CN107938517B - 一种斜拉桥预应力混凝土梁环锚施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种斜拉桥预应力混凝土梁环锚施工方法，应用于斜拉桥主梁中跨段的合拢，主要包括步骤：预埋环锚张拉槽口、安装预应力管道、浇筑梁段、安装钢绞线和锚具、张拉机具安装、预应力实施、浇筑环锚张拉槽口管道压浆。本发明的核心在于采用双向环锚连接钢绞线，实施双向预应力，采用双向环锚预应力锚固方式在预应力混凝土斜拉桥施工中尚属首次，该方法简单实用，降低了施工风险，减少了预应力失效的风险，提高了结构的耐久性。

Description

一种斜拉桥预应力混凝土梁环锚施工方法

技术领域

本发明涉及一种斜拉桥预应力施工技术领域，具体涉及一种斜拉桥预应力混凝土梁施工方法。

背景技术

混凝土梁预应力的施加，在50年代末期，我国首次采用粗钢筋电热法对圆形贮池(罐)施加预应力；60年代中期，开始应用绕丝预应力，随着大型筒仓等圆形建筑的出现，绕丝预应力已难于满足要求。我国珠江水泥厂生熟料库首次成功采用大吨位钢绞线束。后来，有粘结和无粘结环形后张预应力技术广泛应用在筒仓、蓄水池、污水消化池、核电站安全壳、电视塔等特种结构中。

对于斜拉桥，随着时代的进步，设计出了一系列质量指标较高的中央索面斜拉桥，中央索面斜拉桥通常采用混凝土箱梁作为主梁，混凝土箱梁除了承受弯曲应力外，还需要承受来自斜拉索的拉力。斜拉桥需要的纵向预应力大，边跨合拢段和中跨合拢段一般采用钢绞线施加预应力合拢，合拢段预应力可以采用普通连接器连接，中跨合拢段目前一般采用在齿板上施加预应力锚固方式，施工复杂，质量难以控制。另外，现有的锚固方式都是一般都是在钢绞线的单端或者两端张拉，并不能用同一个锚具同时将两端的梁拴住，相向靠拢。

发明内容

为此，本发明着力于解决上述现有技术之不足，提供一种斜拉桥预应力混凝土环锚施工方法，应用于斜拉桥主梁中跨合拢段，减少了梁体开裂和预应力失效的风险，提高了梁体结构耐久性。

本发明解决以上技术问题所采取的技术方案如下：一种斜拉桥预应力混凝土梁环锚施工方法，应用于斜拉桥主梁中跨段合拢，包括如下步骤：

第一步：预埋环锚张拉槽口，在主梁中跨左、右两梁段任一段浇筑前预留出张拉槽口；

第二步：安装预应力管道，在主梁中跨左、右两梁段浇筑前预留出钢绞线安装的预应力管道；

第三步：浇筑主梁中跨左、右两梁段，预留出环锚张拉槽口的位置不浇筑；

第四步：安装钢绞线和锚具，在主梁中跨左、右两梁段浇筑完毕后，在环锚上双向安装钢绞线，双方向钢绞线一端分别固定，另一端在环锚张拉槽口中交会于环锚上，相向穿行，穿出环锚后预留长度，一方向钢绞线作为锚固端钢绞线，另一方向钢绞线作为张拉端钢绞线；

所述环锚游离于所述环锚张拉槽口中；

第五步：张拉机具安装，所述张拉工具中包括偏转器，将张拉端钢绞线引出所述环锚张拉槽口；

第六步：预应力实施和控制；

第七步：预应力施加完毕，撤掉张拉工具，浇筑环锚张拉槽口，管道压浆，梁体整体完成。

其中所述的环锚，包括一环锚本体，在环锚本体上设置有锚接孔，所述锚接孔在环锚本体上对称双方向开设，所述锚接孔中穿接所述钢绞线。

进一步地，在一方向上的所述锚接孔为斜向孔，在另一方向上的所述锚接孔为平行孔；或者，在双方向上的所述锚接孔均为平行孔；再或者，在双方向上的所述锚接孔均为斜向孔。

还进一步地，各方向上的所述锚接孔至少有两个，围绕所述环锚本体的中心对称设置。

其中的所述环锚张拉槽口，是由钢板围制成的。

进一步地，所述环锚张拉槽口，由四片钢板围成一方槽，上方开口，槽中游离放置所述环锚；所述方槽的四周外壁上焊接有钢筋环；所述方槽在钢绞线连接方向上预留有穿线孔，在穿线孔外端焊接有钢绞线约束环。

施工时，对于并排设置有多组左、右梁段的主梁中跨，所述环锚张拉槽***替设置在各组的左、右梁段上，即，如果第1个环锚张拉槽口设置在第1组梁的左梁段上，则第2个环锚张拉槽口设置在第2组梁的右梁段上，第3个环锚张拉槽口设置在第3组梁的左梁段上，依次类推。

施工时，先在合拢段梁外侧的固定梁中，用普通连接器锚具锚固钢绞线，然后将钢绞线从预应力管道穿进环锚张拉槽口中；在钢绞线穿进环锚之前，先在环锚锚接孔中套入夹片，然后将张拉端钢绞线先套入环锚，再反向将锚固端钢绞线套入环锚，最后将夹片打紧；所述锚固端钢绞线根据设计长度下料，所述张拉端钢绞线预留张拉工作长度；所述环锚安装位置根据预估的锚具移动量再向前增加一定富余量，所述富余量按10-15cm预留。

施加预应力时，钢绞线张拉采用双控工艺，为张拉力和伸长量双控，其中伸长量需要控制锚固端钢绞线的伸长量Lm和张拉端钢绞线伸长量Lz，千斤顶端钢绞线的伸出量Ld按下式计算：

Ld＝Lm+Lz

采用线性回归分析伸长量与张拉力的线性关系。

进一步地，在张拉工具初装时千斤顶张拉至设计吨位的10％，实际操作时在张拉力为设计吨位的20％、40％、60％、80％、100％时量取伸长量，分别持荷2分钟。

采用环锚预应力锚固方式在预应力混凝土斜拉桥施工中尚属首次，该方法简单实用，降低了施工风险，减少了预应力失效的风险，提高了结构的耐久性，该施工和设计方法赢得了行业认可，在布拉柴桥梁建设市场取得了较好的社会效益。

与现有技术相比，本发明显著的有益效果体现在：

1.本发明合拢段预应力采用环锚锚固，替代了传统的合拢段齿板锚固方式，减少了梁体开裂和预应力失效的风险，提高梁体结构耐久性。

2.避免了齿块施工和齿块异型模板的加工，降低施工难度。

3.由于做偏转牵引，张拉简便，直接可以在桥面进行张拉工作，减小在梁底施工的操作难度和施工风险。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明提供的环锚锚具的侧面观示意图；

图2为图1中的A-A剖视图；

图3为本发明提供的环锚张拉槽口示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为环锚在张拉槽口中的安装示意图；

图6为斜拉桥预应力混凝土梁环锚施工方法流程图；

图7为锚具在斜拉桥主梁合拢段各梁段的布置图；

图8为张拉工具施工图；

图9为张拉力与钢绞线实际伸长量的线性回归关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本施工方法适用于斜拉桥混凝土梁合拢段预应力***，混凝土梁中预埋钢绞线施加预应力的情形，本方法的工艺原理是，利用一种特制的环锚锚具将合拢段两端的混凝土梁梁体中的钢绞线进行连接，相互拉拢，同时在两段梁上施加预应力，属于一种新型后张预应力混凝土技术。

在介绍本发明施工方法之前，先介绍一下使用的新型环锚结构：

如图1、图2所示，一种环锚1，包括一环锚本体11，在环锚本体11上设置有锚接孔12，所述锚接孔12贯通于所述环锚本体11的整个厚度方向。

锚接孔12可以是由一段直孔段121和一段锥孔段122组成的锥形孔，进一步地，可在锚接孔两端设置工艺扩孔123。直孔段121与锥孔段122自然衔接，锥孔段122的锥度为1:10～1:30，优选1:20，小端衔接于直孔段121。一般来讲，在整个锚接孔长度上，直孔段121和锥孔段122大约各占一半长度，或者锥孔段小于直孔段。

锚接孔12也可以是一等直径的柱形孔。

本发明提供的这个环锚，其特点就是在预应力钢绞线锚接中，该环锚可用于双向钢绞线连接，所以锚接孔12在环锚本体11上是双方向开设的，即钢绞线既可以从环锚的正面穿入，也可以从环锚的背面穿入(正面、背面均指厚度方向)，两个方向的钢绞线可以相互为作用力施加预应力使两个合拢段靠拢。所以对于环锚上的锚接孔12，应有双方向布置，其中锥孔段122应开设在环锚上的钢绞线穿出端，在穿出端锥孔段122为逐渐扩孔形，直至端面。

在环锚本体11上双方向上各可以设置多个这样的锚接孔12，如在一实施例中，可以设置双向8个、单向4个这样的锚接孔。较佳的是，双方向的锚接孔数量最好一致，并且，每一方向的锚接孔要相对于环锚本体11中心对称布置。

从锚接孔12的开孔角度来讲，锚接孔12的轴线可以与环锚本体11厚度方向的中心线平行(称为平行孔)，也可以与环锚本体11厚度方向的中心线成一定角度(称为斜向孔)，双方向的锚接孔既可以同时为斜向孔，也可以同时为平行孔，还可以一方向是斜向孔，另一方向是平行孔，只要两个方向在张拉时相互不干涉就可以。

同一方向的锚接孔要尽量对称分布于所述环锚本体11上，包括斜向孔的倾斜方向也要对称，这样才能使得环锚体受力均匀，各条钢绞线的拉力才能均匀。

进一步地，对于斜向的锚接孔，在钢绞线穿出端(有锥形孔的这一端)的端面a上，修出一斜度，使该斜面与斜向的锚接孔的中心线垂直，目的是保证锥形孔自身的轴对称性，以便于安装钢绞线环夹。

锚接孔中都可以设置弹性环夹用于夹住钢绞线；在孔的端部也都可以设置安装压头。

由于要实现双向钢绞线预应力施加，所以本发明使用该环锚在斜拉桥主梁中跨合拢段预应力施工中，环锚并不是固定的，随着预应力的施加，环锚会移动，所以必须设置环锚张拉槽口提供该游离空间，同时保护环锚。预留的环锚张拉槽口也是本发明的一个特点。

环锚张拉槽口的结构如图3、图4所示，环锚张拉槽口2采用钢板制作，尺寸需要根据环锚尺寸和环锚移动量确定。环锚张拉槽口2由四片钢板围成一方槽21(正方或长方都行)，槽中用于容纳环锚1；方槽21的四周外壁上焊接若干个钢筋环22，用于加强在混凝土中的连接强度，防止槽口变形；方槽21在钢绞线连接方向上预留有穿线孔，在穿线孔外端焊接有约束环23(见图4)，钢绞线3从外部穿过约束环23及穿线孔进入到槽口中，与环锚1连接。

如图5所示，施工时在混凝土梁梁体上预埋出环锚槽口，穿好钢绞线的环锚1置于环锚张拉槽口2中，环锚双方向连接钢绞线3，每一方向的钢绞线一端连接在环锚1中，另一端穿出环锚张拉槽口2连接到已浇筑梁体上；然后无论牵引任何一方向的钢绞线，都可以使两端的梁体相互靠拢。

本发明特用于斜拉桥中跨合拢段混凝土梁预应力体系，其施工工艺及操作要点如下，见图6所示：

本发明特用于斜拉桥中跨合拢段混凝土梁预应力体系，其施工工艺及操作要点如下，见图6所示：

第一步：预埋环锚张拉槽口。在预应力梁浇筑前先预埋如上所述的成型环锚张拉槽口，在中跨梁合拢中，对于两段中跨合拢段，无论张拉槽口设置在哪一段梁段上都可以。

进一步地，对于有并排设置多组梁段的合拢(一组中包含左、右两梁段)，最好是在各组梁段上交替设置槽口，举例如图7所示，在中跨梁合拢中，有并排设置的多组梁段(共有12组)共同合拢，每一组梁段中都需要设置一组钢绞线(左、右双方向)，这就需要平行地设置多组钢绞线，对应地也应设置多个张拉槽口，此时，第1组钢绞线张拉槽口可以设置在1#梁段上，而第2组钢绞线张拉槽口，则应设置在2#梁段上，对于第3组钢绞线张拉槽口，再设置在1#梁段上，依此类推，这样可以保证整个中跨梁的钢绞线连接点处于不同断面，符合梁体结构设计要求。

第二步：安装预应力管道。预应力管道衔接在环锚张拉槽口外侧的约束环上，预应力管道安装按照常规方法施工即可，在此不做过多限制。

第三步：浇筑合拢段。将中跨梁左、右两梁段都浇注混凝土成型，其中预留出环锚张拉槽口的位置和预应力管道的位置不要浇注。浇筑梁段混凝土时用土工布对槽口填塞，防止混凝土堵塞槽口。

第四步：钢绞线和锚具安装。钢绞线在合拢段浇筑完毕后安装，在环锚上双向安装钢绞线，可将一方向钢绞线作为锚固端钢绞线(不做张拉工作)，另一方向钢绞线作为张拉端钢绞线(做张拉工作)，锚固端钢绞线根据设计长度下料，张拉端钢绞线需要额外增加张拉工作长度。

施工时，先在合拢段梁外侧的固定梁(顶板索)中，用普通连接器锚具4(见图7)锚固钢绞线，然后将钢绞线从预应力管道穿进环锚张拉槽口中；张拉端和锚固端钢绞线都穿至环锚张拉槽口中在环锚上交会，张拉端钢绞线和锚固端钢绞线在本发明环锚锚具上相向穿行，分别穿进对应的锚接孔中；然后将穿好钢绞线的环锚放置于环锚张拉槽口中。

进一步地，在钢绞线穿进环锚之前，可先将环锚锚接孔中套入夹片，然后将张拉端钢绞线先套入环锚，再反向将锚固端钢绞线套入环锚，最后将夹片打紧，完成锚具安装，如图5所示。

环锚安装位置可根据预估的锚具移动量L再向前增加一定富余量(见图5)，富余量按10cm左右考虑，大约10-15cm基本满足。环锚测量移动量理论上可视为固定端钢绞线的伸长量，可通过测量环锚移动量来复核钢绞线伸长量。

第五步：张拉机具安装。依次安装限位器5、偏转器6、转接器7、延长筒8、千斤顶9和工具锚10等，可在张拉前张紧千斤顶，使千斤顶处于受力状态，张拉力不超过设计吨位的10％，安装图如图8所示。

将张拉端钢绞线穿出环锚后，依次穿过限位器5、偏转器6、转接器7、延长筒8、千斤顶9和工具锚10，然后在千斤顶上施力就可拉紧钢绞线。

限位器5、偏转器6、转接器7、延长筒8、千斤顶9和工具锚10等这些工具仅用于施加预应力，预应力施加完后这些工具都将撤掉。

进一步地，为避免环锚张拉槽口对上述这些工具的安装限制(毕竟槽口尺寸有限)，本发明采用偏转器6将钢绞线牵引出槽口施加预应力。如图8所示，所述偏转器6为一带有一定弯曲度的穿线器，它连接在限位器5和连接器7之间，目的是把钢绞线从槽口中引到外面。

第六步：预应力实施和控制。

采用本发明提供的环锚锚具基础上的钢绞线张拉控制采用双控工艺，为张拉力和伸长量双控，其中伸长量需要控制锚固端钢绞线的伸长量(Lm)，亦为锚具的移动量(夹片缩进量由于较小可忽略)；另外需要控制张拉端钢绞线伸长量(Lz)。锚固端钢绞线的伸长量(Lm)可以通过直接量取锚具的移动量进行记录和计算，张拉端钢绞线伸长量(Lz)可以通过间接量取千斤顶端钢绞线的伸出量(Ld)来计算，上述几个量通过如下表达式计算：

Ld＝Lm+Lz

根据理论伸长量计算公式，每束钢绞线的伸长量与张拉力为线性关系。可以采用线性回归分析对伸长量进行统计分析，并通过线性回归方程计算实际伸长量，如图9所示。

张拉工具初装时，千斤顶已经张拉至设计吨位的10％，实际操作时可分别在张拉力为设计吨位的20％、40％、60％、80％和100％时量取伸长量，持荷2分钟，然后根据5个点的数据计算得出线性回归方程Y＝aX+b，Y取值0和100％时，X值分别为L0和L6，则实际伸长量为△L＝L6-L0。张拉至控制力80％时可以预测100％时的伸长量，如果和设计伸长量有较大的偏差，则可以停止张拉并对偏差进行分析，查找分析原因以后再进行张拉，采取补救措施，减小出现张拉质量事故的概率。

以往现场张拉根据简单的计算公式即可计算出伸长量，如果采用线性回归的统计方法对伸长量进行分析，使得伸长量计算工作复杂化，不易现场计算控制，可以采用智能工具安装计算软件，使得计算变得极其简便。

第七步：浇筑环锚槽口和预应力管道。预应力施加完毕，撤掉张拉工具，浇筑环锚槽口和管道压浆，梁体整体完成。

本发明在预应力工程施工质量符合CCTG法国通用技术规范，原材料符合法标NF和欧盟EN标准。

具体实施例：

该工法应用于刚果(布)布拉柴沿河大道斜拉桥，项目位于刚果(布)布拉柴维尔市沿河大道，主桥为斜拉桥。斜拉桥主梁采用混凝土π型双边主梁，主梁部分位于半径为550m的圆曲线上，主梁长545m，主跨跨径为285m；主梁采用C55混凝土，主梁中心梁高2.3m，桥宽22.0m，桥面纵坡2％，顶面设置双向2.5％横坡。全桥共设置2个边跨合拢段和1个中跨合拢段，合拢段长度均为2m。

全桥纵向预应力钢绞线均采用连接器进行连接，两个边跨合拢段采用传统的齿板预应力锚固方式，而中跨合拢段采用了全新的本发明环锚锚固模式，按照上述方法施工。本工法采取了全新的预应力锚固形式，加快了施工进度，降低了施工风险，在本项目获得了巨大的成功。

Claims (3)

1.一种斜拉桥预应力混凝土梁环锚施工方法，应用于斜拉桥主梁中跨段合拢，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：预埋环锚张拉槽口，在主梁中跨左、右两梁段任一段浇筑前预留出张拉槽口；

第二步：安装预应力管道，在主梁中跨左、右两梁段浇筑前预留出钢绞线安装的预应力管道；

第三步：浇筑主梁中跨左、右两梁段，预留出环锚张拉槽口的位置和预应力管道的位置不浇注；

第四步：安装钢绞线和锚具，在主梁中跨左、右两梁段浇筑完毕后，在环锚上双向安装钢绞线，双方向钢绞线一端分别固定，另一端在环锚张拉槽口中交会于环锚上，相向穿行，穿出环锚后预留长度，一方向钢绞线作为锚固端钢绞线，另一方向钢绞线作为张拉端钢绞线；

所述环锚游离于所述环锚张拉槽口中；

第五步：张拉机具安装，所述张拉工具中包括偏转器，将张拉端钢绞线引出所述环锚张拉槽口；

第六步：预应力实施和控制；

第七步：预应力施加完毕，撤掉张拉工具，浇筑环锚张拉槽口，管道压浆，梁体整体完成；

所述环锚张拉槽口，由四片钢板围成一方槽，上方开口，槽中游离放置所述环锚；所述方槽的四周外壁上焊接有钢筋环；所述方槽在钢绞线连接方向上预留有穿线孔，在穿线孔外端焊接有钢绞线约束环；

施工时，先在合拢段梁外侧的固定梁中，用普通连接器锚具锚固钢绞线，然后将钢绞线从预应力管道穿进环锚张拉槽口中；

在钢绞线穿进环锚之前，先在环锚锚接孔中套入夹片，然后将张拉端钢绞线先套入环锚，再反向将锚固端钢绞线套入环锚，最后将夹片打紧；

所述锚固端钢绞线根据设计长度下料，所述张拉端钢绞线预留张拉工作长度；

所述环锚安装位置根据预估的锚具移动量再向前增加一定富余量，所述富余量按10-15cm预留；

施加预应力时，钢绞线张拉采用双控工艺，为张拉力和伸长量双控，其中伸长量需要控制锚固端钢绞线的伸长量Lm和张拉端钢绞线伸长量Lz，千斤顶端钢绞线的伸出量Ld按下式计算：

Ld＝Lm+Lz

采用线性回归分析伸长量与张拉力的线性关系；

所述环锚，包括一环锚本体，在环锚本体上设置有锚接孔，所述锚接孔在环锚本体上对称双方向开设，所述锚接孔中穿接所述钢绞线；

在一方向上的所述锚接孔为斜向孔，在另一方向上的所述锚接孔为平行孔；或者，在双方向上的所述锚接孔均为平行孔；再或者，在双方向上的所述锚接孔均为斜向孔；

各方向上的所述锚接孔至少有两个，围绕所述环锚本体的中心对称设置。

2.根据权利要求1所述的斜拉桥预应力混凝土梁环锚施工方法，其特征在于，对于并排设置有多组左、右梁段的主梁中跨，所述环锚张拉槽***替设置在各组的左、右梁段上，即，如果第1个环锚张拉槽口设置在第1组梁的左梁段上，则第2个环锚张拉槽口设置在第2组梁的右梁段上，第3个环锚张拉槽口设置在第3组梁的左梁段上，依次类推。

3.根据权利要求1所述的斜拉桥预应力混凝土梁环锚施工方法，其特征在于，在张拉工具初装时千斤顶张拉至设计吨位的10％，实际操作时在张拉力为设计吨位的20％、40％、60％、80％、100％时量取伸长量，分别持荷2分钟。