[摘要] 上海磁懸浮鐵路軌道梁預(yù)應(yīng)力施工分先張法和后張法,后張法采用HVM錨具,分兩次進行張拉。本文介紹
預(yù)應(yīng)力施工過程、錨具的選用及目前國內(nèi)較少采用的多孔頂壓錨固工藝。
上海磁懸浮工程為國家重點工程,既是國內(nèi)興建的首條磁懸浮鐵路,也將是世界上首次用于商業(yè)運營的磁懸浮鐵路。它東起上海浦東機場,西至龍陽地鐵站,全長約30km ,設(shè)計時速450kmPh ,總投資約90 億元。
1 軌道梁概況
磁懸浮列車主要依靠電磁力實現(xiàn)傳統(tǒng)鐵路的支承、導(dǎo)向和牽引功能,而實現(xiàn)這一功能的主要部件就是導(dǎo)向軌。導(dǎo)向軌主要由兩部分組成:
①導(dǎo)向軌的功能件,包括長定子、支承滑行軌及側(cè)向?qū)к?
②支撐結(jié)構(gòu),包括各種形式的軌道梁。
由于磁懸浮列車以高速度運行,同時要求列車通過時導(dǎo)向軌零撓度, 因此,對軌道梁幾何形狀精度和抗變形、抗震、抗裂等性能提出了高要求,并對梁體施工的實際狀況和測試結(jié)果予以評定。所以,在軌道梁中鋪設(shè)了大量的預(yù)應(yīng)力筋并進行張拉,以提高構(gòu)件性能。軌道梁的規(guī)格有12 、21 、24 、50m 梁,24m 梁中錨具及鋼絞線在梁上布置如圖1 所示。鋼絞線采用270 級高強低松弛鋼絞線,直徑15124mm ,每股公稱面積140mm2 ,標(biāo)準(zhǔn)強度1860MPa ,技術(shù)條件符合美國標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土用無涂層七絲鋼絞線技術(shù)條件》ASTMA416M298 和《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》GBP T522421995 的規(guī)定。后張預(yù)應(yīng)力錨具應(yīng)滿足《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》GBPT1437022000 規(guī)定的Ⅰ類錨具要求,嚴(yán)禁出現(xiàn)斷絲和滑絲。由于后張錨具是關(guān)鍵的受力件,其質(zhì)量和施工水平將直接影響梁中的應(yīng)力分布。為此,選用柳州海威姆公司生產(chǎn)的新型HVM15 系列錨具。該錨具采用計算機有限元技術(shù)對錨固件進行了受力分析, 通過研究夾片和錨板的尺寸配合關(guān)系,對原有的錨夾具錨固單元進行分析的同時,也采用同樣的邊界條件、單元劃分方法、荷載、單元類型對新設(shè)計的錨固單元進行分析。對比兩者的受力情況,特別是兩者鋼絞線的應(yīng)力集中程度,以選取優(yōu)化設(shè)計方案,使得錨具結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化,適應(yīng)性強,預(yù)應(yīng)力損失小,確保了工程質(zhì)量并提高了預(yù)應(yīng)力施工的安全性和可靠性。新型HVM15 錨具錨固單元有限元分析計算結(jié)果如圖2 所示,圖2 中左邊為鋼絞線的軸對稱單元, 中間為夾片單元,右邊為錨板單元。由圖2 可見,鋼絞線在夾片小端發(fā)生頸縮,說明錨具的錨固性能很好,可以達到很高的錨固效率系數(shù)。
2 施工過程
梁頂部和底部的成排鋼絞線為先張部分,中間4 束鋼絞線為后張部分。張拉施工前千斤頂和油表需到法定計量單位配套標(biāo)定,并取得相應(yīng)的標(biāo)定報告, 后張錨具還需做靜載試驗,合格后方可進行施工。
211 先張施工
將有內(nèi)模的鋼筋骨架綁扎好,并同時安裝好波紋管和螺旋筋,穿入鋼絞線后用吊車吊至預(yù)定位置, 準(zhǔn)備工作完成后按如下順序施工(見圖3) :
①將鋼絞線穿過端模板;
②用單孔連接器連接張拉臺架上的1 段鋼絞線;
③用4 臺臺架上的千斤頂對鋼絞線整體預(yù)緊;
④在臺架和油缸之間插入U 形鐵塊,4 臺千斤頂卸壓(上、下各2 臺) ;
⑤用前卡千斤頂逐根張拉至設(shè)計控制應(yīng)力;
⑥待混凝土達到一定強度后,千斤頂頂出,取出U 形鐵塊,緩慢卸壓,鋼絞線放松。
割掉梁端頭富余的鋼絞線(放張過程) 。
鋼絞線先張施工結(jié)束后澆注混凝土,然后蓋帆布蒸養(yǎng)約215d ,使混凝土強度達到設(shè)計強度的80 %左右,脫模后將預(yù)制梁從制梁車間移至外面的空地上進行后張施工。先張法張拉時, 梁與梁間用單孔連接器將鋼絞線連起來,3 片12m梁或2 片24m 梁即可同時張拉,大大加快了施工進度,并節(jié)省了張拉臺座和張拉設(shè)備,減輕了工人的勞動強度。
212 后張施工
21211 安裝波紋管、螺旋筋、錨墊板 因波紋管重量輕、體積大、運輸成本高,所以采用現(xiàn)場機器卷制金屬波紋管。波紋管安裝盡量按照圖紙要求,每隔一定距離用細鋼筋綁扎牢固,防止?jié)沧⒒炷習(xí)r管道上浮和偏位。當(dāng)波紋管與普通鋼筋相碰時,鋼筋可作適當(dāng)調(diào)整。波紋管安裝好后嚴(yán)禁焊接作業(yè),防止燒傷管壁造成漏漿,同時先將鋼絞線穿入波紋管中,避免萬一管道有少量漏漿時無法穿索的局面。錨墊板用螺栓固定在端模上,靠模時注意錨墊板與波紋管必須垂直。
21212 張拉、錨固 以圖1 所示的24m 梁為例,在后張施工中,軌道梁與以往預(yù)制梁不同的是:它先對下邊的2 束鋼絞線用11 孔錨具張拉到設(shè)計應(yīng)力,上邊的7 孔錨具及鋼絞線用膠帶紙粘好封住,防止鋼絞線腐蝕和雨水進入波紋管內(nèi),待混凝土的收縮徐變完成,即約2 個月后再進行張拉、灌漿。由于施工單位不同,采用了多孔頂壓錨固和限位板限位后夾片跟進自錨兩種錨固工藝。張拉控制應(yīng)力均為鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度的65 %左右(12 、24m 梁) 。張拉方式為4 臺千斤頂對2 束鋼絞線兩端同時張拉。張拉程序如下:開始→初應(yīng)力(011σcon ) →012σcon →015σcon → 控制張拉力(σcon ) →持荷2～5min →頂壓→放張錨固。多孔頂壓錨固方式采用YCW250B2200DY型多孔頂壓千斤頂進行后張施工。此類千斤頂在國內(nèi)較少運用,其原理如圖4 所示。主要參數(shù)如下:公稱張拉力2480kN ;公稱頂壓力240kN ;張拉行程200mm; 頂壓行程21mm; 公稱油壓54MPa ; 公稱頂壓油壓21MPa 。
與限位后夾片自動跟進的方法相比,頂壓錨固方法在實踐中更能減少夾片對鋼絞線的刮傷且安裝張拉設(shè)備的速度較快,但張拉不同孔數(shù)的錨具時需更換頂壓器,且較為笨重。采用2 種不同的錨固工藝,HVM錨具均能使鋼絞線回縮值滿足規(guī)范要求。
21213 灌漿 待預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后,立即進行孔道壓漿。
預(yù)應(yīng)力施工過程、錨具的選用及目前國內(nèi)較少采用的多孔頂壓錨固工藝。
上海磁懸浮工程為國家重點工程,既是國內(nèi)興建的首條磁懸浮鐵路,也將是世界上首次用于商業(yè)運營的磁懸浮鐵路。它東起上海浦東機場,西至龍陽地鐵站,全長約30km ,設(shè)計時速450kmPh ,總投資約90 億元。
1 軌道梁概況
磁懸浮列車主要依靠電磁力實現(xiàn)傳統(tǒng)鐵路的支承、導(dǎo)向和牽引功能,而實現(xiàn)這一功能的主要部件就是導(dǎo)向軌。導(dǎo)向軌主要由兩部分組成:
①導(dǎo)向軌的功能件,包括長定子、支承滑行軌及側(cè)向?qū)к?
②支撐結(jié)構(gòu),包括各種形式的軌道梁。
由于磁懸浮列車以高速度運行,同時要求列車通過時導(dǎo)向軌零撓度, 因此,對軌道梁幾何形狀精度和抗變形、抗震、抗裂等性能提出了高要求,并對梁體施工的實際狀況和測試結(jié)果予以評定。所以,在軌道梁中鋪設(shè)了大量的預(yù)應(yīng)力筋并進行張拉,以提高構(gòu)件性能。軌道梁的規(guī)格有12 、21 、24 、50m 梁,24m 梁中錨具及鋼絞線在梁上布置如圖1 所示。鋼絞線采用270 級高強低松弛鋼絞線,直徑15124mm ,每股公稱面積140mm2 ,標(biāo)準(zhǔn)強度1860MPa ,技術(shù)條件符合美國標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土用無涂層七絲鋼絞線技術(shù)條件》ASTMA416M298 和《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》GBP T522421995 的規(guī)定。后張預(yù)應(yīng)力錨具應(yīng)滿足《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》GBPT1437022000 規(guī)定的Ⅰ類錨具要求,嚴(yán)禁出現(xiàn)斷絲和滑絲。由于后張錨具是關(guān)鍵的受力件,其質(zhì)量和施工水平將直接影響梁中的應(yīng)力分布。為此,選用柳州海威姆公司生產(chǎn)的新型HVM15 系列錨具。該錨具采用計算機有限元技術(shù)對錨固件進行了受力分析, 通過研究夾片和錨板的尺寸配合關(guān)系,對原有的錨夾具錨固單元進行分析的同時,也采用同樣的邊界條件、單元劃分方法、荷載、單元類型對新設(shè)計的錨固單元進行分析。對比兩者的受力情況,特別是兩者鋼絞線的應(yīng)力集中程度,以選取優(yōu)化設(shè)計方案,使得錨具結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化,適應(yīng)性強,預(yù)應(yīng)力損失小,確保了工程質(zhì)量并提高了預(yù)應(yīng)力施工的安全性和可靠性。新型HVM15 錨具錨固單元有限元分析計算結(jié)果如圖2 所示,圖2 中左邊為鋼絞線的軸對稱單元, 中間為夾片單元,右邊為錨板單元。由圖2 可見,鋼絞線在夾片小端發(fā)生頸縮,說明錨具的錨固性能很好,可以達到很高的錨固效率系數(shù)。
2 施工過程
梁頂部和底部的成排鋼絞線為先張部分,中間4 束鋼絞線為后張部分。張拉施工前千斤頂和油表需到法定計量單位配套標(biāo)定,并取得相應(yīng)的標(biāo)定報告, 后張錨具還需做靜載試驗,合格后方可進行施工。
211 先張施工
將有內(nèi)模的鋼筋骨架綁扎好,并同時安裝好波紋管和螺旋筋,穿入鋼絞線后用吊車吊至預(yù)定位置, 準(zhǔn)備工作完成后按如下順序施工(見圖3) :
①將鋼絞線穿過端模板;
②用單孔連接器連接張拉臺架上的1 段鋼絞線;
③用4 臺臺架上的千斤頂對鋼絞線整體預(yù)緊;
④在臺架和油缸之間插入U 形鐵塊,4 臺千斤頂卸壓(上、下各2 臺) ;
⑤用前卡千斤頂逐根張拉至設(shè)計控制應(yīng)力;
⑥待混凝土達到一定強度后,千斤頂頂出,取出U 形鐵塊,緩慢卸壓,鋼絞線放松。
割掉梁端頭富余的鋼絞線(放張過程) 。
鋼絞線先張施工結(jié)束后澆注混凝土,然后蓋帆布蒸養(yǎng)約215d ,使混凝土強度達到設(shè)計強度的80 %左右,脫模后將預(yù)制梁從制梁車間移至外面的空地上進行后張施工。先張法張拉時, 梁與梁間用單孔連接器將鋼絞線連起來,3 片12m梁或2 片24m 梁即可同時張拉,大大加快了施工進度,并節(jié)省了張拉臺座和張拉設(shè)備,減輕了工人的勞動強度。
212 后張施工
21211 安裝波紋管、螺旋筋、錨墊板 因波紋管重量輕、體積大、運輸成本高,所以采用現(xiàn)場機器卷制金屬波紋管。波紋管安裝盡量按照圖紙要求,每隔一定距離用細鋼筋綁扎牢固,防止?jié)沧⒒炷習(xí)r管道上浮和偏位。當(dāng)波紋管與普通鋼筋相碰時,鋼筋可作適當(dāng)調(diào)整。波紋管安裝好后嚴(yán)禁焊接作業(yè),防止燒傷管壁造成漏漿,同時先將鋼絞線穿入波紋管中,避免萬一管道有少量漏漿時無法穿索的局面。錨墊板用螺栓固定在端模上,靠模時注意錨墊板與波紋管必須垂直。
21212 張拉、錨固 以圖1 所示的24m 梁為例,在后張施工中,軌道梁與以往預(yù)制梁不同的是:它先對下邊的2 束鋼絞線用11 孔錨具張拉到設(shè)計應(yīng)力,上邊的7 孔錨具及鋼絞線用膠帶紙粘好封住,防止鋼絞線腐蝕和雨水進入波紋管內(nèi),待混凝土的收縮徐變完成,即約2 個月后再進行張拉、灌漿。由于施工單位不同,采用了多孔頂壓錨固和限位板限位后夾片跟進自錨兩種錨固工藝。張拉控制應(yīng)力均為鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度的65 %左右(12 、24m 梁) 。張拉方式為4 臺千斤頂對2 束鋼絞線兩端同時張拉。張拉程序如下:開始→初應(yīng)力(011σcon ) →012σcon →015σcon → 控制張拉力(σcon ) →持荷2～5min →頂壓→放張錨固。多孔頂壓錨固方式采用YCW250B2200DY型多孔頂壓千斤頂進行后張施工。此類千斤頂在國內(nèi)較少運用,其原理如圖4 所示。主要參數(shù)如下:公稱張拉力2480kN ;公稱頂壓力240kN ;張拉行程200mm; 頂壓行程21mm; 公稱油壓54MPa ; 公稱頂壓油壓21MPa 。
與限位后夾片自動跟進的方法相比,頂壓錨固方法在實踐中更能減少夾片對鋼絞線的刮傷且安裝張拉設(shè)備的速度較快,但張拉不同孔數(shù)的錨具時需更換頂壓器,且較為笨重。采用2 種不同的錨固工藝,HVM錨具均能使鋼絞線回縮值滿足規(guī)范要求。
21213 灌漿 待預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后,立即進行孔道壓漿。
