會計學1大跨預應力混凝土箱梁橋豎向預應力損失研究大跨預應力混凝土箱梁橋的發(fā)展大跨預應力混凝土箱梁橋存在的問題豎向預應力損失問題第1頁/共37頁

？縱向預應力損失“時-步”分析法分項預應力損失預應力總損失豎向預應力損失第2頁/共37頁混凝土箱梁豎向預應力損失箱梁腹板豎向預應力損失現(xiàn)場測試箱梁腹板豎向預應力損失計算其它因素對豎向預應力損失的影響小結(jié)第3頁/共37頁箱梁腹板豎向預應力損失現(xiàn)場測試圖1箱梁腹板豎向預應力測試截面第4頁/共37頁圖2箱梁腹板豎向預應力布置圖第5頁/共37頁圖3張拉端和錨固端大樣圖

第6頁/共37頁第7頁/共37頁圖4傳力錨固后的測試結(jié)果（對數(shù)X軸）

第8頁/共37頁現(xiàn)場測試中，張拉W1、W2號豎向預應力時，其張拉端的實際張拉力僅至495kN（相應的應力為615.5MPa）。從測試結(jié)果中看出，對于W1、W2豎向預應力筋：張拉錨固時的各項損失總和分別達到151.1MPa和164.4MPa；張拉完畢后至灌漿后1天內(nèi)的損失分別為71.3MPa和32.8MPa；傳力錨固后的總損失分別為70.9MPa和61.1MPa，且在500天后，該項損失逐漸趨于穩(wěn)定。第9頁/共37頁摩擦損失

W1、W2號預應力筋與管道壁之間由摩擦引起的損失分別為6.1MPa和5.0MPa（分別占初始張拉應力的1.0%和0.8%）。如管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)k按預埋金屬波紋管取為0.0025，則至錨固端的預應力損失為：箱梁腹板豎向預應力損失計算第10頁/共37頁錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮損失并按規(guī)范中給出的相應公式進行計算，其預應力損失為：考慮到錨固后實際存在的反向摩擦的影響，兩豎向預應力筋由于錨具變形、鋼筋回縮引起的錨固端預應力損失應為154.3MPa，與W1的實測值139.9Mpa（占初始張拉應力的22.7%）和W2的實測值155.4MPa（占初始張拉應力的25.2%）均較為吻合。第11頁/共37頁混凝土彈性壓縮損失圖5ANSYS計算模型第12頁/共37頁圖6分批張拉各預應力對W1、W2的影響第13頁/共37頁圖7張拉W2~W14對W1的影響

豎向預應力W1、W2彈性壓縮損失的理論值與實測值基本吻合。W1的理論值與實測值分別為5.2MPa和5.1MPa（占初始張拉應力的0.83%）；W2的理論值與實測值均為4.0MPa（占初始張拉應力的0.65%）。第14頁/共37頁綜上，W1和W2號預應力筋在傳力錨固時的總損失分別為151.1MPa和164.4MPa，分別占初始張拉應力的24.5%和26.7%，其中絕大部分是由于錨具變形和鋼筋回縮引起的損失（分別占傳力錨固時總損失的92.6%和94.3%），因此要控制豎向預應力傳力錨固時的損失，主要是解決預應力的錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮問題，而對豎向預應力筋進行二次張拉即在預應力筋灌漿前進行補償張拉是減小這一損失的有效措施之一。

第15頁/共37頁傳力錨固后的損失時步模型時步模型采用線性疊加原理，混凝土任意時刻的應變?yōu)椋?/p>

第16頁/共37頁收縮徐變模型的選取圖8徐變系數(shù)計算

圖9收縮應變計算第17頁/共37頁圖10W2時間相關(guān)預應力損失計算結(jié)果與實測值比較第18頁/共37頁第19頁/共37頁從圖中可以看出，收縮徐變模型的選取對預應力傳力錨固后損失的計算是至關(guān)重要的，采用各模型計算出的預應力損失值相差較大，其發(fā)展趨勢也有所不同。整體上表現(xiàn)最好的是GL2000模型，其計算曲線與實測曲線大致吻合，其次是JTGD62-2004模型，其它三種模型表現(xiàn)均不理想，因此在缺乏試驗資料的情況下進行豎向預應力長期損失的計算，本文推薦采用GL2000模型和JTGD62-2004模型。從表中可以看出，當計算時刻為884天時W2號豎向預應力筋的實測損失值為61.1MPa（占初始預應力的9.9%），與采用GL2000模型計算出的結(jié)果55.6MPa相差最小，同時按鐵路橋規(guī)計算出的與時間相關(guān)的總損失與實測值也較為接近，表明按規(guī)范計算的與時間相關(guān)的損失能夠基本反映實際情況。第20頁/共37頁第21頁/共37頁從中可以看出W1、W2號豎向預應力筋傳力錨固時總損失的理論值與實測值均較為接近，占預應力總損失的57.2%。對于傳力錨固后的損失，按時步模型計算出的結(jié)果與實測值大致吻合，占預應力總損失的23.9%，而其它因素引起的損失占總損失的18.9%。對于箱梁腹板豎向預應力筋，按現(xiàn)行鐵路橋規(guī)中的縱向預應力損失計算的相關(guān)規(guī)定計算的5種損失均能基本反應豎向預應力實際情況。實測數(shù)據(jù)同時表明，對于采用后張法施工的豎向預應力，還存在著其它的因素影響其損失，且影響較大。第22頁/共37頁水化熱對豎向預應力的影響從本次測試數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，W1、W2號豎向預應力筋張拉完后，在管道壓漿之前即傳力錨固時的損失全部完成之后，兩豎向預應力筋中的預應力分別為464.4MPa和451.1MPa。張拉完畢即進行孔道壓漿，而孔道壓漿1天之后，兩者預拉力分別變?yōu)椋?93.1MPa和418.3MPa，平均減少52.1MPa，其損失占初始張拉應力的8.5%。即使計入傳力錨固后的預應力損失（按照鐵路橋規(guī)計算出的鋼筋松弛引起的預應力損失終極值的一半為8.2MPa，按照現(xiàn)行公橋規(guī)計算出的混凝土收縮徐變引起的預應力損失為4.9MPa），也達不到52.1MPa。因此這一損失可能是孔道壓漿后但預應力筋與混凝土之間尚未形成可靠粘結(jié)力這一期間預應力筋相對其張拉時刻的溫升所引起，而引起該相對溫升的原因可能是梁段混凝土及預應力筋孔道水泥漿體的水化熱。其它因素對豎向預應力損失的影響第23頁/共37頁圖11溫度測點布置（單位：cm）第24頁/共37頁圖12各測點水化熱溫度變化第25頁/共37頁圖13各測點水化熱溫度變化第26頁/共37頁圖14ANSYS計算模型第27頁/共37頁圖15測點2理論值與實測值比較

第28頁/共37頁圖16測點3理論值與實測值比較

第29頁/共37頁從中可以看出各測點的溫度變化規(guī)律趨于一致：（1）都經(jīng)歷了快速升溫－緩慢降溫－快速降溫－相對穩(wěn)定的四個階段；（2）在入模后10-20小時內(nèi)出現(xiàn)最高溫度，實測最高溫度為68.0℃，溫度升高近40℃，隨后以0.1-0.4℃/h的速率降溫；（3）在4-5天后各測點溫度趨于穩(wěn)定。此外還可以發(fā)現(xiàn)各理論值與實測值變化規(guī)律基本保持一致，在數(shù)值上相差不大，表明本文計算方法及各計算參數(shù)的取值是合理的，可以較為準確的模擬箱梁混凝土水化熱。根據(jù)大體積混凝土水化熱研究經(jīng)驗，水化熱溫度特性主要與水泥品種、配合比、溫控措施、外界溫度和塊體尺寸等多種因素有關(guān)，水泥用量越多、結(jié)構(gòu)尺寸越大，內(nèi)部的水化熱溫度越高。不同的混凝土結(jié)構(gòu)具有不同的溫度特性，但是，對于混凝土的溫度變化規(guī)律基本上都是一致的，因此本文采用以上計算方法及各計算參數(shù)，對東陽渡湘江大橋18#梁段的水化熱進行了模擬，同時還考慮了豎向預應力筋孔道灌漿，以此得到豎向預應力筋的溫度變化。第30頁/共37頁圖17梁段混凝土腹板溫度變化

第31頁/共37頁圖18梁段豎向預應力筋溫度變化

第32頁/共37頁從圖中可以看出，預應力鋼筋的溫度在灌漿后4小時達到最高，溫度上升17.6℃，隨后溫度開始下降，至灌漿后一天其溫度仍升高13.6℃，而此時管道內(nèi)的水泥漿已有較高的強度并和預應力筋粘結(jié)成整體，若鋼材的溫度線膨脹系數(shù)和彈性模量分別取為1.0×10-5/℃和2.0×105MPa，溫差為△t，則該損失為2△t，即豎向力損失達27.2MPa，與W2的實測值32.8MPa較為接近。值得提出的是，W2號豎向預應力筋與18號梁段的邊緣僅28cm，其周邊混凝土的水化熱較易傳遞到17號梁段，因此其周邊混凝土的溫升較W7號豎向預應力筋周邊混凝土的溫升要低，即W7號預應力筋的溫差△t會更大，其損失相應會更大；此外本文以上計算的箱梁腹板僅為50cm，而一般大跨預應力混凝土梁橋根部截面腹板厚度可達1m左右，其△t同樣會增大，造成的損失也會更大，可見這一損失不容忽視。第33頁/共37頁日照溫差對豎向預應力的影響圖19日照溫差對豎向預應力的影響（單位：MPa）

第34頁/共37頁錨具變形和鋼筋回縮引起的損失占豎向預應力總損失的比重較大。就所測試的預應力筋而言，該項損失的實測值約占全部預應力損失實測值的53.5%。對于采用后