大跨预应力混凝土箱梁桥竖向预应力损失研究

会计学1大跨预应力混凝土箱梁桥竖向预应力损失研究大跨预应力混凝土箱梁桥的发展大跨预应力混凝土箱梁桥存在的问题竖向预应力损失问题第1页/共37页

？纵向预应力损失“时-步”分析法分项预应力损失预应力总损失竖向预应力损失第2页/共37页混凝土箱梁竖向预应力损失箱梁腹板竖向预应力损失现场测试箱梁腹板竖向预应力损失计算其它因素对竖向预应力损失的影响小结第3页/共37页箱梁腹板竖向预应力损失现场测试图1箱梁腹板竖向预应力测试截面第4页/共37页图2箱梁腹板竖向预应力布置图第5页/共37页图3张拉端和锚固端大样图

第6页/共37页第7页/共37页图4传力锚固后的测试结果（对数X轴）

第8页/共37页现场测试中，张拉W1、W2号竖向预应力时，其张拉端的实际张拉力仅至495kN（相应的应力为615.5MPa）。从测试结果中看出，对于W1、W2竖向预应力筋：张拉锚固时的各项损失总和分别达到151.1MPa和164.4MPa；张拉完毕后至灌浆后1天内的损失分别为71.3MPa和32.8MPa；传力锚固后的总损失分别为70.9MPa和61.1MPa，且在500天后，该项损失逐渐趋于稳定。第9页/共37页摩擦损失

W1、W2号预应力筋与管道壁之间由摩擦引起的损失分别为6.1MPa和5.0MPa（分别占初始张拉应力的1.0%和0.8%）。如管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k按预埋金属波纹管取为0.0025，则至锚固端的预应力损失为：箱梁腹板竖向预应力损失计算第10页/共37页锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩损失并按规范中给出的相应公式进行计算，其预应力损失为：考虑到锚固后实际存在的反向摩擦的影响，两竖向预应力筋由于锚具变形、钢筋回缩引起的锚固端预应力损失应为154.3MPa，与W1的实测值139.9Mpa（占初始张拉应力的22.7%）和W2的实测值155.4MPa（占初始张拉应力的25.2%）均较为吻合。第11页/共37页混凝土弹性压缩损失图5ANSYS计算模型第12页/共37页图6分批张拉各预应力对W1、W2的影响第13页/共37页图7张拉W2~W14对W1的影响

竖向预应力W1、W2弹性压缩损失的理论值与实测值基本吻合。W1的理论值与实测值分别为5.2MPa和5.1MPa（占初始张拉应力的0.83%）；W2的理论值与实测值均为4.0MPa（占初始张拉应力的0.65%）。第14页/共37页综上，W1和W2号预应力筋在传力锚固时的总损失分别为151.1MPa和164.4MPa，分别占初始张拉应力的24.5%和26.7%，其中绝大部分是由于锚具变形和钢筋回缩引起的损失（分别占传力锚固时总损失的92.6%和94.3%），因此要控制竖向预应力传力锚固时的损失，主要是解决预应力的锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩问题，而对竖向预应力筋进行二次张拉即在预应力筋灌浆前进行补偿张拉是减小这一损失的有效措施之一。

第15页/共37页传力锚固后的损失时步模型时步模型采用线性叠加原理，混凝土任意时刻的应变为：

第16页/共37页收缩徐变模型的选取图8徐变系数计算

图9收缩应变计算第17页/共37页图10W2时间相关预应力损失计算结果与实测值比较第18页/共37页第19页/共37页从图中可以看出，收缩徐变模型的选取对预应力传力锚固后损失的计算是至关重要的，采用各模型计算出的预应力损失值相差较大，其发展趋势也有所不同。整体上表现最好的是GL2000模型，其计算曲线与实测曲线大致吻合，其次是JTGD62-2004模型，其它三种模型表现均不理想，因此在缺乏试验资料的情况下进行竖向预应力长期损失的计算，本文推荐采用GL2000模型和JTGD62-2004模型。从表中可以看出，当计算时刻为884天时W2号竖向预应力筋的实测损失值为61.1MPa（占初始预应力的9.9%），与采用GL2000模型计算出的结果55.6MPa相差最小，同时按铁路桥规计算出的与时间相关的总损失与实测值也较为接近，表明按规范计算的与时间相关的损失能够基本反映实际情况。第20页/共37页第21页/共37页从中可以看出W1、W2号竖向预应力筋传力锚固时总损失的理论值与实测值均较为接近，占预应力总损失的57.2%。对于传力锚固后的损失，按时步模型计算出的结果与实测值大致吻合，占预应力总损失的23.9%，而其它因素引起的损失占总损失的18.9%。对于箱梁腹板竖向预应力筋，按现行铁路桥规中的纵向预应力损失计算的相关规定计算的5种损失均能基本反应竖向预应力实际情况。实测数据同时表明，对于采用后张法施工的竖向预应力，还存在着其它的因素影响其损失，且影响较大。第22页/共37页水化热对竖向预应力的影响从本次测试数据中可以发现，W1、W2号竖向预应力筋张拉完后，在管道压浆之前即传力锚固时的损失全部完成之后，两竖向预应力筋中的预应力分别为464.4MPa和451.1MPa。张拉完毕即进行孔道压浆，而孔道压浆1天之后，两者预拉力分别变为：393.1MPa和418.3MPa，平均减少52.1MPa，其损失占初始张拉应力的8.5%。即使计入传力锚固后的预应力损失（按照铁路桥规计算出的钢筋松弛引起的预应力损失终极值的一半为8.2MPa，按照现行公桥规计算出的混凝土收缩徐变引起的预应力损失为4.9MPa），也达不到52.1MPa。因此这一损失可能是孔道压浆后但预应力筋与混凝土之间尚未形成可靠粘结力这一期间预应力筋相对其张拉时刻的温升所引起，而引起该相对温升的原因可能是梁段混凝土及预应力筋孔道水泥浆体的水化热。其它因素对竖向预应力损失的影响第23页/共37页图11温度测点布置（单位：cm）第24页/共37页图12各测点水化热温度变化第25页/共37页图13各测点水化热温度变化第26页/共37页图14ANSYS计算模型第27页/共37页图15测点2理论值与实测值比较

第28页/共37页图16测点3理论值与实测值比较

第29页/共37页从中可以看出各测点的温度变化规律趋于一致：（1）都经历了快速升温－缓慢降温－快速降温－相对稳定的四个阶段；（2）在入模后10-20小时内出现最高温度，实测最高温度为68.0℃，温度升高近40℃，随后以0.1-0.4℃/h的速率降温；（3）在4-5天后各测点温度趋于稳定。此外还可以发现各理论值与实测值变化规律基本保持一致，在数值上相差不大，表明本文计算方法及各计算参数的取值是合理的，可以较为准确的模拟箱梁混凝土水化热。根据大体积混凝土水化热研究经验，水化热温度特性主要与水泥品种、配合比、温控措施、外界温度和块体尺寸等多种因素有关，水泥用量越多、结构尺寸越大，内部的水化热温度越高。不同的混凝土结构具有不同的温度特性，但是，对于混凝土的温度变化规律基本上都是一致的，因此本文采用以上计算方法及各计算参数，对东阳渡湘江大桥18#梁段的水化热进行了模拟，同时还考虑了竖向预应力筋孔道灌浆，以此得到竖向预应力筋的温度变化。第30页/共37页图17梁段混凝土腹板温度变化

第31页/共37页图18梁段竖向预应力筋温度变化

第32页/共37页从图中可以看出，预应力钢筋的温度在灌浆后4小时达到最高，温度上升17.6℃，随后温度开始下降，至灌浆后一天其温度仍升高13.6℃，而此时管道内的水泥浆已有较高的强度并和预应力筋粘结成整体，若钢材的温度线膨胀系数和弹性模量分别取为1.0×10-5/℃和2.0×105MPa，温差为△t，则该损失为2△t，即竖向力损失达27.2MPa，与W2的实测值32.8MPa较为接近。值得提出的是，W2号竖向预应力筋与18号梁段的边缘仅28cm，其周边混凝土的水化热较易传递到17号梁段，因此其周边混凝土的温升较W7号竖向预应力筋周边混凝土的温升要低，即W7号预应力筋的温差△t会更大，其损失相应会更大；此外本文以上计算的箱梁腹板仅为50cm，而一般大跨预应力混凝土梁桥根部截面腹板厚度可达1m左右，其△t同样会增大，造成的损失也会更大，可见这一损失不容忽视。第33页/共37页日照温差对竖向预应力的影响图19日照温差对竖向预应力的影响（单位：MPa）

第34页/共37页锚具变形和钢筋回缩引起的损失占竖向预应力总损失的比重较大。就所测试的预应力筋而言，该项损失的实测值约占全部预应力损失实测值的53.5%。对于采用后