铁路连续梁竖向预应力技术方案

铁路连续梁竖向预应力采用

无粘结预应力钢棒

技 术 方 案

2015年5月

1、概述

目前国内外连续箱梁竖向预应力体系主要采用精轧螺纹钢锚，施工采用有粘结方式，由于其产品本身性能和施工工艺的原因，导致精轧螺纹钢在实际施工和使用过程中有效预应力不足，而造成PC连续梁普遍存在梁体下挠和腹板开裂等病害，严重影响了桥梁的使用寿命及安全。

无粘结预应力钢棒解决了传统竖向预应力精轧螺纹钢性能的不足，同时也解决了精轧螺纹钢在连续箱梁竖向预应力中的应用弊端，并已成功应用在国内大中型公、铁路项目中。

2、设计依据

无粘结预应力钢棒主要依据以下标准和规范进行设计：

（1）TB 10002.3-2005 《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》 （2）TB/T 3193-2008 《铁路工程预应力筋用夹片式锚具、夹具和连接器技术条件》 （3）GB/T 5223.3-2005《预应力混凝土用钢棒》

（4）GB/T 14370-2007 《预应力筋用锚具、夹具和连接器》 （5）GB/T 196-2003 《普通螺纹 基本尺寸》 （6）GB 197-81 《普通螺纹 公差与配合》 （7）GB/T 699-1999 《优质碳素结构钢》 （8）GB/T 700-2006 《碳素结构钢》

（9）GB/T 3098.4-2000《紧固件机械性能 螺母 细牙螺纹》 （10）GB/T 4354-2008 《优质碳素钢热轧盘条》

（11）GB/T 14981 《热轧盘条尺寸、外形、重量及允许偏差》 （12）GB/T 11115-2009《聚乙烯（PE）树脂》

（13）GB/T 16823.1-1997《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》 （14）GB/T 16924 《钢件的淬火与回火》

（15）GB/T 18685-2002《搓、滚制普通螺纹前的毛坯直径》 （16）GB/T 24587-2009《预应力混凝土钢棒用热轧盘条》 （17）JG 3007-1993 《无粘结预应力筋专用防腐润滑脂》 （18）YB/T 5294-2009 《一般用途低碳钢丝》

3、设计方案

原设计图中采用单支公称直径为25mm的PSB830预应力混凝土用螺纹粗钢筋，现采用2支公称直径为16mm的无粘结预应力钢棒替代，具体设计图纸见附图1。

原设计图中采用单支公称直径为32mm的PSB830预应力混凝土用螺纹粗钢筋，现采用3支公称直径为16mm的无粘结预应力钢棒替代，具体设计图纸见附图2。

4、布筋说明

4.1 竖向预应力采用φ16-2无粘结预应力钢棒布筋紧凑，在增大受力面积的同时，也使得对梁体施加的预应力更加均匀。

4.2无粘结预应力钢棒在连续箱梁腹板布筋时，仍延用原设计布筋位置，每组钢棒顺桥向进行布置，梁体受力计算符合相应设计规范要求，其结构较小（原设计25精轧螺纹钢锚垫板尺寸为12cm×12cm，无粘结预应力钢棒锚垫板尺寸为11.6cm×9.0cm）不与其他横向、纵向预应力筋发生干涉。

4.3 当竖向无粘结预应力钢棒与普通钢筋发生抵触时，可适当调整普通钢筋位置。

5、锚下混凝土抗裂性和局部承压强度检算

参照标准：《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》 5.1锚下混凝土抗裂性和局部承压强度检算

锚下混凝土抗裂性检算参照《设计规范》6.2.8条进行： 取?16?2钢棒锚下混凝土抗裂性进行检算，

Kcf?1.5 ；Nc?1420?0.64???162?10?6/4?2?0.365MN ；Ac?0.01?0.116?0.09m2 ；A?0.042?0.116?2?0.09?2m2；??2；C50混凝土轴心抗压强度fc?33.5MPa。

??fc?Ac?0.67MN?Kcf?Nc?0.548MN ，满足规范要求。

5.2锚下混凝土局部承压强度检算参照《设计规范》6.2.9条进行：

Kc?2.0；Nc?0.365MN ；Ac?0.01m2 ；A?0.042m2；

Ahe?0.0035??(0.052/4?0.0162/4)?2m2；??2；fs?335MPa；?he?0.6；

?t?0.0785?4???0.0052/4/0.05/0.02。

Ac(??fc?2.0?t??he?fs)?0.985MN?Kc?Nc?0.73MN ，满足规范要求。

6、无粘结预应力钢棒设计特点

（1）新型锚固结构

无粘结预应力钢棒采用支承式螺母锚固，螺距1.5mm，锚固精度高，防松效果好。 （2）超低回缩

无粘结预应力钢棒回缩量小于0.5mm，应力损失几乎为零，施工时可忽略不计。 （3）松弛率低

无粘结预应力钢棒松弛率小于2.0%。 （4）性能优异

无粘结预应力钢棒微观组织为淬回火屈氏体+马氏体,综合机械性能优异；锚固组件耐疲劳200万次以上，抗拉强度大于1420MPa，周期载荷50次不失效。 （5）施工工艺

无粘结预应力钢棒施工采用无粘结后张法，施工简单。 （6）防护装置

无粘结预应力钢棒锚固螺母外侧设有安全防护装置,进一步提高了使用安全性。

7、无粘结预应力钢棒施工优势

（1）螺纹钢筋施工过程中需要人工绑扎波纹管预留预应力孔道，波纹管定位需要绑扎大量的定位钢筋，以保证浇筑时孔道牢固，由于绑扎管道施工空间小，不利于工人现场操作，造成绑扎不牢固，且需逐个检查预留孔洞密封性，耗费大量时间。而无粘结预应力钢棒通过两端锚垫板定位即可。

（2）螺纹钢筋需要二次精张还不能保证张拉精度，造成张拉施工繁琐，而无粘结预应力钢棒张拉施工一次精确张拉即可满足设计要求。

（3）螺纹钢筋张拉完成后需要切除多余部分钢筋，人工手动切割浪费大量人力、占用时间长，造成施工进度缓慢。而无粘结预应力钢棒生产时即为定尺生产，张拉时采用前端引伸杆张拉，不用预留千斤顶工作长度，张拉后无需割筋，简化了施工工艺，节省大量时间，大大缩短施工工期。

（4）螺纹钢筋张拉完成后需要孔道灌浆，浪费人力物力。而无粘结预应力钢棒，采用钢棒表面的无粘结护套，施工中无需预留预应力管道，不存在孔道漏浆而无法张拉的问题，且张拉完成后可直接封锚。

（5）预应力管道存在振捣漏浆的风险，导致螺纹钢筋无法张拉而无粘结钢棒不存在因