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1、钢管拱桥施工中临时预应力束破断原因分析心个二七奋铲夕砂二之个二尸户二个、夕产奋二二 城、之六黄茂忠张升 曾铁道部科学研 究院桥梁室之,于心个心之个心个心台心亡个之才于、铲之泞合宁心个【提要 】 介绍一座转体施工 的钢管拱 桥 临时预应 力钢束发生罕见的整根破断的事例,并讨其 原因进行分析。【关键 词】钢管拱桥预 应 力应 力腐蚀着色探伤宜昌市郊一座上承式公路钢管拱桥,设计跨度为,拱肋由根 钢 管混凝 土 组成,施工中采用先进的转体法施工 工艺见图,钢管拱分 三部分进行施工,左、右两岸拱肋分别支承于 山体上进行焊 接拼装,而 后旋转就位,再拼接合拢段。该桥右岸在张拉拉杆起拱后,平衡墩柱中的预应力
2、钢束陆续发生单根钢绞线脆性破断,在三个月之内,从外部可见根钢纹线破 断并从锚具中冲 出,断股率达以上,情况比较严重,也是罕见 的。为查 明原因以确定可靠的处 理方法,受建设单位的委托,对钢束断股问题进行调查,从设计、施工、材料 等方面查找可能产生破断的原 因,进行全面的分析研究。、袋时孩应力锅束夕找段平衡墩柱勺钢 绞线在施工过程中的状况据施工单位介绍,钢纹线于年月 进 行编束穿束,穿束时钢绞线表面光 洁、没有 锈蚀,同年月进 行 张拉,月张拉拉杆起拱。钢绞线、锚具在整个过程均未 采取保护措施,暴露于大气中历经半年。破断取出的钢纹线表面锈蚀较为严重,局部有轻微 锈 蚀凹坑,破断取出的钢纹线之单丝
3、静力性能未见明显变化。二、设计方面有人 认为,该桥墩往 的作用类似于起 重的扒杆,应该有几倍的安全系数,钢纹线断股 的原 因是由于设计安全度不够。我 们认为该桥墩柱为 一简单的压弯构件图,其受力明确,不存在不可知的外 力因素,也没有疲劳或冲击作用 的影响,可按普通的预应 力构件设计。校核设计单位所提供的计算单的结果 表明,原设计符合公路预应力桥涵设计规范,计算无误。为 了解各根钢纹线的应力状况,根据钢纹线的张拉顺序逐根计算钢绞线的应力损失及起拱时钢束的应力增量,计算结果表明,起拱时墩柱钢束应力在之间,相当于。要,小于张拉时锚下设计控制应力。票。附表列出了各根钢束 的应力水平 与断股情况对照,并
4、对 个应力水平段 的断股一一铁道建筑年第期附表钥纹线断股情况与应力水平对照表钢钢绞线线总、股数数破断断断股百分率率 实实存应力力力股数数数数数数数数数数数数数 破断应力范田田肠肠。至至至至至至至至至至至至至至至至至至至至。至至至至至至至至至至至至至至至至至至至至。至至至至至至至至至至至至至至至至至至至至。至至至至至至至至至至至至至至至至至至至至。至至至至至至至至至至至至至至至至至至至至钢束伸长值小,一种可能是由于管道摩阻大 或钢绞线弹性模量高另 一种可能是钢绞线受力不均所致。右岸钢束 伸长值不符 合允许偏差的要求,说明钢束中各根钢纹线很可能存在应力不均的现象。四、材杆方面根据检验报告,说 明材
5、料的机械性能符合国标的要求,从破断的钢绞线中取 出的钢丝进行拉力试验,说明其静力强度、延伸率也符合要求。当然,试件不 可能完全反映整体情况,钢绞线 也有可能存在局 部缺 陷。五、综合分析百分率进行统计。统计结果表明,不同应力水平的断股百分率没有明显 差别并未呈现钢绞线应力大、断股百分率大的规律。三、施工方面据检查,原材料的检验及千斤顶的标定均符合要求。根据张拉记录 中左、右岸实测的钢束 伸长量,绘 出伸长量的分布图图。从图中看出,左岸钢束的设计伸长值为,实测伸长值近似正态分布,偏差均在士纬之内右岸的设计伸长值为,实测结果均为负偏差,最大达一。右卑以丽丽丽水姗娇,一,映计中举五含,一根据钢绞线的
6、施工过程及对设计、施工、材料各方面情况的了解,作出如下几点推论设计符合规范要求,钢 绞线的破断发生于起拱后,而此时的钢绞线的应力仍小于张拉时 的应力,且随持荷时间的增加,断裂数 量有增长的趋势,说明钢绞线的破断与时间因素有关个不同应力水平钢绞线的断股率基本一致,未呈现出应力大、断股率大的规律,进一步说 明破断不是设计安全度不够的问题。钢绞线局部可能存在缺陷,也很可能存在张拉应力不均匀现象,这些对断股都有一定的影响。综上所述,我们 认为造成钢绞线破断的原因是多方面的,最主要原因是钢绞线张拉后没有采取保护措施,长期暴露于大气中,发生严重锈蚀据说当地有酸雨,在高应力下发生应力腐蚀 的延迟破断,钢绞线材料表面的局部缺陷、应力的不均匀增大了钢绞线破断的严重程度。据国外资料介绍,预应力筋在高应力下对应力腐蚀的敏感性较普通钢 筋严重得多。预应力筋的破断产生 于锈蚀凹坑处,由于应 力集 中和氢脆的共同作用,锈蚀凹坑作为一个氢原子铁道建筑年第期一一
