大跨度混凝土箱梁桥竖向预应力张拉工艺研究

施 嘉 吴 涤 兰 军

（四川省公路规划勘测设计研究院有限公司，四川 成都 611100）

0 引言

竖向预应力度对大跨度预应力混凝土箱梁桥的腹板主拉应力影响很大，一旦竖向预应力损失过大，其混凝土承受的主拉应力则会相应增加，从而导致腹板斜裂缝的出现[1]。高强度精轧螺纹钢筋由于施工工艺简单、操作简便常作为桥梁结构的竖向预应力筋用于混凝土箱梁腹板中，但其锚固过程中的应力损失往往不能做到有效的控制,造成部分竖向预应力不能满足设计要求甚至失效。钢绞线的张拉应力计伸长量是精轧螺纹钢的2 倍以上，但是由于张拉长度较短，锚固时回缩大而造成预应力损失较大[2]。二次张拉预应力钢绞线锚具是一种新型的预应力锚具，具有张拉回缩量小的优点，尤其适用于较短的预应力钢绞线的张拉。但这种施工工艺的主要性能参数均来自于实验室内取得的数据，本文首次针对实际工程进行现场试验，对比研究了低回缩锚具整体张拉工艺和传统的钢绞线单根轮替张拉工艺对桥梁竖向预应力度的影响。

1 工程背景

以某高速公路上的3 座特大跨径连续刚构桥为工程背景进行试验研究，其主桥跨径布置分别为：a)一号大桥：120m+230m+120m；b)二号大桥:125m+230m+120m；c)三号大桥:95m+180m+95m。3 座桥梁箱梁腹板纵向间隔40～50cm 均设有竖向预应力钢束，交错布置，采用3Φ15.2 高强低松弛钢绞线及M15-3DHS 低回缩专用锚具。

2 试验内容

试验分为室内试验与现场试验：

(1)室内试验。在预应力锚固台座上进行，分别从上述三座桥梁现场随机抽取9 套锚具和钢绞线进行低回缩锚固整体张拉和单孔张拉工艺对比试验和静载锚固试验和，具体项目包括：锚固效率系数、预应力损失、钢绞线内缩量。

(2)现场试验。在二号大桥主桥上实施，现场随机抽取二号大桥左幅2#墩2#节段6 束竖向预应力钢束(对应腹板高度14.18 米)分别作低回缩锚固整体张拉和单孔张拉工艺对比，具体项目包括：预应力损失、钢绞线内缩量。

3 试验方法

以下列出的为室内试验的试验方法步骤，现场试验的试验步骤与室内试验大致相同[3]。

3.1 传统单孔张拉工艺

①按图2（a）安装工作锚板、螺母及工作夹片。

②安装限位板、千斤顶、工具锚板及工具夹片。

③将磁通量传感器用穿心式安装方法每根钢绞线各安装一个，安装位置为预应力筋在工作锚和固定锚具之间的长度的1/2 处。

④钢束设计张拉控制应力σcon 为其抗拉强度标准值的70%，即1860Mpa×70%=1302MPa。

⑤依次单根张拉预应力钢束，张拉步骤：0→0.05σcon→1.03σcon (持荷2min) →锚固。张拉至1.03σcon 持荷稳定后，分别记录3 根钢绞线实际受力（i=1,2,3）、预应力钢绞线在工作锚中心和固定锚中心之间的长度iL；放张后锚固后，记录3 根钢绞线实际受力值Pi2。

⑥计算各根钢绞线预应力损失：

预应力损失度：

钢绞线内缩量：

式中：Aip——单根钢绞线的面积；

4.2 低回缩锚具整体张拉工艺

①按传统单孔张拉工艺的步骤①～步骤③安装工作锚板、螺母、工作夹片、限位板、千斤顶、工具锚板、工具夹片及磁通量传感器。

②对3 根钢绞线进行第一次整体张拉：0→0.05σcon→1.05σcon (持荷2min) →锚固。

③按图2（b）安装撑脚、连接头、张拉杆、千斤顶及张拉螺母，尽可能使得撑脚、千斤顶与锚具对中，并保证连接头与工作锚板、张拉杆的螺纹连接到位。

④第二次整体张拉：0→1.0σcon (持荷2min) →锚固。张拉至1.0σcon持荷稳定后，记录3 根钢绞线实际受力Pi1、预应力钢绞线在工作锚中心和固定锚中心之间的长度iL。放张锚固前，工作锚板离开锚垫板端面约5mm 的距离，用工具敲紧螺母至锚垫板端面再后放张，放张后记录3 根钢绞线实际受力值Pi2。

⑤按（公式1）～（公式3）计算各钢绞线预应力损失、预应力损失度、内缩量。

图1 单孔张拉及整体第二次张拉安装示意图

4 试验结果分析

4.1 室内静载锚固试验结果

室内静载锚固试验结果所示，分析表中数据可知，抽样锚具组装件在低回缩锚具整体张拉与传统单孔张拉的预应力筋总应变均大于2.0%，锚固效率系数均大于95%，满足相关规范[3]要求。

4.2 室内预应力损失及钢绞线内缩量试验结果

室内预应力损失及钢绞线内缩量测试结果如表2 所示。分析表中数据可知，在室内试验中，采用低回缩锚具整体张拉工艺测得预应力度损失约为1.84%～1.97%，对应的钢绞线内缩量为0.53～0.57mm；采用单孔张拉工艺测得的预应力度损失约为15.70%～16.51%，对应钢绞线内缩量为4.70～4.95mm。低回缩锚具整体张拉工艺下预应力损失和内缩量较传统张拉工艺均明显降低。

表2 室内预应力损失及钢绞线内缩量试验结果

4.3 现场预应力损失及钢绞线内缩量试验结果

现场预应力损失及钢绞线内缩量试验结果如表3 所示。现场试验中，单孔张拉的锚具回缩量为9.53～12.05mm，均值约10.4mm，对应该桥2#墩2#节段标距为14.18m 的腹板高度，预应力度损失约为9.1%～11.80%。采用低回缩锚具专用张拉工艺在现场测得的锚具回缩量为2.07～3.26mm，均值约2.58mm，对应的预应力度损失约为2.03%～3.17%。低回缩整体张拉工艺下的预应力损失和锚具回缩量均较单孔张拉工艺明显减小[4-5]。

表3 现场锚具回缩量及预应力损失度试验结果

5 结论

(1)在低回缩整体二次张拉和单孔张拉两种工艺下，抽样锚具的锚固效率系数均满足相关规范要求，两种拉工艺对锚具的静载锚固性能无明显影响。

(2)采用传统的单孔张拉工艺，特别是在施工现场由于受环境条件所限，实测锚具回缩量接近10mm，针对不同箱梁节段的腹板高度不同，结构预应力度损失也将达到并超过10%。室内试验与施工现场试验结果均表明，低回缩整体二次张拉工艺可有效减小锚具回缩量，提高钢束的有效预应力值。