预应力空心板梁施工技术与静载实验研究

艾 欣

(湖南省湘筑工程有限公司)

1 工程简介

湖南省怀通高速公路32合同段是二连浩特到广州国家高速公路的一部分，总体走向为南北向，路线全长7.67km，沿线共有桥梁15座，其中12座大、中型桥梁为预应力空心板梁，另辟场地集中预制。试验桥为半冲一桥，板梁长度为20m，混凝土设计标号为C40。预应力空心板梁的施工方法为后张法，预应力筋采用先穿法，预留孔道采用直径为70mm金属波纹管预埋成孔。预应力筋采用抗拉标准强度为1 860MPa高强低松驰钢绞线，抗拉强度设计值为1 260MPa，公称直径为15.2mm，公称面积为140mm2，松驰率为2.5％。板梁锚具采用OVM15A-7夹片锚具，采用螺旋筋及钢筋网片作为局部承压钢筋。张拉设备选用柳州雷姆预应力机械有限公司生产的YCW150B-200型穿心式千斤顶和ZB4-500型高压电动油泵。

2 预应力空心板梁施工工艺

2.1 预应力张拉工艺分析

预应力的施加方法按张拉钢筋与浇筑混凝土的先后次序，可分为先张法和后张法以及结合两种工艺的共张法。先张法是指先张拉钢筋，后浇筑混凝土的方法。后张法是指先浇筑混凝土构件，待混凝土达到一定强度后，张拉预应力筋并锚固。共张法指的是预应力先张法与后张法共用于同一个构件上的预应力张拉工艺。后张法施工工艺需要在预制设备上一次投入资金并不太大，无论板梁数量多少，经济优势体现的比较明显。而且后张法可以曲线配置预应力筋，不仅能有效抵抗跨中正弯矩和降低主拉应力，而且支端弯起预应力能提供较强的抗剪能力。因此这种施工工艺具有较广泛的适用性，是目前生产各种预应力混凝土构件的主要方法。

2.2 后张法预应力空心板梁施工工艺

后张法预应力混凝土空心板梁预制的主要施工工序包括:模板施工、钢筋加工、波纹管安装、混凝土浇筑、力筋张拉、孔道压浆、封锚等。以半冲一桥20m空心板梁为例，长宽高几何尺寸20m×1.24m×0.90m，斜交20°。

2.2.1 模板施工

(1)底模

在压路机碾压好的预制场上用碎石打底，用水准仪精确找平后，然后做C25混凝土面层，并外衬角钢。底模要求线条直顺，表面光滑，易于脱模;两端坚固，不易因为张拉梁体起拱受荷而下沉。

(2)侧模和端模:采用定型钢模板，模板厚4mm，骨架保证有足够刚度，内模刨光，以保证浇筑混凝土的平整度。

(3)芯模:预制时采取切实可行的措施固定芯模位置，确保空心板梁内部构造尺寸的准确性。

2.2.2 钢筋加工及波纹管安装

钢筋加工与安装应严格按照设计和施工规范施工，并应注意预埋件位置、数量等，防止遗漏。预应力波纹管埋设以底模为基准，按预应力钢绞线曲线坐标直接量出相应点的高度，标在箍筋上定出波纹管曲线位置，然后将波纹管准确就位并绑扎牢固。波纹管预留孔道多采用内径为55mm或70mm波纹管，波纹管定位筋采用直径8mm“井”型钢筋点焊在骨架上，间距80cm。

2.2.3 预应力筋张拉

张拉工序是后张法预应力混凝土空心板梁施工的关键环节。当混凝土强度达到设计强度75％～90％(根据设计要求不同)后即可进行张拉工序。预应力钢材张拉前，应先调整到初应力，再开始张拉和量测伸拉值。实际伸长值除量测的伸长值外，应加上初应力以下的推算伸长值。预应力钢材张拉时，应以伸长值进行校核。实际伸长值与理论伸长值之差超过6％，应暂停张拉，待查明原因并采取措施加以调整后，方可继续张拉。

3 预应力空心板梁静载试验

本次试验抽选半冲一桥梁板2#-3#，试验梁施工记录如表1所示。

表1 试验梁的施工记录表

3.1 试验主要内容

3.2 静载试验方法

对于单梁试验而言，由于条件限制，只能通过裸梁在铺装层和护栏以及设计荷载作用下产生的跨中弯矩值反算出需产生同等效应所需的集中力值，也即设计荷载公路Ⅰ级和二期恒载叠加为试验控制荷载。

在对梁板的结构进行了理论分析计算后，确定将梁板的L/2截面、L/4截面作为应力及挠度的实测截面，另外在两端临时支座处布置挠度测点。

为保证加载过程中结构的安全以及测试的需要，还有现场加载条件所限，整个加载过程共分五级，分别为50％、70％、80％、90％、100％，卸载分两级，分别为-50％、-100％。试验前先进行80％加载量的预压，以消除结构的塑性变形。

3.3 试验结果与分析

试验预应力空心板梁的腹板侧面和底板底面均未发现因加载产生的裂纹。跨中挠度试验计算值采用两端支点处的变形(沉陷)值进行修正，即为实测跨中挠度值与两支座处实测挠度平均数值之差。试验过程严格按照设计的加载方案进行，对试验板梁的应力和挠度进行详细观察。

跨中截面梁底混凝土挠度测试曲线如图1所示，跨中截面梁底混凝土应力及跨中挠度测试成果如表2所示。一次浇筑的混凝土承担。

(2)混凝土浇筑工艺OVM锚固系统，设计张拉吨位分别为2929.5kN，3320.1kN。纵向预应力筋在箱梁根部梁段布设腹板下弯钢

图1 BC2-3#梁跨跨中截面腹板竖向应力分布曲线

试验梁跨中截面梁底混凝土应力校验系数为0.91，挠度校验系数为0.84，满足《试验方法》中评定值η≤1.05的要求。卸载后残余挠度值与实测最大挠度值的比值为0.016，满足《试验方法》中评定值S'pr≤0.20的要求;残余应力值与实测最大应力值的比值为0.154，满足《试验方法》中评定值S'py≤0.20的要求。试验前及试验过程中，对试验梁BC2-3#进行仔细观察，未发现任何精度要求范围内能观察到的结构裂缝，符合预应力混凝土A类构件的使用要求。静载试验荷载:设计荷载公路Ⅰ级和二期恒载叠加为试验控制荷载，试验梁跨中截面试验荷载效率达到100％。静载试验现场实测数据经过整理计算并和理论值进行对比分析，结果表明:在试验荷载作用下，BC2-3#梁强度、刚度和抗裂性能均满足设计要求。

表2 BC2-3#梁试验荷载作用下跨中截面梁底混凝土应力和挠度测试成果

续表2

4 结果分析

本文对预应力空心板梁进行静载试验，全面采集空心板梁在分级加载至设计荷载全过程的应力、挠度、裂缝宽度等数据。通过理论计算分析得出:

(1)在试验荷载作用下，各试验梁的跨中实测挠度约为L/2100，远小于规范的允许值L/600，满足刚度要求。

(2)试验空心板梁在试验荷载下跨中下边缘最大拉应力均未超出理论计算值，说明试验梁混凝土强度满足要求。

(3)试验荷载作用下，各试验梁下边缘受拉区均未发现裂缝，满足预应力A类构件使用要求。

[1] 吕志涛，孟少平.现代预应力设计(第一版)[M].北京:中国建筑工业出版社，1998.

[2] 吴培民.混凝土结构(上册)第一版[M].武汉:武汉工业大学出版社，2001.

[3] 王穗平.桥梁构造与施工-公路与桥梁专业(第二版)[M].北京:人民交通出版社，2007.