通长预应力束张拉对超长多跨连续梁桥应力的影响

岳鹏程，黄 欣，李长辉，丁弘毅

(1. 天津城建大学 土木工程学院，天津 300384；2. 天津大学 建筑工程学院，天津 300072)

道路与桥梁

通长预应力束张拉对超长多跨连续梁桥应力的影响

岳鹏程1，黄 欣1，李长辉2，丁弘毅2

(1. 天津城建大学 土木工程学院，天津 300384；2. 天津大学 建筑工程学院，天津 300072)

超长多跨连续梁桥通长预应力束张拉施工复杂，对梁体内力影响较大，预应力损失难以控制．以子牙河特大桥十三孔预应力混凝土道岔连续梁桥为研究对象，通过理论研究和现场预应力张拉施工过程中的梁体应力测试，对应力的分布规律进行研究．结果表明：通长预应力束分段张拉引起的梁体应力分布较均匀，预应力损失小；第n段预应力张拉对n－1段梁体应力影响较大，对其余梁体应力影响较小；通长预应力束一次张拉引起的梁体应力分布呈中间小两端大的趋势，梁体中部预应力损失较大；采用分段张拉的方法能够有效减少预应力损失．研究成果对相关工程的设计与施工具有参考价值．

超长多跨；分段张拉；应力监测；预应力损失

随着桥梁工程建设的发展，超长多跨连续梁桥逐渐兴起．由于桥梁长度较长，采用支架现浇施工时，浇注的混凝土量过大，须进行分段施工[1]，预应力束张拉施工复杂，对梁体内力影响较大，预应力损失难以控制．在预应力张拉前后，箱梁应力会发生明显变化，分析截面应力变化可以反映预应力损失的变化，而截面应力可通过埋置应变计进行测定[2-3]．本文基于某特大桥道岔连续梁的现场测试，对预应力束张拉所引起的梁体典型截面应力变化规律进行分析与研究，对设计和施工具有重要指导意义．

1 分段张拉预应力力学分析

分段现浇的连续梁，下一段预应力筋采用单端张拉，张拉时，后段张拉预应力筋直接通过连接器作用在前一段预应力筋的锚固端上，张拉后段预应力筋会使前一现浇段梁体应力发生变化．为分析该应力变化，建立两现浇段梁体的分析模型，如图1所示．设有单位宽度矩形截面的两跨连续梁，梁高为h，跨度相等为 l1，它的宽度远小于深度和长度(近似的平面应力情况)，体力忽略不计；梁体分为两段，第二段梁体长l2，受预应力筋的作用，张拉方式为单端张拉；考虑预应力筋与管道壁间摩擦引起的预应力损失，摩阻力大小为Nl，张拉控制应力为Ncon，则锚固端回缩力大小为Ncon；第二段预应力筋的作用等效为作用在锚固端处的力Np，k为管道每米长度的局部偏差对摩擦的影响系数[4-5]．则

利用弹性力学理论，计算得第一跨跨中截面应力

连续梁中间支点截面应力为

由(2)、(3)式可知第二段梁体预应力张拉会使第一段梁体产生应力变化，应力变化值与张拉控制力和第二段梁体长度及梁体截面大小有关．

图1 分段现浇梁体简化模型

2 工程概况

子牙河特大桥十三孔道岔连续全长405 m，东西走向，是国内最长的铁路道岔梁，其布置示意如图2所示．采用钢管桩＋贝雷梁支架法施工，先施工第一现浇段，然后向两侧延伸进行其它现浇段施工．箱梁浇筑采用一次浇筑法，底板、腹板、翼板一次浇筑成型．第一现浇段腹板预应力束采用两端张拉，其余腹板预应力束均为单端张拉，各现浇段腹板预应力束用锚具式连接器接长，连接器的布置及现场构造如图3、图4所示．顶、底板直线预应力束长达410 m，贯穿整个桥长，采取整束一次穿束，两端同步张拉的方法进行施工，由于预应力束过长，其制束、穿束、张拉及压浆防护的施工都是超常规的．

图2 道岔梁布置示意(单位：cm)

图3 连接器布置

图4 现场连接器构造

3 测点布置和数据采集

该桥预应力张拉主要包括各个现浇段腹板通长预应力束分段张拉和顶、底板通长预应力束整体一次张拉．为了监测箱梁预应力束张拉对梁体应力的影响，依据本桥的主要结构特点和基本施工流程，确定应力监测断面有各跨跨中截面和支座附近截面，共计25个截面．按施工顺序将梁体划分为九个现浇段，各现浇段和各截面的编号和位置如图5所示(Zi表示截面，#段表示现浇段)．每个截面布置四个测点，测点位置在截面边腹板和顶板、底板的交界处，跨中和支座截面测点布置分别如图6、图7所示．测量仪器选用JMZX-215AT型钢弦式混凝土应变计，将应变计捆扎在梁体纵向钢筋上，和混凝土一起浇筑，配套的读数仪是JMZX-3001综合测试仪[6-7]．

图5 主梁上埋设传感器的截面布置

图6 跨中处截面应力测点布置

图7 支座处截面应力测点布置

4 箱梁应力的测试

在预应力张拉施工前的凌晨和张拉完成6 h后的凌晨分别测试各典型截面处顶板和底板钢弦式应变计的应变值，预应力张拉前后实测应变变化值为二者差值，再根据混凝土应力公式σ＝Ecε 可计算预应力筋张拉所引起的箱梁的纵向应力值，Ec为张拉施工时混凝土弹性模量的实测值[8-9]．张拉施工时外界温度基本不变，且预应力张拉前后时间跨度比较小，因此箱梁受温度和收缩徐变影响较小，箱梁内部应力变化可以看做仅由预应力荷载作用所引起，测试所得的应力变化值可以直接反应预应力束施加在梁体的应力[10]．

5 测试结果分析

5.1 分段张拉梁体应力分析

1#现浇段浇筑时间最早，取1#现浇段跨中处截面Z13和支座处截面Z14作为典型截面研究，Z13、Z14测点在各现浇段预应力束张拉前后和顶、底板超长预应力束张拉前后的实测应力变化值随施工阶段的变化曲线如图8所示．图中正值表明拉应力增大或压应力减小．

图8 Z13、Z14截面测点应力变化值随施工阶段截面的变化曲线

从图8的实测结果可以得出以下结论．

(1)与1#现浇段相邻的2A#和2B#现浇段预应力束张拉时，1#现浇段截面应力变化最大值为0.46 Mpa，约占1# 现浇段预应力束张拉引起箱梁应力变化值的17% ；最小值为0.22 Mpa，约占1# 现浇段预应力束张拉引起箱梁应力变化值的9%，表明后一段预应力束张拉对前一段梁体的应力影响不可忽略，在设计和施工中应予以重视．

(2)与1# 现浇段不相邻的现浇段预应力束张拉时，Z13和Z14截面应力变化值较小，在0值上下波动，正负变化无明显规律，这是由于张拉端距离1#现浇段较远，对1#现浇段处梁体内力基本无影响．

(3)2A# 和2B# 现浇段预应力束张拉时，1# 现浇段支座处截面和跨中处截面顶板和底板应力变化趋势不同，底板有压应力减小的趋势，顶板有压应力增大的趋势．

5.2 分段张拉与整体一次张拉预应力损失对比分析

在张拉预应力束后，各截面应力将发生变化，其变化大小由该截面处预应力束建立的有效预应力决定，而预应力损失又主要取决于对预应力束中建立的有效预应力．所以分析截面应力变化可以反映预应力束中预应力损失变化规律．箱梁腹板预应力束是各个现浇段分段张拉、锚固，用连接器连接，而顶、底板通长预应力束是整体一次张拉完成，两种张拉方式预应力损失状况有所不同．图9为顶、底板通长预应力束张拉前后梁体顶、底板应力变化值和分段张拉作用下顶板、底板的应力变化值沿梁体纵向坐标的变化曲线．经过分析可得出以下结论．

图9 各截面应力沿梁体纵向坐标变化曲线

(1)通长预应力束一次张拉引起的梁体应力分布呈中间小两段大的趋势．通过对比端部区截面和跨中区跨截面的应力大小，可得截面应力损失最大达56% ．这是由于张拉长度过长，摩擦损失沿梁体纵向积累较大，使整个梁体的端部区和跨中区截面应力产生很大的不均匀性，预应力张拉损失由梁体两端向中间逐渐增大．腹板通长预应力束分段张拉各截面纵向应力变化相对更平稳，每个现浇段预应力荷载作用下的应力变化范围基本一致，预应力损失较小，说明采用分段张拉的方法能够有效减少预应力损失．

(2)在顶、底板通长预应力束荷载作用下，顶板应力变化较底板大，支座处因有横隔梁，应力变化较跨中部位小；而分段张拉预应力束所引起梁体应力变化大小与应力束的曲线布置有关，顶、底板的应力变化大小相差不大．

6 结 论

(1)埋设在混凝土内部的应变计能够监测预应力束张拉前后应力变化，截面应力变化可以反映预应力束对箱梁的作用效果，能够间接估算预应力损失的大小．

(2)分段张拉的超长多跨连续梁相邻两现价段预应力束通过连接器连接，后一段预应力束的张拉对前一段梁体应力影响较大，但对没有通过连接器直接连接的预应力束影响较小．

(3)通长预应力束采用分段张拉的方法相对于整体一次张拉能够有效减少预应力损失，但同时也增加了施工难度，影响工期．因此，需要综合考虑各种因素，选择合理的分段长度．

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Influence Caused by Fully Long Prestressing Tendons Stretching on Stressof Super Long and Multi-Span Continuous Beams Bridge

YUE Peng-cheng1，HUANG Xin1，LI Chang-hui2，DING Hong-yi2
(1. School of Civil Engineering，Tianjin Chengjian University，Tianjin 300384，China；2. School of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

The construction of continuous prestressing tendons stretching for super long and multi-Span Continuous Beams Bridge is complex and has great influence on the stress of beam and the prestressed loss is difficult to control. Taking the prestressed concrete continuous beam of the Zi ya River huge bridge with thirteen holes as the research object our study focuses on the distribution law of stress through the theoretical research and the stress test in the construction of fully long prestressing tendons Stretching. The study result shows that: the stress caused by fully long prestressing tendons sectional tendons stretching distributes uniformly and the prestressed loss is less. The prestressed tension of the n-section girder has more influence on the stress than n-1 section girder and less influence on other stress of girders．The distribution trend of the stress caused by fully long prestressing tendons Stretching at a time is little in the middle of the beam and large in the both ends and the prestressed loss is larger in the middle of the beam; The method of sectional stretching can effectively reduce the loss of prestress. The results of the research can provide important reference for the similar engineering designs and constructions.

super long and multi-span；sectional stretching；stress monitoring；prestressed loss

U448.215

A

2095-719X(2015)06-0404-04

2015-01-12；

2015-03-12

住建部科学技术项目(2015-k3-021)；天津市自然科学基金(13JCYBJC19600)；天津市交通运输委员会科技项目(2014-23)

岳鹏程（1988—），男，河北秦皇岛人，天津城建大学硕士生．