连续刚构桥钢束张拉次序对预应力损失影响研究

徐学斌，邬晓光

(长安大学公路学院，陕西西安710064)

预应力是连续刚构桥的生命线，预应力钢束张拉是连续刚构桥施工过程中非常重要的环节。现行《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50－2011)规定:预应力筋的张拉顺序应符合设计规定，设计未规定时，可采取分批、分阶段的方式对称张拉［1］。对顶板束、腹板束同时存在的桥梁分批张拉次序并未作出规定，为数不少桥梁设计文件中也并没有明确预应力钢束张拉次序，只是按经验先张拉较长束。

目前对预应力分批张拉造成预应力损失的研究，仅限于分批张拉空间理论计算［2］和有限元模型计算［3］，并未考虑不同批次钢束类型和数量不同对桥梁结构的影响，也没有针对具体工程分析不同分批张拉方式对预应力损失影响。无论是设计、施工、还是监理对预应力钢束张拉次序认识模糊，只能按经验进行。因此，针对实际工程项目研究预应力钢束张拉次序对预应力损失影响研究很有必要。

1 工程概况

老窝河特大桥主桥为预应力混凝土连续刚构，跨径布置为88 m+160 m+88 m，由两个160 mT组成对称结构，主桥总长为336 m。单箱单室箱梁断面，采用纵向、竖向双向预应力结构，纵向预应力采用大吨位群锚体系，竖向预应力采用精轧螺纹粗钢筋锚固体系。纵向预应力钢束布置如图1所示。

纵向预应力顶、底板束均采用两端张拉，控制张拉应力1 395 MPa。

2 顶、底板束张拉次序对预应力损失影响

采用 Midas/civil建模［4］，将预应力钢束几何形状按设计图纸上相应坐标进行确定，分析顶底板钢束分批、同步、对称张拉次序不同对预应力损失的影响。依托工程共有悬臂浇筑节段20块，取六个工况进行研究分析，工况一:1#块预应力钢束张拉后;工况二:5#块预应力钢束张拉后;工况三:10#块预应力钢束张拉后;工况四:15#块预应力钢束张拉后;工况五:20#块预应力钢束张拉后;工况六:成桥十年。由于桥梁结构的对称性，在每个工况下，在单悬臂上均匀选取五个典型梁单元进行分析计算。

2.1 方案一

先对称、同步张拉腹板束，再对称、同步张拉顶板束，在Midas/civil有限元模型中选取五个典型梁单元，考虑所有预应力损失得出有效预应力如表1、表2。

2.2 方案二

先对称、同步张拉顶板束，再对称、同步张拉腹板束，在Midas/civil有限元模型中选取同样五个典型梁单元，考虑所有预应力损失有效预应力如表3、表4所示。

注:图中“T”表示顶板预应力钢束，规格为ΦS15－14;“X”表示腹板预应力钢束，规格为ΦS15－12。

表1 先张拉腹板束顶板钢束有效预应力表Tab.1 Effective prestress of plate beams while drawing roof beams first

表2 先张拉腹板束腹板钢束有效预应力表Tab.2 Effective prestress of roof beams while drawing roof beams first

表3 先张拉顶板束顶板钢束有效预应力表Tab.3 Effective prestress of plate beams while drawing plate beams first

表4 先张拉顶板束腹板钢束有效预应力表Tab.4 Effective prestress of roof beams while drawing plate beams first

表5 截面内力损失值 单位:ANTab.5 The loss of section internal force unit:AN

2.3 两种张拉方案预应力损失对比及原因分析

由于顶板束和腹板束规格不同，顶、腹板束左右各一束对称布置，为方便对比，设顶板束面积为Amm2，腹板束面积为6/7A mm2。所选取单元由预应力钢束提供内力损失如表5。

通过计算分析，该桥采用先对称、同步张拉顶板束的分批张拉工艺引起的预应力损失在施工过程中以及成桥十年均比先张拉腹板束要小，与传统经验先张拉较长钢束相反。成桥十年后先张拉顶板束预应力损失比先张拉腹板束小0.8%。

腹板束比顶板束长，且在竖向有弯曲，故钢束和预应力管道间摩擦引起的预应力损失要大于顶板束［5－6］，在相同的张拉控制应力下最终有效预应力小。无论采取何种张拉工艺，箱梁按节段施工分批张拉预应力束，都会由于后张拉批次钢束使混凝土弹性压缩，造成先张拉批次钢束预应力损失，已经锚固的预应力钢束由于后续批次钢束张拉产生弹性变形产生预应力的损失称为分批张拉引起的预应力损失［7］。影响分批张拉引起预应力损失的因素主要有梁体混凝土弹性模量、预应力钢束弹性模量、张拉顺序和张拉吨位。当弹性模量和张拉控制应力确定后，张拉次序对分批张拉预应力损失起重要作用，采用合理的张拉次序，可以有效减少预应力损失［8］。在桥梁设计中，通常顶板束要比腹板束粗，由张拉顶板束提供的内力比张拉腹板束提供的内力要大。

由以上分析，张拉腹板束引起的混凝土弹性压缩比张拉顶板束引起的弹性压缩要小，所以采用后张拉腹板束造成的张拉工艺造成的预应力损失小。

3 结论

1)先张拉顶板束后张拉腹板束，混凝土弹性压缩引起箱梁纵桥向位移大于先张拉腹板束后张拉顶板束。

2)由于两种张拉方式引起的预应力损失量差别不大，两种张拉方案均可行，可根据工期和现场条件进行选择。

3)先张拉顶板束后张拉腹板束，引起的预应力损失略小于先张拉腹板束再张拉顶板束。参考文献:

［1］JTJ 041—2000，公路桥涵施工技术规范［S］.

［2］COLE H A.Direct solution for elastic prestress loss in pretensioned concrete girders［J］.Practice Periodical on Structural Design and Construction，2000，5(1):27－30.

［3］石鲁宁，闫维明，何浩祥，等.考虑第一批预应力损失的后张法箱梁张拉顺序优化［J］.北京工业大学学报，2014(2):239－246.

［4］刘美兰.Midas Civil在桥梁结构分析中的应用:一［M］.北京:人民交通出版社，2012.

［5］叶见曙.结构设计原理［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［6］朱建.预应力张拉工艺对连续刚构桥应力及变形影响［D］.武汉:武汉理工大学，2012.

［7］丁南宏，钱永久，林丽霞.分批张拉预应力损失的空间简化计算方法［J］.公路交通科技，2006(6):66－68.

［8］BARR P J，KUKAY B M，HALLING M W.Comparison of prestress losses for a prestress concrete bridge made with high － performance concrete［J］.Journal of Bridge Engineering，2008，13(5):468 －475.