[发明专利]缓粘结低回缩预应力短索体系及计算、张拉方法

说明书

一种缓粘结低回缩预应力短索锚固体系，包括：夹片式锚具、锚杯、支承螺母、第一垫板以及缓粘结预应力筋，在张拉端使用夹片式锚具的夹片将缓粘结预应力筋和锚杯结合在一起，再通过支承螺母和锚杯之间的螺纹咬合将张拉后的预应力传递至第一垫板。还提供一种该体系的设计计算方法及张拉方法，减少锚固回缩损失，解决灌浆质量问题。

技术领域

本发明涉及土木工程设计和施工技术领域，尤其涉及预应力混凝土桥梁的横向和竖向预应力施加。

背景技术

预应力混凝土桥梁的腹板裂缝集中在25°～45°之间，为结构性的主拉应力裂缝，主要出现在连续箱梁桥的边孔现浇段、L/4截面附近或者梁腹厚度变化区段。腹板斜裂缝随着时间的推移从支座附近不断向受压区发展，裂缝数不断增加，且裂缝区逐渐向跨中方向扩展。从裂缝的总体分布特征来看，此类裂缝多处于和腹板内主拉应力垂直的方向，基本可以确定为主拉应力超出混凝土抗拉极限强度导致的开裂。但从该类桥梁的检算结果来看，桥梁处于设计理想状态下，根据现行规范检算出的在最不利荷载组合效应下箱梁控制截面处的混凝土主拉应力值与混凝土的开裂强度还有一定差距。因此，预应力混凝土梁实际工作状态与理想设计状态的差别是箱梁腹板斜裂缝产生的主要原因。

此差别主要可分为两个方面：

(1)箱梁腹板竖向精轧螺纹钢锚固回缩损失过大

箱梁腹板产生斜裂缝最主要的原因在于竖向有效预应力不足，甚至在部分部位完全损失殆尽，与设计者期望达到的应力水平完全不符。目前在预应力混凝土箱梁桥中施加竖向预应力的方法主要为预应力用精轧螺纹钢。经过以预应力混凝土公路铁路桥为主的实际工程的使用、总结后发现，以精轧螺纹钢施加预应力的方法存在以下问题：

(a)精轧螺纹钢的强度较低，在控制应力不超过疲劳应力值的限制下，其可用预应力强度远不如钢绞线。

(b)精轧螺纹钢的螺距较大，在使用螺母锚固的过程中由于螺间咬合差较大、螺母垫板及垫板和砼体间缝隙压缩等原因，其放张后锚固回缩一般在3mm以上，相比于普通的预应力张拉虽有所减少，但其回缩绝对值仍不理想。

(c)综合以上两点原因还显现出螺纹钢在施加预应力后的伸长量较小，使得锚固回缩的长度在整根螺纹钢伸长量中占比较大的问题。

对此，有很多研究者做了精轧螺纹钢预应力损失的研究,研究者的重点放在通过加强施工管理和改进精轧螺纹钢的锚固方法上。另一些研究者给出了精轧螺纹钢预应力检测方法。

(2)竖向压浆质量不足

1985年l2月位于英国南威尔士Ynys-y Gwas桥发生倒塌，倒塌原因为预应力孔道灌浆质量不足，部分纵向钢绞线锈蚀。事后检查发现：38根纵向和横向预应力孔道中，有26根孔道符合设计标准，有12跟孔道存在不同程度的局部空洞或全空现象。

在国内，同样有预应力混凝土桥梁中灌浆不实的报道。钱江三桥发生事故后，国内研究人员对钱江三桥竖向预应力筋的压浆质量随机抽检了35根竖向预应力筋,结果表明:无浆 71.42％；不饱满占11.42％；开孔流水的占40％。

近年来，真空灌浆技术虽然得到了一定程度的推广，但是由于一座预应力混凝土箱梁桥上存在的竖向孔道一般为数百孔，且竖向压浆的难度本来就相对较大，若存在现场施工人员责任心不足、过于追求工程进度，则仍旧很难保证竖向预应力孔道的压浆质量。

为了追求箱梁的稳定性，近年来的发展趋势以宽箱薄壁为主导。目前大部分跨径在100m 以内的箱梁腹板厚度一般为从跨中40cm到支座处70cm左右，并配合横隔板以控制畸变。腹板的薄壁化趋势使得在竖向预应力筋存在的截面上由精轧螺纹钢及其孔道所占的比例增大。以一个50cm厚的腹板断面为例：若采用双排布置的d＝32mm的精轧螺纹钢施加竖向预应力，则需要两个至少为64mm的孔道，竖向孔道面积占截面面积的25％左右。若考虑到纵向孔道也会通过此截面，则该比例还会进一步增加。