大跨預(yù)應(yīng)力NSC-UHPC連續(xù)混合箱梁橋新體系試驗(yàn)與理論研究

大跨PC梁橋普遍存在開裂和下?lián)蟽纱箅y題，至今未有效解決，已成為制約其發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸。申請者針對自重過大、混凝土抗拉強(qiáng)度低和徐變效應(yīng)明顯三個(gè)病害根本成因，基于UHPC超強(qiáng)、耐久、徐變小的優(yōu)異性能，研發(fā)跨中區(qū)段采用UHPC薄壁箱梁的大跨預(yù)應(yīng)力NSC（常規(guī)混凝土）-UHPC連續(xù)混合箱梁橋新體系。申請者從大跨UHPC-PC連續(xù)混合箱梁橋分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)、預(yù)制UHPC梁段的預(yù)應(yīng)力 螺栓連接組合接縫的抗彎性能、UHPC-RC組合結(jié)構(gòu)界面抗剪性能、UHPC作為NSC之間濕接縫時(shí)組合結(jié)構(gòu)的受力性能以及UHPC-RC組合結(jié)構(gòu)的抗彎性能等五個(gè)方面進(jìn)行了課題的研究。研究結(jié)果表明項(xiàng)目組充分利用了UHPC的優(yōu)良性能，實(shí)現(xiàn)裝配式橋梁跨中梁段輕型化和抗裂性能、耐久性的大幅提高，并通過降低應(yīng)力水平來減小混凝土梁段徐變變形，有效解決PC梁橋自重過大、主跨過度下?lián)虾土后w開裂等難題，項(xiàng)目組提出的預(yù)制UHPC梁段間預(yù)應(yīng)力 螺栓連接鍵齒接縫的接縫連接形式可以保證結(jié)構(gòu)的安全可靠，驗(yàn)證了UHPC-RC結(jié)構(gòu)界面具有良好的抗剪粘接性能能夠確保UHPC層與混凝土結(jié)構(gòu)共同承受荷載，證明了預(yù)制拼裝普通混凝土構(gòu)件現(xiàn)澆UHPC接縫的可行性和優(yōu)越性，且UHPC層可以使原RC結(jié)構(gòu)正常使用狀態(tài)得到大幅改善。申請者提出了與研究課題相關(guān)的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算理論，為該技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程提供了技術(shù)指導(dǎo)和試驗(yàn)結(jié)果支撐。本項(xiàng)目以解決大跨PC梁橋主跨過度下?lián)虾土后w開裂為基本目的，系統(tǒng)開展大跨預(yù)應(yīng)力UHPC-NC連續(xù)混合箱梁橋新體系的基礎(chǔ)性研究，有望將這種新型梁橋的跨徑拓展至350m。項(xiàng)目研究面向混凝土梁橋大跨、安全、經(jīng)濟(jì)、耐久的重大需求，具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。 2100433B

大跨PC梁橋普遍存在開裂和下?lián)蟽纱箅y題，至今未有效解決，已成為制約其發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸。申請者針對自重過大、混凝土抗拉強(qiáng)度低和徐變效應(yīng)明顯三個(gè)病害根本成因，基于UHPC超強(qiáng)、耐久、徐變小的優(yōu)異性能，研發(fā)跨中區(qū)段采用UHPC薄壁箱梁的大跨預(yù)應(yīng)力NSC（常規(guī)混凝土）-UHPC連續(xù)混合箱梁橋新體系。前期研究表明，新體系具有自重輕、徐變變形小、材料抗裂性高、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，能綜合解決上述兩個(gè)難題、并擴(kuò)展橋梁跨徑至350m。項(xiàng)目結(jié)合理論、試驗(yàn)和數(shù)值方法完成以下基礎(chǔ)性工作：探明NSC-UHPC混合梁橋合理構(gòu)型，掌握整體結(jié)構(gòu)及UHPC箱梁的基本力學(xué)性能與分析理論，提出混合主梁的防止開裂和下?lián)显O(shè)計(jì)方法，研究UHPC-NSC、UHPC-UHPC梁段新型連接的靜力與疲勞性能，建立完備的UHPC-NSC混合梁橋設(shè)計(jì)方法和計(jì)算理論。項(xiàng)目成果將為解決大跨PC梁橋發(fā)展的重大需求－控制開裂和下?lián)希於ㄔ瓌?chuàng)性的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1950 年世界上第1座采用節(jié)段懸澆施工和后張預(yù)應(yīng)力的箱梁橋，德國主跨62m的Balduisntein橋的竣工，標(biāo)志著預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋進(jìn)入大跨徑時(shí)期，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋以其良好的結(jié)構(gòu)性能和優(yōu)美的外形在世界各地得到了廣泛的應(yīng)用，主跨已達(dá)301m。但是近年來，隨著跨度增長，主梁的下?lián)蠁栴}日益突出，嚴(yán)重影響到這一橋型的繼續(xù)發(fā)展。其主梁下?lián)系奶攸c(diǎn)表現(xiàn)為：

（1）撓度長期增長增長率隨時(shí)間可能呈加速、降低或保持均速變化的趨勢；

（2）結(jié)構(gòu)的長期撓度遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)計(jì)算的預(yù)計(jì)值。世界一些典型大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的下?lián)锨闆r不但說明國內(nèi)外普遍性地存在主梁下?lián)系膯栴}，而且也從一個(gè)側(cè)面表明大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的長期下?lián)系拇_是體系上存在缺陷，不同地域造成的材料與環(huán)境的差別、施工質(zhì)量的差別等特定因素不是造成下?lián)系谋厝辉颉?

主要原因分析：

（1）混凝土收縮徐變 (包含箱梁斷面構(gòu)件不同厚度導(dǎo)致的收縮差異影響、交通荷載和溫度變化引起的反復(fù)荷載效應(yīng)、施工接縫的影響、環(huán)境溫度與濕度的變化等)；

（2）對預(yù)應(yīng)力長期損失估計(jì)偏低；

（3）混凝土的開裂；

（4）施工方法 (特別是合龍方式)導(dǎo)致的不利的成橋應(yīng)力狀態(tài)。

連續(xù)跨環(huán)形預(yù)應(yīng)力梁施工工法適用范圍

《連續(xù)跨環(huán)形預(yù)應(yīng)力梁施工工法》適用于圓形預(yù)應(yīng)力混凝土儲倉、體育館，圓形市政工程等的施工；水工壓力隧洞、壓力井的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

連續(xù)跨環(huán)形預(yù)應(yīng)力梁施工工法工藝原理

《連續(xù)跨環(huán)形預(yù)應(yīng)力梁施工工法》的工藝原理敘述如下：

1、在同一塊開有相同但錐孔方向相反的錨板上，通過變角張拉裝置，利用夾片將鋼絞線的首尾錨固在該錨板上。通過鋼絞線張拉變形擠壓管道壁，使結(jié)構(gòu)環(huán)受到徑向分布的擠壓力和切向拖曳力，從而使結(jié)構(gòu)截面形成環(huán)行的預(yù)應(yīng)力。

2、采用預(yù)應(yīng)力環(huán)形梁結(jié)構(gòu)，通過預(yù)應(yīng)力梁的順序張拉，對建筑物起到加箍的作用，使建筑物形成一個(gè)整體，承受上部斜柱、看臺傳遞的荷載，使主體結(jié)構(gòu)安全順利地建成。

連續(xù)跨環(huán)形預(yù)應(yīng)力梁施工工法施工工藝

• 工藝流程

《連續(xù)跨環(huán)形預(yù)應(yīng)力梁施工工法》的施工工藝流程：

施工準(zhǔn)備→鋼絞線下料→波紋管矢高放線→焊波紋管支撐筋→穿波紋管并連接鋼絞線先穿束→安泌水管、壓板→焊長拉端、固定端錨墊板→澆灌混凝土→預(yù)應(yīng)力筋張拉→孔道灌漿→切割端頭鋼絞線→細(xì)石混凝土封端頭。

• 操作要點(diǎn)

《連續(xù)跨環(huán)形預(yù)應(yīng)力梁施工工法》的操作要點(diǎn)如下：

一、鋼絞線下料

下料長度根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場實(shí)際測量尺寸下料，下料切割采用砂輪切割機(jī)進(jìn)行。

二、安裝

先在預(yù)應(yīng)力梁中與箍筋焊接架力筋（支撐波紋管）用綁扎絲固定到位。使波紋管曲線平滑無疊痕。在振搗時(shí)應(yīng)避開與波紋管接觸。焊接制作張拉端，固定端埋件，穿束（鋼絞線），設(shè)備就位于固定端進(jìn)行擠壓，使擠壓錨具牢固的與鋼絞線通過擠壓成一體，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求固定端錨固，安裝泌水管對管端封堵好。

三、預(yù)應(yīng)力張拉

1.張拉前準(zhǔn)備工作：在施工預(yù)應(yīng)力梁端頭搭設(shè)2米×2米操作平臺，護(hù)欄高度1.2米左右。要求預(yù)應(yīng)力混凝土梁試驗(yàn)報(bào)告，其強(qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)要求，方可張拉。

2.根據(jù)設(shè)計(jì)張拉控制應(yīng)力超張拉5%，分五級張拉。

3.第一級：10千牛（初值）；第二級：20%的張拉控制應(yīng)力；第三級：40%張拉控制應(yīng)力；第四級：80%的張拉控制應(yīng)力；第五級：100%的張拉控制應(yīng)力；超張拉至105%的張拉控制應(yīng)力保持2分鐘后進(jìn)行錨固。

4.預(yù)應(yīng)力梁為2孔每孔8根鋼絞線，張拉為單端張拉。張拉時(shí)每段按順序依次張拉，每段張拉次序見下圖。預(yù)應(yīng)力梁張拉端部張拉時(shí)應(yīng)隨時(shí)對比實(shí)際伸長值與理論計(jì)算值之間的誤差，按張拉為主實(shí)際伸長值與理論計(jì)算值雙控的原則進(jìn)行。

5.預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)應(yīng)嚴(yán)格做好張拉記錄。

6.張拉結(jié)束，核對數(shù)據(jù)無誤，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，可將張拉錨固端頭多余力筋切除，切除時(shí)用砂輪切割機(jī)（不可用氧焊、電焊切割端頭），留頭不少于3厘米，然后按要求用細(xì)石混凝土封閉錨頭。

7.孔道灌漿：灌漿前先將清水灌入孔道內(nèi)，將攪拌好的水泥濃漿用灌漿機(jī)壓入孔道內(nèi)，使端部出濃漿分三次加壓即可，灌漿時(shí)隨機(jī)取試件樣。

• 勞動力組織

《連續(xù)跨環(huán)形預(yù)應(yīng)力梁施工工法》的勞動力組織情況見下表。

第1章　緒論

1．1　預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的發(fā)展概況

1．2　預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的特點(diǎn)

1．3　預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋裂縫問題

第2章　裂縫分類與成因

2．1　按裂縫產(chǎn)生的外因分類

2．2　按裂縫的力學(xué)特性分類

2．3　按裂縫發(fā)生的部位分類

第3章　箱梁橋開裂的敏感性因素分析

3．1　平面計(jì)算和空間計(jì)算的分析比較

3．2　豎向預(yù)應(yīng)力

3．3　縱向預(yù)應(yīng)力

3．4　溫度梯度模式

3．5　容許主拉應(yīng)力

3．6　收縮徐變效應(yīng)

第4章　箱梁橋設(shè)計(jì)方法與構(gòu)改進(jìn)

4．1　設(shè)計(jì)方法

4．2　縱向預(yù)應(yīng)力束設(shè)計(jì)

4．3　比擬法的應(yīng)用

4．4　箱梁橋尺寸設(shè)計(jì)

4．5　配筋設(shè)計(jì)及合理布置

4．6　驗(yàn)算與控制

第5章　施工、養(yǎng)護(hù)及其改進(jìn)措施

5．1　施工控制

5．2　養(yǎng)護(hù)策略

第6章　工程實(shí)例

6．1　實(shí)例Ⅰ

6．2　實(shí)例Ⅱ

6．3　實(shí)例Ⅲ

6．4　實(shí)例Ⅳ

6．5　實(shí)例Ⅴ

6．6　國外同類橋梁的設(shè)計(jì)計(jì)算思路簡介

第7章　結(jié)論與建議

7．1　總體布置

7．2　計(jì)算與設(shè)計(jì)

7．3　裂縫控制措施

參考文獻(xiàn)

致謝