 1 1 杨庆国， 易志坚 ， 刘占芳 混张工艺制作先张法折线预 应力混凝土构件的设想 J 桥梁建设， 2 0 0 5( 4 ) ： 7 9 8 1 Y A N G Q i n g g u o ， Y I Z h ij i a n ， L I U Z h a n f ang A t e n t a t i v e i d e a for ma k i n g p ret e n s i o n e d c o n c r e t e e l e me n t wi t h d r a p e d t e n d o n s b y m i x t e n s i o n i n g t e c h n o l o gy J J o u r - h al o f b ri d g e c o n s t r u c t i o n ， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 7 9 8 1