[摘要] 上海磁懸浮鐵路軌道梁預應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
預應力施工過程、錨具的選用及目前國內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,既是國內興建的首條磁懸浮鐵路,也將是世界上首次用于商業運營的磁懸浮鐵路。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傳統鐵路的支承、導向和牽引功能,而實現這一功能的主要部件就是導向軌。導向軌主要由兩部分組成:
①導向軌的功能件,包括長定子、支承滑行軌及側向導軌;
②支撐結構,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果予以評定。所以,在軌道梁中鋪設了大量的預應力筋并進行張拉,以提高構件性能。軌道梁的規格有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 ,標準強度1860MPa ,技術條件符合美國標準《預應力混凝土用無涂層七絲鋼絞線技術條件》ASTMA416M298 和《預應力混凝土用鋼絞線》GBP T522421995 的規定。后張預應力錨具應滿足《預應力筋用錨具、夾具和連接器》GBPT1437022000 規定的Ⅰ類錨具要求,嚴禁出現斷絲和滑絲。由于后張錨具是關鍵的受力件,其質量和施工水平將直接影響梁中的應力分布。為此,選用柳州海威姆公司生產的新型HVM15 系列錨具。該錨具采用計算機有限元技術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力集中程度,以選取優化設計方案,使得錨具結構尺寸優化,適應性強,預應力損失小,確保了工程質量并提高了預應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。
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定,并取得相應的標定報告, 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定位置, 準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計控制應力;
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) 。
鋼絞線先張施工結束后澆注混凝土,然后蓋帆布蒸養約215d ,使混凝土強度達到設計強度的80 %左右,脫模后將預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,并節省了張拉臺座和張拉設備,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,防止澆注混凝土時管道上浮和偏位。當波紋管與普通鋼筋相碰時,鋼筋可作適當調整。波紋管安裝好后嚴禁焊接作業,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 孔錨具張拉到設計應力,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,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。張拉控制應力均為鋼絞線標準抗拉強度的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。此類千斤頂在國內較少運用,其原理如圖4 所示。主要參數如下: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備的速度較快,但張拉不同孔數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范要求。
21213 灌漿 待預應力筋張拉完畢后,立即進行孔道壓漿。
預應力施工過程、錨具的選用及目前國內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,既是國內興建的首條磁懸浮鐵路,也將是世界上首次用于商業運營的磁懸浮鐵路。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傳統鐵路的支承、導向和牽引功能,而實現這一功能的主要部件就是導向軌。導向軌主要由兩部分組成:
①導向軌的功能件,包括長定子、支承滑行軌及側向導軌;
②支撐結構,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果予以評定。所以,在軌道梁中鋪設了大量的預應力筋并進行張拉,以提高構件性能。軌道梁的規格有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 ,標準強度1860MPa ,技術條件符合美國標準《預應力混凝土用無涂層七絲鋼絞線技術條件》ASTMA416M298 和《預應力混凝土用鋼絞線》GBP T522421995 的規定。后張預應力錨具應滿足《預應力筋用錨具、夾具和連接器》GBPT1437022000 規定的Ⅰ類錨具要求,嚴禁出現斷絲和滑絲。由于后張錨具是關鍵的受力件,其質量和施工水平將直接影響梁中的應力分布。為此,選用柳州海威姆公司生產的新型HVM15 系列錨具。該錨具采用計算機有限元技術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力集中程度,以選取優化設計方案,使得錨具結構尺寸優化,適應性強,預應力損失小,確保了工程質量并提高了預應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。
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定,并取得相應的標定報告, 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定位置, 準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計控制應力;
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) 。
鋼絞線先張施工結束后澆注混凝土,然后蓋帆布蒸養約215d ,使混凝土強度達到設計強度的80 %左右,脫模后將預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,并節省了張拉臺座和張拉設備,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,防止澆注混凝土時管道上浮和偏位。當波紋管與普通鋼筋相碰時,鋼筋可作適當調整。波紋管安裝好后嚴禁焊接作業,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 孔錨具張拉到設計應力,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,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。張拉控制應力均為鋼絞線標準抗拉強度的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。此類千斤頂在國內較少運用,其原理如圖4 所示。主要參數如下: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備的速度較快,但張拉不同孔數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范要求。
21213 灌漿 待預應力筋張拉完畢后,立即進行孔道壓漿。
