二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力短索锚固体系.doc

大跨径混凝土梁桥箱梁腹板裂缝防治技术——二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统简要介绍湘潭欧之姆预应力锚具有限公司二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统简介一、大跨径混凝土梁桥现状及典型病害概述预应力混凝土梁桥（包括连续梁桥、连续刚构和刚构连续组合体系）以其结构刚度好；行车平顺；造价相对较低；养护简单等一系列优点，备受工程界欢迎。“目前我国已建和在建的跨径超过200m的连续刚构桥已达20多座，跨径在100～200m之间的预应力混凝土梁桥已有100多座，世界范围内共有跨径超过240m的特大跨径连续刚构桥共18座，其中13座在中国，占世界总量的72%。然而近年来，大跨径预应力混凝土梁桥在施工过程或使用阶段，普遍出现各种不同性质的混凝土开裂，长期下挠等病害，这些病害对桥梁的耐久性和营运的安全性构成了威胁”[1]。文献[2]作者调查了国内180多座预应力混凝土箱梁桥，总结了裂缝的类型及分布规律，其中腹板钭裂缝的出现比例高达86%，由于腹板裂缝的存在，引起结构刚度降低，导致变形增大。文献[3]根据Kishwaukee.River桥荷载试验发现，由于箱梁腹板裂缝的存在，导致裂缝区结构剪切刚度降低50～55%。根据大量的调研和分析认为，竖向预应力是减少主拉应力、克服腹板斜裂缝的最有效技术手段，目前我国大量现役大跨径箱梁桥腹板斜裂缝主要是由于竖向预应力在设计过程中空间效应考虑不足，加之竖向预应力采用的精轧螺纹钢筋YGM锚固体系本身存在结构缺陷和预应力施工无法有效监控施加预应力的质量，并且导至“由于竖向直线束太短，几乎建立不起有效预应力”[1]。进一步对竖向预应力用“精轧螺纹钢筋YGM锚固体系”分析研究后得知，该结构存在以下致命缺陷：1、精轧螺纹钢筋强度较低，预应力张拉延伸绝对值很小（特别是短束仅几毫米），在同样放张回缩值情况下，预应力损失的比例就很大，短束预应力损失很可怕（一些桥梁的竖向有效预应力与竖向预应力张拉控制力相比损失甚至达60%[6]）。2、虽然桥规规定带螺母的YGM精轧螺纹钢锚具回缩值为1mm，但实际检测表明：“放张时，钢筋回缩损失：钢筋上的螺纹与螺母间隙及变形2mm左右，另外螺母与垫板的接触面与钢筋轴线成45°夹角造成实际损失4mm左右”[5]。实际回缩损失大大超出规范。3、在实际工程中，精轧螺纹钢筋被拉断的现象也时有发生，甚至有发生极端的张拉施工完至大桥通车前有30多根精轧螺纹钢筋断裂冲破桥面辅装层致使精轧锚具突出桥面（也有桥梁通车后发生极个别力筋断裂事故）。“竖向精轧螺纹钢筋一旦断裂，无法补救，危害很大”[5]。4、精轧螺纹钢筋YGM锚固体系由于力筋是刚性索，施工时对锚固螺母、预应力粗钢筋、垫板三者安装精度要求相当高，否则造成放张时锚固螺母拧不到位，是该结构永存应力极难保证稳定易发生随机变化的一个重要原因。5、精轧螺纹钢筋YGM锚固体系，虽然应用已有二十多年，但缺少完整的施工验收规程，加之结构本身的原因，张拉施工后技术管理和监理人员无法监测判断施工是否符合（或达到）设计要求。设计、施工、监理各环节管理人员对向预应力施工质量心中无底，十分不放心。6、“目前，竖向预应力普遍存在压浆质量不好问题，主要有a、压浆不通；b、压浆很难起到粘结握裹作用，国内外对预应力混凝土桥的调查表明，管道压浆不密实几乎成了通病，而且后患无穷”[5]。二、箱梁桥腹板裂缝病害根除对策箱梁桥腹板裂缝病害主要是因竖向预应力不足以克服主拉应力而导致腹板混凝土开裂。通过大量的实桥调研发现：竖向预应力施工未达到设计要求而致使竖向永存应力通常小于主拉应力，更重要的是：施工的不规范或出现的偏差无论是施工方、监理方、设计方以及业主都无法监测到竖向预应力施工质量，最后产生可预见的风险——腹板开裂。鉴于前述精轧螺纹钢YGM锚固体系的不足，广大桥梁研究、设计、施工工作者，针对精轧螺纹筋进行了大量的改进，如：采用二次张拉，建立较完善的施工管理制度，强化现场管理，改进设计计算，在新桥规《JTGD62-2004》中将计算应力的公式乘以0.6的折减系数，用以克服竖向预应力损失大，永存压应力极不稳定的问题，取得一定的效果，但还是没有从根本上解决箱梁桥腹板开裂的问题。湖南大学博士生导师邵旭东教授应用全新的思维，主持研发了“二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统”，彻底创新竖向预应力锚固结构，充分发挥高强度低松驰钢绞线力筋的优势，利用其柔性索、高延伸量，张拉控制应力低（不易产生塑性变形）的优点，创新锚具结构，创造性地提出钢绞线力筋二次张拉（传统钢绞线夹片锚是不允许二次张拉的）克服夹片锚回缩损失大的问题，同时，还成功实现了竖向预应力张拉施工后方便量化监测张拉施工质量，根除了竖向预应力孔道压浆质量不好的通病。通过腹板应力场试验、腹板抗剪极限荷载试验和实桥测试表明：“二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力