连续梁大直径预应力钢棒试验研究.pdf

研究探讨
连续梁大直径预应力钢棒试验研究
陈俊:山西省吉河高速公路建设管理处,高级工程师,山西临汾,041000
李明:中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,高级工程师,北京,100081
肖祥淋:中国铁道料学研究院铁道建筑研究所,助理研究员,北京,100081
张宇胜:中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,高级工程师,北京,100081
朱希同:中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,助理研究员,北京,100081
摘要:针对预应力混疑土连续梁竖向预应力体
系所存在的张拉力损失大、钢筋耗材多的情况,
对钢筋的材质和工艺进行分析试验,研制强度为
1570MPa级别、直径为22mm的预应力钢棒。通过
室内试验,对比预应力钢棒与精轧螺纹钢的张
拉锚固损失、锚固回编量;通过现场应用试验,
测试分析2种预应カ体系的有效张拉力水平。研
究表明,预应力钢棒体系的有效张拉力为精轧螺
纹钢筋的0.95~1.02倍,其受力及国性能较统,拟取代传统的竖向精轧螺纹钢筋,用以控制梁体
好,可替代精轧螺鈫钢觞体系;采用预应力钢棒横、竖向裂缝的产生,提高结构的安全性和耐久性。
原位替代精轧螺纹钢筋可节约59%钢材用量
关键技术
关键词:预应力;钢棒;大直径;连续梁
目前,国内外预应力钢棒在工程使用规格中最
中图分类号:U44
文献标识码:A
大直径为14mm,强度为1420MPa。研究开发直径为
文章编号:1001-683X(2016)01-0061-06
22mm、强度为1570MPa级别的大直径预应力钢棒(简
称钢棒)及配套的锚固张拉技术,采用螺母型锚具实现预
应力锚固。钢棒在我国公路中的应用尚属空白,国外也无
0引言
相应的技术资料可借鉴,其技术难点及关键技术如下
(1)钢棒的强度不小于1570MPa,又必须葆有相
大跨度预应力混凝土梁通常在箱梁腹板部分施加对较高的韧性。应确保合理的合金成份和微量合金元素
竖向预应力以提高结构的抗剪性能。目前,箱梁腹板竖的配置,提高淬火敏感性。
向预应力体系主要以精轧螺纹钢筋为主,由于其螺纹粗
(2)在螺纹成型方面,采用挤压成型的方式形成相
糙且与张拉设备不配套,预应力筋张拉后的有效预应力应螺纹,是一种无屑加工方法,由于不切断纤维组织,对
难以准确控制。另外,精轧螺纹钢筋的设计成力较低,母材的强度损失小,对于重复荷载的抗疲劳性较好。
存在钢筋材料耗贯多、预应力损失大、施工质量不易控
(3)确定锚固螺母与钢棒的连接采用普通细牙螺
制等弊端。因此,研究高强度的预应力钢棒及其锚固系纹,确定螺纹齿高、螺距的合理参数,使螺纹具有抗剪
基金项目:山西省交通建设科技项目(14-2-05)
HI/NA RAILN/AY2010の1ン2B
研究探讨
连续梁大直径预应力钢棒试验研究陈俊等
强度高、螺纹副间隙小等特点,钢棒应具有低回缩锚固度大直径预应力钢棒进行室内试验。通过张拉和锚固试
性能。
验,掌握2种预应力体系的受力和变形特征。
2材质分析
4.1试验对象
室内试验的2种预应力筋基本参数见表2。
预应力钢棒母材应具有高强度和可塑性。目前国
表2试验对象基本参数
内普遍选用含碳量偏低的中碳低合金钢热轧盘条为原
钢棒
纹筋
料,以Si、Mn系列钢为主,含碳量为0.25%~0.40%
为主。我国生产钢棒的钢种有:25 Mnsiv、27 MNSIB、
公称直径/mm
20Si2Cr、30 Mn SINB、37 SIMNMO y、30MnSi、
极限抗拉强度/MPa
1570
30 Mnsiv、40MnSi、45Si2Cr等。通过原材料分析和既有
螺纹间距/rmwm
16.0
预应力钢棒的施工现场使用情况调研,研制目标强度为
紋高度/m
0,5
1570MPa级钢棒最终选用455i2Cr母材进行生产试制
螺纹工艺
辊丝成型
热轧成型
其主要化学成分含量见表1。
表1钢棒试制材料主要元素含量
%4.2试验设备
试验设备包括钢制反力架、穿心筒式测力传感器、
张拉油泵、千斤顶、工装配件等
0.430
0.470
0.380
0.008
0.005
4.3张拉荷载
张拉试验,螺纹筋、钢棒的最大荷载分别为极限抗
3工艺分析
拉强度的85%、80%。
钢棒螺纹处强度应达到毋材强度的95%以上,采4.4试验结果
用挤压成型的螺纹成型方式。对于滚压方式的选择,有
分别对7组螺纹筋、4组钢棒进行室内张拉、锚固试
搓丝板加工和滚丝轮加工2种方式。搓丝板加工设备调验,结果表明:め32mm螺纹筋、22mm钢棒张拉至
整复杂,精度较低,使用寿命差;滚丝轮加工精度高,试验控制应力条件下,锚固前后的张拉力损失平均值分
安装调整方便。因此,选用滚丝轮加工的方式挤压螺别为8.3%、3.0%(见图1),锚固回缩量最大值分别为
纹
1.40mm、0.84mm(见图2);钢棒锚間时的张拉力损失
钢棒的张拉力最终通过锚固螺母传递到锚墊板上,及对应锚固回缩量明显低于螺纹筋,钢棒的受力及锚固
锚固螺母承受全部张拉力,锚固体系应具有足够的强度性能较好。
和可靠性。在钢棒张拉锚固体系的试制过程中,主要研
5现场试验
究锚固螺纹的型式、齿高、螺距,以及螺母的结构尺
寸、热处理工艺等,确保锚固体系的性能符合要求。
2014年,山西省交通运输斤设立科研课题,对预
通过研究分析,确定锚固螺母与钢棒的连接采用应力钢棒的应用技术进行研究。试验依托吉县一河津
普通细牙螺纹,该螺纹自锁性能好,抗剪强度高,螺纹高速公路清川河特大桥工程(见图3)。试验桥梁全长
副的间隙小,螺纹牙根处有较大的圆角,可减小应力集318m,结构形式为(60+2x95+60)n预应力混凝土连
中。经试验验证,最终确定螺纹齿高为0.5mm;为减小续刚构桥,按左右炳幅设计;上部结构为变截面连续
钢棒的回缩损失,螺母采用2.0mm的螺距,钢棒滚丝成箱梁,截面高度按1.6次抛物线变化,单幅桥面顶板宽
型后的齿型为M22x1.5
12.25m,底板宽7m,采用悬臂浇注法施工,悬臂共划
4室内试验
分12节段;下部结构为等截面双薄壁实体墩,最大墩高
71m,桥台采用肋板台,基础为钻孔灌注桩基础。设计
现场试验前,对工程用竖向预应力螺纹筋和高强荷载为公路1级。
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CH/ NA RA/∥WHY201607