二次張拉錨具

1、大跨徑混凝土梁橋現(xiàn)狀及典型病害概述

預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋（包括連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)和剛構(gòu)連續(xù)組合體系）以其結(jié)構(gòu)剛度好；行車平順；造價相對較低；養(yǎng)護簡單等一系列優(yōu)點，備受工程界歡迎?！拔覈呀ê驮诮ǖ目鐝匠^200m的連續(xù)剛構(gòu)橋已達20多座，跨徑在100～200m之間的預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋已有100多座，世界范圍內(nèi)共有跨徑超過240m的特大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋共18座，其中13座在中國，占世界總量的72%。然而近年來，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋在施工過程或使用階段，普遍出現(xiàn)各種不同性質(zhì)的混凝土開裂，長期下?lián)系炔『?，這些病害對橋梁的耐久性和營運的安全性構(gòu)成了威脅”[1]。文獻[2]作者調(diào)查了國內(nèi)180多座預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋，總結(jié)了裂縫的類型及分布規(guī)律，其中腹板鈄裂縫的出現(xiàn)比例高達86%，由于腹板裂縫的存在，引起結(jié)構(gòu)剛度降低，導(dǎo)致變形增大。文獻[3] 根據(jù)Kishwaukee.River橋荷載試驗發(fā)現(xiàn)，由于箱梁腹板裂縫的存在，導(dǎo)致裂縫區(qū)結(jié)構(gòu)剪切剛度降低50～55%。

根據(jù)大量的調(diào)研和分析認為，豎向預(yù)應(yīng)力是減少主拉應(yīng)力、克服腹板斜裂縫的最有效技術(shù)手段，我國大量現(xiàn)役大跨徑箱梁橋腹板斜裂縫主要是由于豎向預(yù)應(yīng)力在設(shè)計過程中空間效應(yīng)考慮不足，加之豎向預(yù)應(yīng)力采用的精軋螺紋鋼筋YGM錨固體系本身存在結(jié)構(gòu)缺陷和預(yù)應(yīng)力施工無法有效監(jiān)控施加預(yù)應(yīng)力的質(zhì)量，并且導(dǎo)至“由于豎向直線束太短，幾乎建立不起有效預(yù)應(yīng)力”[1]。

進一步對豎向預(yù)應(yīng)力用“精軋螺紋鋼筋YGM錨固體系”分析研究后得知，該結(jié)構(gòu)存在以下致命缺陷：

1、精軋螺紋鋼筋強度較低，預(yù)應(yīng)力張拉延伸絕對值很?。ㄌ貏e是短束僅幾毫米），在同樣放張回縮值情況下，預(yù)應(yīng)力損失的比例就很大，短束預(yù)應(yīng)力損失很可怕（一些橋梁的豎向有效預(yù)應(yīng)力與豎向預(yù)應(yīng)力張拉控制力相比損失甚至達60% [6]）。

2、雖然橋規(guī)規(guī)定帶螺母的YGM精軋螺紋鋼錨具回縮值為1mm，但實際檢測表明：“放張時，鋼筋回縮損失：鋼筋上的螺紋與螺母間隙及變形2mm左右，另外螺母與墊板的接觸面與鋼筋軸線成45°夾角造成實際損失4mm左右”[5]。實際回縮損失大大超出規(guī)范。

3、在實際工程中，精軋螺紋鋼筋被拉斷的現(xiàn)象也時有發(fā)生，甚至有發(fā)生極端的張拉施工完至大橋通車前有30多根精軋螺紋鋼筋斷裂沖破橋面輔裝層致使精軋錨具突出橋面（也有橋梁通車后發(fā)生極個別力筋斷裂事故）?！柏Q向精軋螺紋鋼筋一旦斷裂，無法補救，危害很大”[5]。

4、精軋螺紋鋼筋YGM錨固體系由于力筋是剛性索，施工時對錨固螺母、預(yù)應(yīng)力粗鋼筋、墊板三者安裝精度要求相當(dāng)高，否則造成放張時錨固螺母擰不到位，是該結(jié)構(gòu)永存應(yīng)力極難保證穩(wěn)定易發(fā)生隨機變化的一個重要原因。

5、精軋螺紋鋼筋YGM錨固體系，雖然應(yīng)用已有二十多年，但缺少完整的施工驗收規(guī)程，加之結(jié)構(gòu)本身的原因，張拉施工后技術(shù)管理和監(jiān)理人員無法監(jiān)測判斷施工是否符合（或達到）設(shè)計要求。設(shè)計、施工、監(jiān)理各環(huán)節(jié)管理人員對向預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量心中無底，十分不放心。

6、“豎向預(yù)應(yīng)力普遍存在壓漿質(zhì)量不好問題，主要有a、壓漿不通；b、壓漿很難起到粘結(jié)握裹作用，國內(nèi)外對預(yù)應(yīng)力混凝土橋的調(diào)查表明，管道壓漿不密實幾乎成了通病，而且后患無窮”[5]。

2、箱梁橋腹板裂縫病害根除對策

箱梁橋腹板裂縫病害主要是因豎向預(yù)應(yīng)力不足以克服主拉應(yīng)力而導(dǎo)致腹板混凝土開裂。通過大量的實橋調(diào)研發(fā)現(xiàn)：豎向預(yù)應(yīng)力施工未達到設(shè)計要求而致使豎向永存應(yīng)力通常小于主拉應(yīng)力，更重要的是：施工的不規(guī)范或出現(xiàn)的偏差無論是施工方、監(jiān)理方、設(shè)計方以及業(yè)主都無法監(jiān)測到豎向預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量，最后產(chǎn)生可預(yù)見的風(fēng)險——腹板開裂。

鑒于前述精軋螺紋鋼YGM錨固體系的不足，廣大橋梁研究、設(shè)計、施工工作者，針對精軋螺紋筋進行了大量的改進，如：采用二次張拉，建立較完善的施工管理制度，強化現(xiàn)場管理，改進設(shè)計計算，在新橋規(guī)《JTGD62-2004》中將計算 應(yīng)力的公式乘以0.6的折減系數(shù)，用以克服豎向預(yù)應(yīng)力損失大，永存壓應(yīng)力極不穩(wěn)定的問題，取得一定的效果，但還是沒有從根本上解決箱梁橋腹板開裂的問題。

湖南大學(xué)博士生導(dǎo)師邵旭東教授應(yīng)用全新的思維，主持研發(fā)了“二次張拉低回縮鋼絞線豎向預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)”，徹底創(chuàng)新豎向預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮高強度低松弛鋼絞線力筋的優(yōu)勢，利用其柔性索、高延伸量，張拉控制應(yīng)力低（不易產(chǎn)生塑性變形）的優(yōu)點，創(chuàng)新錨具結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造性地提出鋼絞線力筋二次張拉（傳統(tǒng)鋼絞線夾片錨是不允許二次張拉的）克服夾片錨回縮損失大的問題，同時，還成功實現(xiàn)了豎向預(yù)應(yīng)力張拉施工后方便量化監(jiān)測張拉施工質(zhì)量，根除了豎向預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量不好的通病。

通過腹板應(yīng)力場試驗、腹板抗剪極限荷載試驗和實橋測試表明：“二次張拉低回縮鋼絞線豎向預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)”能大幅度減小中短束預(yù)應(yīng)力筋的放張損失，大幅提高豎向預(yù)應(yīng)力效率和結(jié)構(gòu)的抗剪安全度，且豎向?qū)嶋H永存應(yīng)力能穩(wěn)定達到設(shè)計要求，避免腹板開裂。

二次張拉低回縮鋼絞線豎向預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)替代精軋螺紋鋼筋錨固體系（以15-3G替代φ32精軋鋼筋為例）能大幅提高實際豎向預(yù)應(yīng)力水平（單束實際永存預(yù)應(yīng)力由300多千牛提高到520千牛以上），預(yù)應(yīng)力鋼材用量減少50%，可十分方便監(jiān)測到已施工預(yù)應(yīng)力束的施工質(zhì)量，確保豎向永存應(yīng)力不會發(fā)生隨機變化而非常穩(wěn)定、可靠。徹底解決了孔道壓漿不通（孔道無漿）、壓漿不密實、壓漿很難起來粘結(jié)握裹作用的問題，實現(xiàn)了孔道壓漿密實、飽滿。

結(jié)構(gòu)示意圖

二次張拉錨具施工實物圖

二次張拉低回縮鋼絞線豎向短索錨固體系

一種由固定端錨具、預(yù)應(yīng)力鋼絞線力筋、預(yù)應(yīng)力管道和二次張拉錨具等幾個部分組成的錨固體系統(tǒng)，其中固定端錨具位于下端，張拉端二次張拉錨具位于頂部，波紋管呈垂直狀態(tài)布置于箱梁橋腹板內(nèi)，經(jīng)對豎向預(yù)應(yīng)力筋二次張拉后，達到短索低回縮高效錨固的效果。

二次張拉

對同一鋼絞線預(yù)應(yīng)力束，首先，按傳統(tǒng)夾片錨的張拉方法完成第一次張拉——放張——夾片錨固力筋后，再次將該束力筋的錨杯整體張拉至控制應(yīng)力，錨杯下端面離開墊板5至13mm，經(jīng)持荷后，將支承螺母向墊板側(cè)旋扭，以消除其間隙；然后，將千斤頂回油放張，錨杯被鎖定在原位，此時的力盤在理論上為無回縮錨固，從而消除了第一次張拉放張時因錨具回縮產(chǎn)生的應(yīng)力損失。這種預(yù)應(yīng)力施工工藝簡稱為二次張拉錨具。

豎向預(yù)應(yīng)力錨固體系

由固定端錨具、預(yù)應(yīng)力鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道、張拉端錨具等部件組成，其中固定端錨具位于下端，張拉端錨具們于頂部，波紋管垂直狀態(tài)布置于箱梁橋腹板內(nèi)，經(jīng)對其進行張拉施工，實現(xiàn)力筋錨固的預(yù)應(yīng)力錨固體系。

錨具

在后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中，為保持預(yù)應(yīng)力筋的拉力并將傳遞到混凝土上所用的永久性錨固裝置。

二次張拉錨具

一種在傳統(tǒng)夾片片式圓錨的錨杯外緣上設(shè)置螺紋，其外周再設(shè)置一支承螺母與錨杯外螺紋相連接且能實現(xiàn)二次張拉的新型錨具。

當(dāng)對同一束力筋進行第一次張拉并放張錨固后，再次將錨杯及力筋整體張拉，錨杯離開墊板5至13mm，經(jīng)持荷后，將支承螺母向墊板側(cè)旋扭，用以消除錨杯下端面與墊板之間間隙，最后，千斤頂回油放張，錨杯被鎖定在原位，此時的力筋在理論上無回縮錨固，消除了第一次張拉放張時因錨具回縮產(chǎn)生的應(yīng)力損失。

二次張拉低回縮豎向錨固體系應(yīng)用部分實例

二次張拉錨具專利證書