施工现场针对以上可能存在的问题进行一一
排查,排查结果如下。
(1)伸人微型探头进入预应力孔道,发现孔道
内无异物。
(2)对同一批次钢绞线重新送检,钢绞线质量
检验合格。
(3)对现有的千斤顶、油表、油泵重新进行标
定,张拉数据与上次标定基本吻合。
(4)预应力孔道采用塑料波纹管,孔道实际安
装坐标数据与设计数据基本一致。
(5)将人工已穿好的钢绞线一一编号进行梳理
后。未发现钢绞线在孔道内交错打绞,张拉时未形
成麻花状。
(6)对横梁钢束两端同时张拉,张拉参数及工
序均符合设计及施工规范要求。
(7)考虑到混凝土浇筑不密实为个别情况,根
据钢绞线成片断丝的事实,可以排除这种可能性。
排除以上7个因素后,推断钢束中上部钢绞
线挤压下部钢绞线导致各股钢绞线受力不均,从
而拉断的可能性较大。根据材料力学强度理论公
式和数值模拟方法,分析预应力混凝土连续箱梁
桥横梁弯曲钢束受力机理,并找出解决钢束断丝
的方案。
3 横梁弯束受力机理研究
横梁弯曲钢束的下部钢绞线在竖向弯起最高
点附近受到上部钢绞线的竖向挤压力,由横梁钢
束形状可知,在竖向弯起最高点的右侧钢绞线与
混凝土将会与下方混凝土脱空,该截面钢束的挤
压力即为剪力,张拉应力和剪应力的存在,根据材
料力学的第四强度理论(、/ +3 ≤[ ] ),导致
钢绞线拉应力超过许用拉应力l 860 MPa,进而钢
绞线断裂。钢绞线受力情况如图4所示。
图4 钢绞线受力不惹图
上部单根钢绞线的挤压力为:
F张拉=1 395×139× 10-3=193.9 kN
F挤压=F张拉×sin5.7。=193.9×0.099 67= 19.33 kN
考虑到钢绞线共有22股,钢绞线间的挤压力
分配无法准确得到,现假设下方4根钢绞线从左
至右分别承受其上方4根、5根、5根和4根钢绞
线的挤压。
所以最下排中间钢绞线所受总的挤压力为:
F挤压总: F挤压×5=19.33×5=96.65 kN
=1 395 MPa
【0r】=1 860 MPa
剪应力 = =生 =927(MPa)
、/ r=、/r :2 127 MPa>
【 】=1 860 MPa
采用Midas Civil 2012进行数值模拟分析,横
梁钢束采用单梁模型,单梁间用刚性连接。因单梁
模型无法准确考虑预应力损失,所以模型中采用
单端张拉和两端张拉对钢绞线拉应力无影响。模
型中每股钢绞线采用21个梁单元,22股钢绞线则
有461个梁单元,并采用单端张拉代替两端张拉。
由于对称性,为计算方便建模时仅模拟横梁左半
部分的钢绞线受力情况,模型如图5所示。
帮
脚川
图5 横梁左半部分钢绞线受力模型
钢绞线在左端部限制所有的位移和转角,左
侧钢绞线受到混凝土的约束,无法向下移动。因
此,左侧梁单元限制其竖向位移,第二排和第四排
钢绞线均限制左右摆动位移。钢绞线竖向弯起最
高点的右侧处于竖向位移无限制状态,仅在靠近
横梁中部的位置受到混凝土约束,无法向上移动,
因此,同样在右侧端部限制其竖向位移,边界条件
和单元件的连接情况分别如图6和图7所示。
图6 边界条件
蚍
图7 刚性连接方式图
在右侧端部给每股钢绞线加上194 kN的张拉
力后,可以计算得出钢绞线拉应力云图。从图8中
可以看到钢绞线拉应力在竖向弯起最高点附近最
大,达到2 284 MPa,这与前面理论计算的拉应力为
2 127 MPa的结果很接近,同时这也印证了钢束下
部钢绞线在竖向弯起最高点附近受到上部钢绞线挤
压作用,导致钢绞线拉应力增大超限的结论成立。
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