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预应力箱梁张拉计算及施工工艺
庄浪河大桥预应力箱梁张拉计算及施工工艺
庄浪河大桥上部结构为预应力连续箱梁,跨径分别为30米、35米、40米,共计144片,用C50混凝土浇筑。
预应力钢绞线采用兰海项目办公开招标统一采购,各项技术指标符合ASTMA416-92标准的贵州钢丝绳厂生产的低松弛270级钢绞线,单根钢绞线直径为
Φj15.24mm,面积为A=140mm2,强度等级为Rby=1860Mpa,弹性模量Ey=1.95×1.5Mpa。
预制混凝土强度达到设计强度的90%后,允许组织张拉预应力钢束。
钢束采用对称、双控张拉,钢绞线每端工作长度为65cm,锚下控制应力为0.75Rby,张拉顺序为N1、N3、N2、N4号钢束。
锚具采用重庆长江锚具厂生产的YZM型锚具和配套的设备。
预应力管道采用镀锌双纹波纹管。
1、设计提供的各项技术数据
1﹒130米箱梁中跨中梁、边梁钢绞线基本参数
钢束编号
钢绞线规格
(mm)
下料长度
(cm)
钢绞线数量
(m束×n股)
截面面积
(mm2)
N1
Φj15.24
3082
2×3
420
N2
Φj15.24
3088
2×4
560
N3
Φj15.24
3095
2×4
560
N4
Φj15.24
3070
2×3
420
1﹒230米箱梁边跨中梁、边梁钢绞线设计基本参数
钢束编号
规格
(mm)
下料长度
(cm)
数量
(m束×n股)
截面面积(mm2)
N1
Φj15.24
3091
2×4
560
N2
Φj15.24
3093
2×5
700
N3
Φj15.24
3095
2×5
700
N4
Φj15.24
3080
2×4
560
1﹒335米箱梁中跨中梁、边梁钢绞线设计基本参数
钢束编号
规格
(mm)
下料长度
(cm)
数量
(m束×n股)
截面面积(mm2)
N1
Φj15.24
3579
2×5
700
N2
Φj15.24
3588
2×5
700
N3
Φj15.24
3566
1×5
700
1﹒435米箱梁边跨中梁、边梁钢绞线设计基本参数
钢束编号
规格
(mm)
下料长度
(cm)
数量
(m束×n股)
截面面积(mm2)
N1
Φj15.24
3590
2×5
700
N2
Φj15.24
3592
2×5
700
N3
Φj15.24
3577
2×5
700
1﹒540米槽梁中跨中梁、边梁钢绞线设计基本参数
钢束编号
规格
(mm)
下料长度
(cm)
数量
(m束×n股)
截面面积(mm2)
N1
Φj15.24
4127
2×9
1260
N2
Φj15.24
1644
2×5
700
N3
Φj15.24
2444
2×5
700
N4
Φj15.24
2844
2×5
700
N5
Φj15.24
4077
2×5
700
1﹒640米槽梁边跨中梁、边梁钢绞线设计基本参数
钢束编号
规格
(mm)
下料长度
(cm)
数量
(m束×n股)
截面面积(mm2)
N1
Φj15.24
4120
2×9
1260
N2
Φj15.24
1644
2×5
700
N3
Φj15.24
2444
2×5
700
N4
Φj15.24
4060
2×5
700
2、预应力张拉计算的有关数据
2﹒1根据〔兰州铁道学院〕出据的千斤顶标定试验报告,001号千斤顶压力表读数为1420KN,01油压表读数为45MPa,油压表读数调整值P1=0.03462×N(压力机读数)+1.2749(PMa);002号千斤顶压力表读数为1410KN,02油压表读数为50MPa,油压表读数调整值P2=0.03485×N(压力机读数)+1.1542(MPa);张拉缸工作面积均A=289.7cm2。
2﹒2预制箱梁混凝土标号为C50级,所以在张拉钢绞线时不考虑混凝土的弹性变形。
2﹒3根据《桥梁施工规范》预应力钢绞线张拉理论伸长值计算公式:
△L=PPL/APEP
预应力平均张拉力计算公式:
PP=P(1-e-(kx+μθ)/kx+μθ
PP—预应力钢绞线平均张拉力(N),
L—预应力钢绞线的长度(mm),
AP—预应力钢绞线的截面面积(mm2),
EP—预应力钢绞线的弹性模量(N/mm2),
P—预应力钢绞线张拉端的张拉力(N),
X—从张拉端至计算截面的孔道长度(m),
O—从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和(rad),
K—孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数,本次计算选取为0.003,
μ—预应力钢绞线与孔道壁的摩擦系数,本次计算选取为0.35,
3、钢绞线张拉控制应力及伸长量参数计算
3﹒1单根张拉控制力吨位为19.6T;
3﹒2根据《桥涵施工技术规范》要求,控制张拉应力不得超过钢绞线屈服强度的80%,因此本次计算书按设计图纸规定锚下控制张拉应力=0.75×1860=1395MPa;
3﹒3初张拉应力:
0.1=0.1×1395=139.5MPa;
3﹒4箱梁计算基本参数表:
3﹒4﹒130米中跨中、边梁计算参数
X(m)
L(m)
θ(rad)
μθ+κx
e-μθ+κx
(1-e-μθ+κx)/μθ+κx
N1
14.76
29.52
0.13083
0.09008
0.91386
0.95628
N2
14.79
29.58
0.13083
0.09015
0.91379
0.95630
N3
14.825
29.65
0.13083
0.09027
0.91368
0.95624
N4
14.7
29.4
0.02442
0.05265
0.94871
0.97413
3﹒4﹒230米边跨中、边梁计算参数
X(m)
L(m)
θ(rad)
μθ+κx
e-μθ+κx
(1-e-μθ+κx)/μθ+κx
N1
14.805
29.61
0.13083
0.09021
0.91374
0.95621
N2
14.815
29.63
0.13083
0.09024
0.91371
0.95623
N3
14.825
29.65
0.13083
0.09027
0.91368
0.95624
N4
14.75
29.5
0.02442
0.05280
0.94857
0.97406
3﹒4﹒335米箱梁中跨中、边梁计算参数
X(m)
L(m)
θ(rad)
μθ+κx
e-μθ+κx
(1-e-μθ+κx)/μθ+κx
N1
17.245
34.49
0.13083
0.09008
0.91386
0.95628
N2
17.29
34.58
0.13083
0.09015
0.91379
0.95630
N3
17.18
34.36
0.02442
0.06001
0.94176
0.970590
3﹒4﹒435米箱梁边跨中、边梁计算参数
X(m)
L(m)
θ(rad)
μθ+κx
e-μθ+κx
(1-e-μθ+κx)/μθ+κx
N1
17.3
34.6
0.13083
0.09769
0.90693
0.95271
N2
17.31
34.62
0.13083
0.09772
0.90690
0.95272
N3
17.235
34.47
0.02442
0.060252
0.94152
0.97047
3﹒4﹒540米槽梁中跨中、边梁计算参数
X(m)
L(m)
θ(rad)
μθ+κx
e-μθ+κx
(1-e-μθ+κx)/μθ+κx
N1
19.95
39.9
0.40227
0.20064
0.81821
0.90605
N2
7.57
15.14
0.13772
0.07091
0.93155
0.96531
N3
11.57
23.14
0.15207
0.08793
0.91582
0.95735
N4
19.65
39.3
0.01333
0.06362
0.93836
0.96888
3﹒4﹒640米槽梁边跨中、边梁计算参数
X(m)
L(m)
θ(rad)
μθ+κx
e-μθ+κx
(1-e-μθ+κx)/μθ+κx
N1
19.985
39.97
0.32757
0.17461
0.83978
0.91759
N2
7.57
15.14
0.13772
0.07091
0.93155
0.96531
N3
11.57
23.14
0.15207
0.08793
0.91582
0.95735
N4
13.57
27.14
0.13772
0.00889
0.99115
0.99550
N5
19.735
39.47
0.01333
0.06387
0.93813
0.96869
4、预应力张拉操作程序
初张拉至0.1δk(准确测量伸长量),然后放至0,再一次张拉至δk,(持荷3~5分钟),进油张拉至δk进行锚固。
设计图纸要求不再进行超张拉工艺。
5、张拉应力、油表读数、伸长量计算
5﹒130米箱梁中梁N1钢束
5﹒1﹒1初张拉应力:
139.5MPa
油表读数:
139.5×420/289.7×102=2.022MPa
初张拉力:
p=2.022×289.7×102=585900N=5.9T
P=5857.7×0.95628=5601.6N=5.6T
张拉伸长量:
△L=P·L/(Ag·Eg)=56016×2952/(420×1.95×105)=2.02cm
5.1.2控制张拉应力:
1395MPa
油表读数:
1395×420/289.7×102=20.22MPa
初张拉力:
p=20.22×289.7×102=58577KN=59T
P=58577×0.95628=56016KN=56T
张拉伸长量:
△L=P·L/(Ag·Eg)=56016×2952/(420×1.95×105)=20.2cm
5.1.3控制应力油表修正值:
(1)采用001号千斤顶,01号油压表修正值为:
P=1.2749+0.03462×20.22×289.7×102/1000=21.55MPa
用002号千斤顶,02号油压表修正值为:
P=1.1542+0.03485×20.22×289.7×102/1000=21.57MPa
理计算各跨度、各钢束的油表读数、伸长量、控制应力油表校正值。
5.2张拉计算表
30米中跨边梁、中梁
编号
油表
读数(MPa)
张拉力
P(N)
张拉力
修正系数
平均
张拉力
P(N)
001千斤
01油表(MPa)
002千斤
02油表(MPa)
伸长量
(cm)
N1
20.22
585900
0.95628
560284
21.55
21.57
20.20
N2
26.97
781200
0.95630
747062
28.32
28.38
20.82
N3
26.97
781200
0.95624
747015
28.32
28.38
20.82
N4
20.22
585900
0.97413
570743
21.55
21.55
21.03
30米边跨边梁、中梁
编号
油表
读数(MPa)
张拉力
P(N)
张拉力
修正系数
平均
张拉力
P(N)
001千斤
01油表(MPa)
002千斤
02油表(MPa)
伸长量
(cm)
N1
20.22
585900
0.95621
560243
28.33
28.44
20.97
N2
33.71
976500
0.95623
933758
35.08
35.19
20.80
N3
33.71
976500
0.95624
933769
35.08
35.19
20.82
N4
20.22
585900
0.97406
570702
28.33
28.44
21.10
35米中跨边梁、中梁
编号
油表读数(MPa)
张拉力
P(N)
张拉力
修正系数
平均张拉力
P(N)
001千斤
01油表(MPa)
002千斤
02油表(MPa)
伸长量
(cm)
N1
33.71
976500
0.95628
933807
35.08
35.19
24.22
N2
33.71
976500
0.95630
933827
35.08
35.19
24.28
N3
33.71
976500
0.97059
947781
35.08
35.19
24.49
35米边跨边梁、中梁
编号
油表读数(MPa)
张拉力
P(N)
张拉力
修正系数
平均张拉力
P(N)
001千斤
01油表(MPa)
002千斤
02油表(MPa)
伸长量
(cm)
N1
33.71
976500
0.95271
930321
35.08
35.19
24.20
N2
33.71
976500
0.95272
930331
35.08
35.19
24.22
N3
33.71
976500
0.97047
947664
35.08
35.19
24.56
40米中跨边梁、中梁
编号
油表读数(MPa)
张拉力
P(N)
张拉力
修正系数
平均张拉力
P(N)
001千斤
01油表(MPa)
002千斤
02油表(MPa)
伸长量
(cm)
N1
60.67
1757700
0.90605
1592564
62.12
62.41
26.54
N2
33.71
976500
0.96531
942625
35.08
35.19
10.73
N3
33.71
976500
0.95735
934852
35.08
35.19
16.27
N4
33.71
976500
0.96888
946111
35.08
35.19
27.96
40米边跨边梁、中梁
编号
油表读数(MPa)
张拉力
P(N)
张拉力
修正系数
平均张拉力
P(N)
001千斤
01油表(MPa)
002千斤
02油表(MPa)
伸长量
(cm)
N1
60.67
1757700
0.91759
1612848
62.12
62.41
16.93
N2
33.71
976500
0.96531
942625
35.08
35.19
10.73
N3
33.71
976500
0.95735
934852
35.08
35.19
16.27
N4
33.71
976500
0.99550
972106
35.08
35.19
19.84
N5
33.71
976500
0.96869
945926
35.08
35.19
28.07
6、施工进度计划
我标段施工路段地处黄河岸边枣园和居民住宅区内,箱梁预制场只能设置在桥头K43+800~K44+240段成型路基上,按箱梁吊装顺序和龙门吊的跨度,合理布置箱梁底座,0号台后预留100米架桥机组装场地,在沿路基断面中线预留4.5米宽铺设运梁轨道,两侧分别布设3片梁,项目部根据总体施工要求,为了保证在2003年8月份完成庄浪河大桥的施工任务,指定了箱梁预制及吊装施工进度计划。
箱梁预制安装进度计划表
项目
开工日期
完工日期
工期
准备工作
2002年8月15日
2002年8月30日
15
箱梁底模制作
2002年9月1日
2002年9月15日
15
第一次箱梁预制
2002年9月15日
2002年11月15日
60
第一次箱梁吊装
2002年12月1日
2002年2月28日
58
第二次箱梁预制
2002年3月1日
2002年6月30日
90
第二次箱梁吊装
2002年7月1日
2002年8月30日
60
6.1张拉基本要求
6.1.1在张拉开始前,向监理工程师提交详细说明、图纸、张拉应力和延伸的静力计算,请求审核。
选派富有经验的技术人员指导预应力张拉作业。
所有操作预应力设备的人员,通过设备使用的正式训练。
所有设备应每隔两个月至少进行一次检查和保养。
6.1.2预应力张拉中,如果发生下列一种情况,张拉设备应重新进行校验:
①张拉过程,预应力钢丝经常出现断丝时;②千斤顶漏油严重时;③油压表指针不回零时;④调换千斤顶油压表时。
6.2张拉施工要求
6.2.1张拉工作应在监理工程师在场时进行。
张拉预应力钢材时温度不宜低于-15℃。
张拉即将开始前,所有的预应力钢材在张拉点之间应能自由滑动,同时构件可以自由地适应施加预应力时产生的水平和垂直移动。
张拉时混凝土强度不应低于设计强度标准的90%。
张拉力应按图纸规定,边张拉边量测伸长值。
预应力筋的张拉顺序,可采取分批、分阶段对称张拉。
预应力张拉应从两端同时进行。
图纸所示的控制张拉力为在锚固前锚具内侧的拉力。
在确定千斤顶的拉力时,应考虑锚圈口预应力损失。
这些增加的损失以采用的预应力系统及通过现场测验布定。
初始拉力为张拉控制应力的10%,是把松弛的预应力钢材拉紧,此时应将千斤顶充分固定。
在把松弛的预应力钢铰线拉紧以后,应在预应力钢铰线的两端精确地标以记号,预应力钢铰线的延伸量或回缩量即从该记号起量。
张拉力和延伸量的读数应在张拉过程中分阶段读出。
每根应作出记号,以便观测任何滑移。
预应力钢材实际伸长值ΔL。
预应力钢铰线张拉后,应测定预应力钢材的回缩值与锚具变形量,不得大于6㎜。
如果大于6㎜,应重新张拉,或更换锚具后重新张拉。
预应力钢材的断丝、滑丝,每束钢铰线断丝和滑丝不得超过一丝,每个断面断丝之和不得超过该断面钢铰线总数的1%。
当监理工程师对预应力张拉认可后,预应力钢材应予锚固。
放松千斤顶压力时应避免振动锚具和预应力钢材。
预应力钢材在监理工程师认可后才可截割露头。
梁端锚口应按图纸所示用水泥砂砾封闭。
6.2.2在张拉完成以后,测得和延伸量与计算延伸量之差在±6%以内,否则,采取以下措施:
重新校准设备;
对预应力材料作弹性模量检验;
放松预应力钢材重新张拉;
预应力钢材用滑润剂以减少磨擦损失,仅水溶性油剂可用于管道系统,且在灌浆前清洗掉;
原先如仅一台千斤顶张拉,可改为两端用两台千斤顶张拉;
按照《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041)附录G.9进行磨擦损失试验。
7、记录及报告
7.1每次预应力张拉以后,将下列数据抄送给监理工程师:
(1)每个测力计、压力表、油泵及千斤顶的鉴定号。
(2)测量预应力钢材延伸时的初始拉力。
(3)在张拉完成后的最后拉力及测得的延伸量。
(4)千斤顶放松以后的回缩量。
(5)在张拉中间阶段测量的延伸量及相应的拉力。
7.2正弯矩锚具采用多孔夹片自锚式锚具及锚垫板,负弯矩锚具采用夹片自锚式扁锚及配套锚垫板。
张拉应按以下程序进行:
①清洗孔道,穿钢束应根据采用的千斤顶型号预留适当的工作长度;②安装锚具、夹片、千斤顶;③千斤顶两端同时供油,使钢丝束略为拉紧即停,同时调整锚圈及千斤顶位置,使锚具、千斤顶、孔道三者的轴线互相吻合,并注意使每根钢丝受力均匀,观察夹片有无松弛,如有,应利用相应的工具进行调整;④当两张拉端油表读数达到初应力读数时,同时停止供油,测出初始伸长量,且由专人负责记录。
然后千斤顶两端继续同时供油,并保持同步分级加压,当读数达到控制应力读数时,同时停止张拉,持荷2~3分钟,同时,测出实际伸长量,并与计算伸长量相比,其误差应控制在规范允许的范围内。
7.3打开高压泵截止阀,张拉油缸油压缓慢降至零,活塞回程,锚具夹片即自动跟进锚固,锚具外多余的钢绞线用砂轮切割机切除;
7.4在预应力张拉后24小时内应对预应力管道进行压浆;压浆前应用压缩空气或高压水清除管道内杂质,水泥浆水灰比应符合设计要求。
若掺加减水剂,其掺量由试验确定,为减少收缩可按施工规范要求掺入适量铝粉或监理工程师要求的适量的外掺剂作为膨胀剂;根据工期安排,箱梁板预制时基本不受气候条件影响,但当夏季温度大于+32℃时,不得压浆,孔道压浆,应按自下而上的顺序进行。
压浆工作应在一次作业中连续进行,并让出口处冒出废浆,直至不含水沫气体的废浆排出,其稠度与压浆的浆液相同时停止,然后应将所有的出浆口和孔眼封闭。
7.5预应力施工应注意的几点事项:
(1)所用的千斤顶、油泵、油压表必须与钢束相配套,避免采用大吨位千斤顶拉较少的钢束而产生较大的误差。
千斤顶、油压表、油泵须按规范要求进行校核,且不能使用过期和超过使用次数,油压表应经过标准计量,才能使用;
(2)张拉由专人统一指挥,两张拉端供油速度应保持同步增长,以避免将钢铰线拉偏;(3)张拉时,应仔细观察,如有断丝、滑丝现象应立即停止张拉,须查明原因,并采取相应的处理措施;(4)当实测伸长量与计算伸长量之误差不在规范规定的允许范围内,应综合考虑,查明原因,及时作相应的处理;(5)张拉时应注意安全,操作人员要站在千斤顶侧面;(6)预应力孔道压浆应注意外界气温,当气温低于规范规定的限度时,不能压浆;(7)在进行首次张拉时需要对管道摩阻损失实际测定,根据实测结果计算油表读数,确保有效应力值。
8、结语
庄浪河大桥箱梁钢绞线张拉、压浆施工实践中,理论计算值与实际现场操作数据基本相符,保证了钢绞线的预应力效果。
只要在施工前做好各种准备工作,严格按施工工艺要求实施,是能够避免多种因素的影响,确保箱梁预制质量。
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