连续梁竖向预应力材料选择
连续梁竖向预应力材料选择
长度为85+2*150+80m预应力混凝土连续梁-刚构组合体系箱梁,箱梁根部梁高9.5m,跨中梁高3.5m,箱梁高度按2次抛物线变化。箱梁竖向预应力钢束长度在3.4~8.6m之间,属于短距离直线预应力材料。
传统的短距离直线预应力材料主要有精轧螺纹钢筋和钢绞线两种,其中以精轧螺纹钢筋的使用较多,从多座桥梁精轧螺纹钢筋的使用情况看,存在较多问题,因此推出了二次张拉低回缩钢绞线和预应力钢棒和两种新技术、新工艺。以下主要对精轧螺纹钢筋、二次张拉低回缩钢绞线和预应力钢棒进行技术、施工工艺、经济对比。
1、精轧螺纹钢筋
精轧螺纹钢筋的原材料为中碳低合金钢,通过热轧控冷来提高钢筋的强度。
得到的微观组织通常为铁素体+珠光体,规格为PSB785。如进一步的提高冷速得到的组织为混合贝氏体+索氏体+珠光体+铁素体,规格为PSB930等。组织的构成决定了PSB785具有较高的韧性,较低的强度,PSB930具有较高的强度,较低的韧性。由于采用的工艺是控制冷却工艺其受气温变化,设备影响的因素较多,因此PSB830以上的材料很不稳定,外形尺寸公差较大。精轧螺纹钢筋存在的主要问题:①、强度低,松弛高,易松动。②、在短距离施工时遭成较大的应力损失。③、施工控制困难,螺母拧不到位。(如直径32mm钢筋螺距16mm,少拧半圈,将导致回缩8mm,产生部分预应力失效。)④、灌浆难以保证密实,可能导致钢筋腐蚀后断裂崩出梁体。
2、二次张拉低回缩钢绞线
钢绞线夹片式锚具是目前预应力施工时用量最大的锚具,夹片一般采用20CrMnTi加工,采用碳氮共渗使夹片达到外硬内韧。锚板采用中碳或中碳合金钢经调质热处理工艺加工而成。钢绞线在张拉时单端一般有5mm左右的回缩量。近年来,为解决钢绞线夹片锚具回缩量大的问题,发展出来一种低回缩锚具,其做法为在锚板上加工螺纹,用外加螺母进行锁紧。这种方式可以解决回缩量的问题,但缺点是由于夹片锚的回缩值不易控制,且相差较大,导致引伸量往往大于规范规定的范围,一般达到+10%~-15%,如需将引伸量控制在+6%~-6%之间,需对每根钢绞线第一次张拉后的回缩值进行实测,然后根据实测值计算引伸量,并进行双控,但此方法在实际施工中难以实施。此外,管道灌浆与精轧螺纹钢筋基本相同,施工时因振捣
等原因难以避免漏浆,导致压浆效果普遍不佳。由于锚板外需加工螺纹,并配套制造大型螺母,锚具制造费用高,施工需采用大型的特殊设备进行二次张拉。
3、预应力钢棒
预应力钢棒原材料为中低碳合金钢,通过冷拔调质工艺得到金相组织为回
火索氏体。回火索氏体与索氏体相比较,其析出的碳化物呈球状弥散地分布于基体中,故回火索氏体具有更好的综合机械性能,其延伸率达到7%以上,一般可以做到10%。钢棒采用的调质工艺强度,比精轧螺纹钢筋高,比钢绞线低,延伸率优于前两者。钢棒的强度通常可以做到1420级甚至到1570级,并在1570级时延伸率仍可达到7%以上。延伸率的提高使其比钢绞线及精轧螺纹钢筋有更强的抗震吸能性。
预应力钢棒的优点:1、强度高,延伸率高,具有更强的抗震及疲劳性能。2、锚具钢棒加工精度高、螺纹升角低,回缩量低(1mm内),具有更少的应力损失及更强的防松性能。3、采用前端引伸杆张拉,不用预留千斤顶工作长度钢筋,张拉后不需要割筋。4、省去了传统的后张法预应力混凝土的预埋管道、穿束、压浆、割除多余钢筋等工艺,减少了定位管道钢筋数量,简化了施工工艺,缩短了工期。5、没有振捣漏浆的风险;减少了由于压浆不实,预应力筋应力腐蚀的风险;与混凝土隔绝,没有氯离子腐蚀的风险。
4、综合比选
5、材料数量
⑴采用直径32mm精轧螺纹钢筋,材料和数量见下表:
⑵采用二次张拉低回缩钢绞线,材料和数量见下表:
⑶采用预应力钢棒,材料和数量见下表:
6、施工对比
由于施工成本不好量化,只做特点对比
⑴ 精轧螺纹钢和钢绞线施工中需要人工绑扎波纹管,使用大量绑扎钢筋,已保证浇筑时孔道牢固,由于绑扎空间小,不利于工人操作,造成绑扎不牢固。而无粘结预应力钢棒通过要两端锚垫板定位。
⑵ 预应力钢棒张拉施工一次精确张拉,而精轧螺纹钢和钢绞线需要二次精张还不能保证张拉精度,造成张拉施工繁琐。
⑶ 精轧螺纹钢和钢绞线张拉完后需要切除多余部分,正常操作不能使用热切割法,人工手动切割浪费大量人力。预应力钢棒则不需要切割。
⑷ 精轧螺纹钢和钢绞线需要孔道灌浆,浪费人力物力。