预应力桥梁开裂后的静力挠度试验与施工

预应力桥梁开裂后的静力挠度试验与施工

摘 要：从预应力混凝土梁的实测弯曲裂缝参数着手，根据裂缝特征沿主梁纵向分布的不同，运用相似裂缝的处理原则，将主梁划分为阶梯形刚度分布梁，基于裂缝特征计算开裂预应力混凝土梁各开裂区段的有效刚度，给出基于阶梯形刚度特征的开裂预应力混凝土简支梁挠度的计算方法，计算出各级荷载下开裂预应力混凝土梁的挠度，并与试验值进行对比。

关键词：预应力混凝土简支梁，裂缝特征参数，刚度，挠度，截面特性

1 基于实测损伤参数的简支梁挠度计算方法

本文以公路桥梁中常用的预应力混凝土简支T梁的弯曲裂缝为研究对象，研究了预应力混凝土简支T梁基于裂缝特征统计参数计算开裂预应力混凝土梁各开裂区段的有效刚度的计算方法，根据裂缝特征沿主梁纵向分布的不同，将主梁划分为阶梯形刚度分布梁，给出了基于阶梯形刚度特征的开裂预应力混凝土简支梁挠度计算方法和公式及挠度的数值解法[2]。并将以室内模型试验为依托，对本文提出的计算方法进行检验。

1.1 基于阶梯形刚度模式的挠度计算方法

基于阶梯形刚度模式的挠度计算原理是采用分段积分法。分段积分法是根据裂缝统计特征将裂缝区分为若干段，利用阶梯形刚度的求解方法求解出各区段的有效刚度，最后通过分段积分法求出构件在短期荷载效应组合弯矩标准值 作用下的变形。此方法计算的挠度值理论上比开裂区域采用统一裂缝特征统计参数法求出的变形值更接近实际值，比遵循最小刚度原则计算的挠度值偏小。

1.2 挠度的数值解法

根据裂缝统计特征将裂缝区分为若干段，根据截面特性的计算方法求出各区段的受压区高度及其他截面特性，可由求出的受压区高度建立有限元模型求解挠度，通过调整其自重系数计入开裂截面的自重，在模型里通过梁单元预应力荷载施加已求出的有效预应力。此方法很适合于分段情况比较复杂的梁或者梁截面比较复杂的梁，通过建立模型计算分析也比较方便。

2 开裂预应力混凝土简支梁模型试验

2.1 模型梁挠度测试

选取跨中截面作为控制截面进行挠度测量，以便了解开裂后结构挠度的变化。对于JZL-1和JZL-2整理各相应荷载下挠度数据，得出结论：P-f曲线基本为线性关系。

2.2 试验数据分析—挠度的发展与荷载的关系

（1）根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）求挠度[3]。

图1JZL-1荷载与挠度关系 图2JZL-2荷载与挠度关系

由图1~2可以看出根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）中的刚度计算方法算得的挠度值较实测值的误差偏大，总体趋势是随着荷载的增大，误差在变小。

（2）根据刚度的简便算法求出的刚度求解挠度。

图3JZL-1荷载与挠度关系 图4JZL-2荷载与挠度关系

由图3~4看出，该方法计算的挠度值较接近试验值，该方法有一定的适用性。在荷载等级较小时误差很大，这可能是在荷载等级较小时对已开裂梁的裂缝特征模拟不够准确造成的。

3 预应力张拉

（1）张拉工艺

混凝土强度达到30Mpa以上时，清理孔道，穿入预应力钢绞线，进行初张拉。初张拉宜及早进行，防止产生裂纹。初张拉后移梁到存梁台位养护，在梁体强度达到55Mpa以上、弹性模量符合设计要求、龄期达到14天后即可进行终张拉。预应力施工采用两端同步张拉，并左右对称进行，分初张拉、终张拉两个阶段进行。

（2）钢绞线下料

纵、横向预应力筋采用公称直径15.2mm的钢绞线，抗拉强度1860Mpa。下料用砂轮机平放切割，断后平放在地面上，采用包扎等措施防止钢绞线散头。钢绞线切割完成后按各束理顺，并间隔1.5m用铁丝捆扎编束。将编制好的钢绞线分类存放整齐，并作好标识。同一孔道整束整穿，保证编扎成束的钢绞线顺直不扭转。

（3）钢绞线穿束

穿束前清除锚垫板上残留砂浆并休整管口，将制好的钢绞线运至梁体的一端，人工穿束。抬运支点间距＜3.0m，端部悬出长度0.7m，在运送钢绞线时不允许沾染油污等杂物，运束时不得在地上拖拉，钢绞线穿入孔道后两端露出长度大致相等。

（4）张拉施工

首次张拉参照图纸提供数据，钢索与管道壁摩阻系数k =0.55；管道局部偏差系数μ=0.0015；锚具的锚口摩阻损失与锚下喇叭口摩阻损失之和按锚外控制应力的6%计算；锚具变形与钢索回缩值6mm。采用YDC250t千斤顶，配套采用电动油泵，高压油表采用0.4级压力表。油压表与千斤顶配套校正、配套使用。

张拉过程中对梁体进行管道摩阻、喇叭口摩阻等预应力瞬时损失测试，并及时将测试结果通知设计单位，以便由设计单位对张拉控制应力进行调整。张拉前作好上拱度测量标记，终张拉后测量梁体上拱值，并与设计上拱值进行比较。试验室通知梁体混凝土达到张拉强度，并出具张拉通知单后，即可进行张拉。

初张拉：0→0.1σcon（测初始伸长量及夹片外露量）→0.2σcon（测伸长量及夹片外露量）→初张拉设计值（持荷5分钟）→补充到初张拉设计值（测控制油压伸长量及夹片外露量）→锚固（测锚固回缩量）

终张拉：对于已经预张拉或初张拉的0→预（初）张拉设计值→σcon（持荷5分钟）→补充到σcon（测控制油压伸长量及夹片外露量）→锚固（测锚固回缩量）

参考文献：

[1]周博. 预应力混凝土梁开裂后刚度模型研究[D].西安:长安大学，2010

[2]JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]

[3]GB 50010.2002，混凝土结构设计规范[S]

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。