[摘要] 上海磁悬浮铁路轨道梁预应力施工分先张法和后张法,后张法采用HVM锚具,分两次进行张拉。本文介绍
预应力施工过程、锚具的选用及目前国内较少采用的多孔顶压锚固工艺。
上海磁悬浮工程为国家重点工程,既是国内兴建的首条磁悬浮铁路,也将是世界上首次用于商业运营的磁悬浮铁路。它东起上海浦东机场,西至龙阳地铁站,全长约30km ,设计时速450kmPh ,总投资约90 亿元。
1 轨道梁概况
磁悬浮列车主要依靠电磁力实现传统铁路的支承、导向和牵引功能,而实现这一功能的主要部件就是导向轨。导向轨主要由两部分组成:
①导向轨的功能件,包括长定子、支承滑行轨及侧向导轨;
②支撑结构,包括各种形式的轨道梁。
由于磁悬浮列车以高速度运行,同时要求列车通过时导向轨零挠度, 因此,对轨道梁几何形状精度和抗变形、抗震、抗裂等性能提出了高要求,并对梁体施工的实际状况和测试结果予以评定。所以,在轨道梁中铺设了大量的预应力筋并进行张拉,以提高构件性能。轨道梁的规格有12 、21 、24 、50m 梁,24m 梁中锚具及钢绞线在梁上布置如图1 所示。钢绞线采用270 级高强低松弛钢绞线,直径15124mm ,每股公称面积140mm2 ,标准强度1860MPa ,技术条件符合美国标准《预应力混凝土用无涂层七丝钢绞线技术条件》ASTMA416M298 和《预应力混凝土用钢绞线》GBP T522421995 的规定。后张预应力锚具应满足《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GBPT1437022000 规定的Ⅰ类锚具要求,严禁出现断丝和滑丝。由于后张锚具是关键的受力件,其质量和施工水平将直接影响梁中的应力分布。为此,选用柳州海威姆公司生产的新型HVM15 系列锚具。该锚具采用计算机有限元技术对锚固件进行了受力分析, 通过研究夹片和锚板的尺寸配合关系,对原有的锚夹具锚固单元进行分析的同时,也采用同样的边界条件、单元划分方法、荷载、单元类型对新设计的锚固单元进行分析。对比两者的受力情况,特别是两者钢绞线的应力集中程度,以选取优化设计方案,使得锚具结构尺寸优化,适应性强,预应力损失小,确保了工程质量并提高了预应力施工的安全性和可靠性。新型HVM15 锚具锚固单元有限元分析计算结果如图2 所示,图2 中左边为钢绞线的轴对称单元, 中间为夹片单元,右边为锚板单元。由图2 可见,钢绞线在夹片小端发生颈缩,说明锚具的锚固性能很好,可以达到很高的锚固效率系数。
2 施工过程
梁顶部和底部的成排钢绞线为先张部分,中间4 束钢绞线为后张部分。张拉施工前千斤顶和油表需到法定计量单位配套标定,并取得相应的标定报告, 后张锚具还需做静载试验,合格后方可进行施工。
211 先张施工
将有内模的钢筋骨架绑扎好,并同时安装好波纹管和螺旋筋,穿入钢绞线后用吊车吊至预定位置, 准备工作完成后按如下顺序施工(见图3) :
①将钢绞线穿过端模板;
②用单孔连接器连接张拉台架上的1 段钢绞线;
③用4 台台架上的千斤顶对钢绞线整体预紧;
④在台架和油缸之间插入U 形铁块,4 台千斤顶卸压(上、下各2 台) ;
⑤用前卡千斤顶逐根张拉至设计控制应力;
⑥待混凝土达到一定强度后,千斤顶顶出,取出U 形铁块,缓慢卸压,钢绞线放松。
割掉梁端头富余的钢绞线(放张过程) 。
钢绞线先张施工结束后浇注混凝土,然后盖帆布蒸养约215d ,使混凝土强度达到设计强度的80 %左右,脱模后将预制梁从制梁车间移至外面的空地上进行后张施工。先张法张拉时, 梁与梁间用单孔连接器将钢绞线连起来,3 片12m梁或2 片24m 梁即可同时张拉,大大加快了施工进度,并节省了张拉台座和张拉设备,减轻了工人的劳动强度。
212 后张施工
21211 安装波纹管、螺旋筋、锚垫板 因波纹管重量轻、体积大、运输成本高,所以采用现场机器卷制金属波纹管。波纹管安装尽量按照图纸要求,每隔一定距离用细钢筋绑扎牢固,防止浇注混凝土时管道上浮和偏位。当波纹管与普通钢筋相碰时,钢筋可作适当调整。波纹管安装好后严禁焊接作业,防止烧伤管壁造成漏浆,同时先将钢绞线穿入波纹管中,避免万一管道有少量漏浆时无法穿索的局面。锚垫板用螺栓固定在端模上,靠模时注意锚垫板与波纹管必须垂直。
21212 张拉、锚固 以图1 所示的24m 梁为例,在后张施工中,轨道梁与以往预制梁不同的是:它先对下边的2 束钢绞线用11 孔锚具张拉到设计应力,上边的7 孔锚具及钢绞线用胶带纸粘好封住,防止钢绞线腐蚀和雨水进入波纹管内,待混凝土的收缩徐变完成,即约2 个月后再进行张拉、灌浆。由于施工单位不同,采用了多孔顶压锚固和限位板限位后夹片跟进自锚两种锚固工艺。张拉控制应力均为钢绞线标准抗拉强度的65 %左右(12 、24m 梁) 。张拉方式为4 台千斤顶对2 束钢绞线两端同时张拉。张拉程序如下:开始→初应力(011σcon ) →012σcon →015σcon → 控制张拉力(σcon ) →持荷2～5min →顶压→放张锚固。多孔顶压锚固方式采用YCW250B2200DY型多孔顶压千斤顶进行后张施工。此类千斤顶在国内较少运用,其原理如图4 所示。主要参数如下:公称张拉力2480kN ;公称顶压力240kN ;张拉行程200mm; 顶压行程21mm; 公称油压54MPa ; 公称顶压油压21MPa 。
与限位后夹片自动跟进的方法相比,顶压锚固方法在实践中更能减少夹片对钢绞线的刮伤且安装张拉设备的速度较快,但张拉不同孔数的锚具时需更换顶压器,且较为笨重。采用2 种不同的锚固工艺,HVM锚具均能使钢绞线回缩值满足规范要求。
21213 灌浆 待预应力筋张拉完毕后,立即进行孔道压浆。
