精轧螺纹钢在码头预制纵梁结构中的应用

精轧螺纹钢在码头预制纵梁结构中的应用

张晨旭1 ,陈历2

中交第三航务工程勘察设计院  上海  200032

杭州林东新能源科技股份有限公司  杭州  310000

摘要：高强度精轧螺纹钢具有连接简便，粘着力强，强度高，施工方便，节约钢筋等优点。其被广泛地应用于大型水利工程、工业建筑的连续梁和大型框架结构，公路、铁路大跨桥梁等工程中，但在港口码头结构中所用甚少。本文以福州港三都澳港区漳湾作业区21#泊位中预应力纵梁的设计为基础，分析了精轧螺纹钢在预应力纵梁中的应用，为后续码头结构设计中使用精轧螺纹钢提供了有力的借鉴。

关键词：精轧螺纹钢；高强度；预应力构件；应用前景

1 引言

精轧螺纹钢又称为预应力螺纹钢筋，该钢筋在任意截面处都可以拧上带有内螺纹的连接器进行连接。 高强度精轧螺纹钢筋广泛地应用于大型水利工程及公路、铁路大跨桥梁。其具有连接、锚固简便，粘着力强，张拉锚固安全可靠，施工方便等优点，而且节约钢筋，减少构件面积和重量，较传统热轧带肋钢筋更为节能环保。

随着时代的不断发展，航运行业已经成为了生活中必不可少的一部分。随之而来的便是各个码头港口的建设逐步走向大型化---更大型的靠泊船舶，更大型的工艺设备，这些都使得码头结构的等级越来越高。对于高桩码头结构而言，适当地在上部结构中使用一定比例的预应力构件可以在同等受力条件下更节省混凝土与钢筋的工程量并使结构的受力更为合理及安全。但在过去的高桩码头结构中预应力纵梁出现的比较少，究其原因还是因为传统的预制纵梁用得都是普通热轧带肋钢筋，普通钢筋强度低，所以施加的预应力很有限，且考虑到预应力损失后，有效预应力非常低，所以没什么意义。这就导致了虽然上部结构一直有着预应力结构的理论，但在实际的设计和施工中却很少用到。但随着精轧螺纹钢的出现以及其制作工艺的提升，上述问题可以得到良好的解决。精轧螺纹钢拥有着高强度的特点，并且精轧螺纹钢的预应力回缩损失比较小，能够很好的适应预应力结构的要求。综上，我们将精轧螺纹钢应用到了福州港三都澳港区漳湾作业区21#泊位中的预应力纵梁结构中。

2 工程概况

福州港三都澳港区漳湾作业区21#泊位位于三都澳港内西北部、宁德市区东北约15km处，拟建设15万吨级通用散货泊位1个及相应的配套设施，水工结构按30万吨级散货船考虑，码头长度350m。设计年吞吐量600万吨，货种为铁矿石、铜精矿和矿渣。码头结构为高桩梁板式码头，桩基采用Φ1400mm钢管桩，上部结构采用现浇横梁、预制预应力轨道梁、预制预应力纵梁、预制面板，并通过现浇面层连成整体。

由于码头结构按30万吨级散货船考虑，故上部结构的受力大，且考虑到纵梁的跨度较大，达到了11.6米，如使用传统的非预应力预制纵梁，则会导致纵梁及轨道梁截面面积过大，钢筋用量偏多，总重量偏大，这将使得施工时的吊装难度大大提高，对施工的便利性、安全性、环保性均提出了很大的挑战。为了优化码头的上部结构，我院决定采用预应力纵梁及轨道梁的设计，并在预应力纵梁及轨道梁的设计中投入使用精轧螺纹钢，精轧螺纹钢的使用较之传统的热轧带肋钢筋更为安全，受力性能更好，预应力损失也减少很多，使结构达到最优解。

3 设计分析

3.1 精轧螺纹钢与普通热轧钢筋比较

由于上部结构采用预制预应力纵梁及轨道梁，如果使用普通热轧钢筋进行张拉，考虑徐变收缩后钢筋中的应力，经计算，应力损失将达到60%~70%，而如果使用精轧螺纹钢，应力损失则可降低至20%~30%。同时，精轧螺纹钢的强度远远大于普通的热轧带肋钢筋，HRB400的设计抗拉强度为360Mpa，而所选用的精轧螺纹钢PSB930的抗拉强度为1080Mpa，其能达到的张拉控制应力远大于普通钢筋。

3.2 精轧螺纹钢与钢绞线比较

港口码头结构中的预应力构件（如预应力空心板）基本采用钢绞线进行预应力张拉，钢绞线具有比精轧螺纹钢更高的强度以及更小的应力损失，但其所需的张拉伸长量相对较长。对于码头的预应力纵梁，前后边梁在支座处的钢筋需要全部连接，以确保码头的整体性，并且本工程极端水位较高，在极端水位条件下纵梁受波浪及浮托力的影响较大，纵梁支座处产生正弯矩，需要在底部设置连接钢筋，在此种情况下，刚度更大的精轧螺纹钢可以同时起到连接作用，钢绞线则不行。同时考虑到本工程纵梁尺度较小，一般纵梁宽度为800mm。如采用钢绞线需要布置波纹管及辅助钢筋，波纹管尺度较大，需要加大纵梁尺度。

经过上述比较后再结合精轧螺纹钢作为预应力钢筋的施工安装简单和张拉控制灵活的特点，选择精轧螺纹钢作为预制预应力纵梁的预应力钢筋。

3.3截面配筋设计

本工程计算依据《码头结构设计规范》（JTS 167-2018）第5.2.4.1款：当桩基沿横梁布置，各排架间距均匀，桩基布置相近时，码头结构可简化为纵向和横向两个平面进行分析，纵梁及横向排架内力可按平面结构计算。据规范第5.2.31条：梁系结构采用平面方法计算时，纵梁根据梁与支座连接情况、支座宽度等结构特点，可选取简支梁、弹性支承连续梁等计算模型进行内力分析。

本工程预应力纵梁施工期按简支梁进行内力分析，使用期按弹性支承连续梁进行内力分析。

预应力纵梁计算结果为支座最大剪力1096.5kN，支座最大负弯矩-1344kNm，承载能力极限状态下跨中最大弯矩为3826.09kNm，最终纵梁底部主筋配筋结果如表1所示。

表 1 预应力纵梁主筋配筋结果

值得注意的是，虽然精轧螺纹钢比起普通热轧钢筋拥有更高的强度且连接更加便捷，但不可否认的一点是，目前PSB930精轧螺纹钢的造价还是比普通钢筋要贵很多。所以，在设计预应力纵梁底部主受力钢筋时我院采用了精轧螺纹钢PSB930与普通热轧钢筋HRB400共同受力的方法。这一设计既保证了结构的合理性也满足了造价方面的要求。

4 总结

高强度精轧螺纹钢具有连接简便，粘着力强，强度高，施工方便，节约钢筋等特点。本文依托福州港三都澳港区漳湾作业区21#泊位的实际设计条件，对精轧螺纹钢在预制预应力纵梁中的应用展开了分析，并详细对比了精轧螺纹钢与普通热轧带肋钢筋和钢绞线的差异。未来，随着设计水平的越发成熟，预应力纵梁结构会被更广泛地使用，而精轧螺纹钢在高桩码头结构中的应用也会越来越多。

参考文献

【1】曹全兴. 浅析一种新钢筋——精轧稀螺纹钢筋的科学合理性及应用前景[C]. //第十二届中国钢铁年会论文集, 宝武集团, 2019.

【2】蔡艳. 精轧螺纹钢应用前景的经济学分析[J]. 现代营销（下旬刊）, 2018(05).

【3】张海彬 周恒. 精轧螺纹钢筋在先张梁施工中的应用[J]. 中南公路工程, 2006(05).