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1、斜拉桥索塔锚固区环向预应力束的张拉试验研究2009年11月第11期城市道桥与防洪科技研究105斜拉桥索塔锚固区环向预应力束的张拉试验研究阮华夫,吴斌暄,陈理平.,苏凯,杨媛媛(1.上海沪申高速公路建设发展有限公司,上海市201108;2.中铁大桥局上海分公司,上海市200071)摘要:该文通过闵浦二桥索塔锚固区预应力束的张拉锚固试验,实测了索塔锚固区内环向预应力钢束的孔道摩阻系数,锚圈口摩阻损失,锚固后回缩损失和伸长量等,并将这些结果与理论计算值进行对比.进而结合分析结果对闵浦二桥设计关键参数进行校合,修正,以指导正确施工并控制环向预应力束张拉后的效应满足设计要求.关键词:斜拉桥;索塔;锚固区
2、;环向预应力束;试验研究中图分类号:U448.27文献标识码:A文章编号:10097716(2009)11-0105030引言斜拉桥钢筋混凝土索塔锚固区一般设置环向预应力体系,以抵抗斜拉索传来的巨大水平分力.环向预应力筋由两束首尾交错的u形预应力筋构成.一些文献曾对塔柱锚固区应力进行过详细的分析.6】,结果表明锚固区是斜拉桥的重要受力结构部位,塔柱拉索锚固区的应力分布及其传递复杂,环向u形预应力束的工作效应本身难以确定;对于布置双层U形预应力筋的锚固区,张拉后能否达到预计的预应力状态,是设计者需认真考虑的问题.为了确保张拉后锚固区应力分布能达到设计要求,并保证索塔锚固区在使用阶段的正常工作性能
3、,本文通过试验确定了闵浦二桥正确的环向预应力束张拉参数取值.1模型试验1.1斜拉桥索塔节段足尺模型闵浦二桥为独塔双索面双层钢桁板组合梁斜拉桥,主跨251.4m,锚跨147m+38.25m,主桥总长436.65m(见图1).索塔为H型塔柱,采用钢筋混凝土五边形空心截面,桥面以上塔柱为等截面,总桥向宽6.5m,横桥向宽4.2m.上塔柱索塔锚固区设环向预应力,斜拉索采用环向预应力和锚块相结合的锚固方式.环向预应力束采用12一15.20和1515.20高强度低松弛钢绞线,采用塑料波纹管成孔及真空辅助压浆技术.环向预应力束两端对称张拉.在预应力和拉索索力作用下,索塔锚固区的应力分布及传递路径非常复杂.本
4、文采用1:l足尺节段模型试验,实测了环向预应力束的孔道摩擦损失,以检验塔柱锚固段的设计方案,进而收稿日期:2oo90706作者简介:阮华夫(1962一),男,浙江人,高级工程师,从事路桥工程设计和施工技术管理工作.一|38.25l147251.4I一一图1闵浦二桥总体布置图(单位:m】保证索塔结构安全.索塔环向预应力束布置见图2.图2索塔环向预应力束布置图1.2孔道摩阻系数测试试验为了了解该模型预应力管道摩阻系数,选取索塔节段模型内不同形式的预应力钢束进行预应力孔道摩阻试验.预应力筋和孔道参数见表1.表1孔道摩阻试验预应力筋和孑L道参数孑L道摩阻损失实验测试方法见图3,预应力钢束两端安装压力传
5、感器,控制及测量千斤顶张拉荷载,按No.1P0.5Pk一0.8Pk_一1.0Pk的次序进行张拉.106科技研究城市道桥与防洪2009年11月第11期工具锚工具锚图3孔道摩阻损失试验示意图试验时,两端同时张拉至0.1P后,一端主动张拉,一段被动,主,被动端荷载的差值即为孔道摩阻损失,据此计算预应力钢束与孑L道壁的摩擦系数和孔道每米局部偏差为摩擦的影响系数k.张拉时,预应力钢束距张拉端距离为X的任意截面上有效拉力为:=Pke一(1)式中:P为计算截面预应力钢束拉力;Pk为张拉端预应力钢束拉力;为孔道弯角之和;为孔道长度;为孔道摩擦系数;k为孑L道每米偏差对摩擦的影响系数.令,A:尸:e一h(2)=
6、尸/=e()则,一lnA=lxO+kx=Y(3)对于不同孔道的测量可得,+kx-y=O(/7,-1,2,)(4)由于在测试中存在误差,则go+kx-y=F(n=l,2,)(5)根据最小二乘法原理,则(go+kxl-Y.)+.+(批xn-Y):(aFt)(6)当a()=of7)Ia()k=0时,()取最小值.各预应力钢束孔道摩阻系数测试数据见表2.将表2中数据代人可得,=0.16,k=0.0013.1.3锚圈口摩阻损失试验试验时在预应力测试端安装2个压力荷载传感器,一个安置在工作锚具内,一个安置在锚具外,两者差值即为锚圈口摩阻损失值.测试方法见图4,试验结果见表3.表2孔道摩阻损失试验数据图4锚
7、圈口摩阻损失试验示意图表3锚圈口摩阻损失试验结果注:锚圈口摩阻损失=(锚具外传感器荷载一锚具内传感器荷载)/锚具外传感器荷载X100%1.4锚固回缩损失试验本次模型试验研究选取一束N2预应力钢束进行锚固回缩损失测试.试验时在预应力钢束两端的工作锚具与锚垫板之间各安装一个压力荷载传感器,见图5.张拉至1.0P后,分别测量两端传感器锚固前和锚固后的数值,其差值即为两端的锚固回缩试验.AL=NL2L/A(8)式中:为锚头变形,钢筋回缩和接缝压缩2009年11月第11期城市道桥与防洪科技研究107图5锚固回缩损失试验示意图引起的预应力损失;L为张拉端至锚固段之间的距离;为锚头变形,钢筋回缩和接缝压缩值
8、;A为预应力钢束截面积;为弹性模量.试验实测数据及计算结果见表4.表4预应力钢束锚固回缩损失试验结果钢束锚固前荷载/kN锚固后荷载/kN锚固回缩损失压缩值/mm注:锚固回缩损失一(锚固前荷载一锚固后荷载)/锚固前荷载X100%2预应力钢束伸长量理论与试验对比研究2.1预应力钢束的理论伸长量预应力钢束伸长量的理论计算按照分段积分来进行计算.(1)考虑孔道摩阻的任意截面的钢束有效预应力为:一e-(1O+kx)(9).L式中:.为张拉控制应力.(2)直线段伸长量直线段起点应力为,直线段长z,则其伸长量=f(Oc/E)edx=(-e-k1)/El(10)(3)曲线段伸长量2=(ord/E)e肿RdO:
9、(6rd/E)R1一e脚/(tz+kR)(11)(4)张拉段伸长量0=orS/E(12)式中:S为工作段长度.(5)总伸长量AL=ZaL0+ZAL1+ZaL2(13)2.2预应力钢束实测伸长量试验中U形预应力钢束两端同时张拉,实际伸长量为左,右两端伸长量之和,其中为了避免短索两端同时张拉锚固会有所损失,试验时采用单端张拉.具体张拉工艺如下,01P2P一1.0锚固.同时,实测伸长量计算考虑钢束及工具锚滑移回缩,并按规范规定按一端6ram考虑.测试预应力钢束的实际伸长量,见表5,表中L为伸长量修正计算值,考虑试验实测的,k值,并按式(9)式(13)进行计算.表5预应力钢柬伸长量测试结果表中为实际伸
10、长量;L为设计计算值;L为修正计算值.2.3差异原因初探试验表明,试验实测伸长量与采用规范计算得到的理论伸长量存在一定差异,与根据试验实测的k值计算的修正伸长量之间也存在一定的差异,实测值比理论值大,且超过了规范规定的4-6%的误差范围.根据形束特点,造成其实际伸长量大于理论计算伸长量的主要原因是:(1)u形束张拉前,钢束在管道内呈曲线分布状态,松紧程度是不一致的,特别是曲线段,钢束的内,外圈长度相差较大.因此在张拉过程中,当半径最小的钢束紧贴刚度较大的管壁后,半径较大的钢束却游离在管壁之外,随着张拉力增大不断挤密并分布调整,导致各根钢束受力不均性进一步增大,从而产生附加伸长量.(2)小半径布
11、置的u形预应力束,在巨大的张拉荷载作用下,将产生较大的径向压力,使钢束之间更加密实,同时弯道处钢束与塑料波纹管内壁紧密相贴,使钢束产生径向压入混凝土的形变,导致实际半径减小,从而管道内钢束形成几何多余长度,在张拉力的作用下多余长度向管道口传递,最终表现为千斤顶活塞的行程,从而使活塞行程大于理论伸长量.该部分的形变s引起的附加伸长量为,s(14)js的大小与等效静向荷载和曲率半径有关,且(下转第112页)112科技研究城市道桥与防洪2009年11月第11期SMAl3SMAlOSMA一5图10不同最大公称粒径SMA的典型构造深度与接触表面积比由表5和图l0可知:混合料微观构造面积比率随混合料最大公
12、称粒径减小而增加,即单位面积内轮胎与石料表面纹理接触比例增大,而SMA一5具有最大的接触表面积(接近60%).因此,较高的磨光值PSV保证了集料良好的表面纹理(即摩擦系数),较大的接触表面积保证了表面纹理对于轮胎的摩擦效率,说明SMA一5路面具备宏观构造差,微观构造好的构造特性,属于图7中的c型路面,对应前面的SFC和BPN数据也说明了其具有较好的抗滑性能.(上接第107页)具有一定的偶然性,须根据实际情况来确定s取值,s一般取36mm.3结语通过对闵浦二桥索塔锚固区的足尺模型试验研究,经分析和计算得到下列结论:(1)采用环向预应力钢束伸长量进行校合是必要的,但不应局限于规范要求的6%,这就要
13、求用于环向预应力束张拉的设备须具有高的精度及良好的工作性能,以张拉力来控制张拉作业以确保张拉质量;(2)环向预应力束曲率大,单根预应力筋应力不均匀,为了确保预应力筋张拉质量,不宜进行5结论(1)小粒径SMA一5路面具备宏观构造差,微观构造好的构造特性.其均匀细腻的表面,能够增大与轮胎的接触面积,使其表面抗滑性能总体达到了优级,保障了行车安全性.(2)采用具有较高的磨光值(PSV)的集料有助于小粒径SMA一5沥青路面抗滑性能的发挥与长期保持.(3)作为一种新型的预养护工艺,小粒径薄层铺装沥青混合料具有独特的性能与成本优势,值得推广应用.参考文献1CooleyLA,BrownER.Potentia
14、lofUsingStoneMatrixAsphah(SMA)forThinOverlays.NCATReport03-01R.NationalCenterforAsphahTechnology,AuburnUniversity.Auburn,Alabama.2003.21侯岩峰.高等级公路沥青混凝土路面抗滑性能技术分析及检测新技术研究J1.交通标准化,456:8691.3曾凡奇,等.公路工程现场检测新技术M.北京:人民交通出版社,2006.4】董文量,严霏,俞安明.沥青路面的抗滑机理和指标分析.路桥道隧,2006(2):2022.超张拉,以免造成断丝,给工程质量留下隐患.参考文献1】陈建阳.大
15、吨位小半径环向预应力在斜拉桥索塔锚固区中的应用研究.桥梁建设,2001(2):12151.2操尚银,等.环形预应力束的有效预应力分布及回缩量计算.桥梁建设,2001(6):25271.【3】项贻强.鄱阳湖口大桥索塔节段足尺模型试验与分析研究.中国公路,2000,13(4):7477.4】单炜.异形截面斜拉桥索塔锚固区节段足尺模型试验研究【Jj.中国公路,2005,18(3):6065.【5彭苗.巴东长江大桥索塔锚固区节段模型试验与空间应力分析.武汉理工大学,2004,28(5):759762.【6】刘钊.润扬大桥北汊斜拉桥索塔节段足尺模型试验研究J.土木工程,2004,37(6):3551.428642l1l0OO0O%脚懈n接触表面积比