先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板施工技術(shù)

先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板施工技術(shù)

預(yù)制混凝土構(gòu)件的一個(gè)顯著特點(diǎn)是薄彎曲。這也是評(píng)價(jià)預(yù)算混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要指標(biāo)。在先張預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件施工中,從張拉到混凝土澆注再到放張,每道工序都直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)質(zhì)量及使用壽命,因此在施工中應(yīng)引起足夠重視。1偏心預(yù)加力ny作用下的fmy先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板施工的工藝流程示意如圖1所示。先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件施工需要設(shè)有專門的臺(tái)座,在澆注混凝土前將鋼絞線臨時(shí)固定在臺(tái)座上進(jìn)行張拉,然后澆注混凝土,待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后,放松并切斷鋼絞線,通過(guò)鋼絞線與混凝土之間的粘結(jié)力,使混凝土獲得有效預(yù)加力Ny,在預(yù)加力Ny及預(yù)加力彎矩My=Ny×ey(ey為偏心距)作用下,構(gòu)件下邊緣各點(diǎn)均受壓,上邊緣各點(diǎn)均受拉,從而產(chǎn)生向上的反拱度f(wàn)my,它是在偏心預(yù)加力Ny作用下引起的。1.1非預(yù)應(yīng)力筋彈性模量雙陳分離式立交橋:標(biāo)準(zhǔn)跨徑L=20m,預(yù)應(yīng)力束采用?φJ(rèn)=15.24mm鋼絞線,公稱面積A=140.00mm2,標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度Rbyyb=1860MPa,彈性模量Ey=1.95×105MPa;非預(yù)應(yīng)力筋采用?φ12鋼筋,鋼筋彈性模量Eg=2.0×105MPa;混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50,彈性模量Eh=3.5×104MPa。1.2計(jì)算中反弧度的誤差空心板斷面尺寸如圖2所示。(1)空心板截面面積14根鋼絞線截面積:Ay=14×1.40=19.6cm2;4根非預(yù)應(yīng)力筋截面積:Ag=4×1.13=4.52cm2;空心板截面面積:Ah=4272cm2;空心板換算截面面積:Ao=Ah+(ny-1)Ay+(ng-1)Ag=4382.9cm2(式中ny=Ey/Eh=5.57,ng=Eg/Eh=5.71)。(2)算例1:表3:表3表3換算截面對(duì)空心板毛截面重心的靜矩為:Sy=3935.57cm3換算截面重心對(duì)毛截面重心的偏離為:dho=Sy/Ao=0.90cm換算截面重心至空心板截面下緣的距離為:yo下=39.10cm鋼絞線重心至換算截面重心的距離為:ey=34.60cm(3)中軸的慣性矩是轉(zhuǎn)換截面中軸的唯一矩Io=4204678.914cm4(4)混凝土受力分析張拉控制應(yīng)力:σk=0.72Ryb=0.72×1860=1339.2MPa;應(yīng)力損失估算:σs=σs2+σs3+σs4+σs5+σs6=181.1MPa,其中:σs2為錨具變形等引起的應(yīng)力損失,σs2=△L×Ey/L=24.8MPa;σs3為自然養(yǎng)生產(chǎn)生的應(yīng)力損失,σs3=0;σs4為鋼絞線松弛引起的應(yīng)力損失,σs4=0.0168×σk=22.5MPa;σs5為混凝土彈性壓縮所引起的應(yīng)力損失,σs5=ny(Nyo/Ao+NyoEy2/Io)=32.2MPa;σs6為混凝土收縮、徐變引起的應(yīng)力損失,在混凝土受荷載時(shí)的實(shí)際齡期為t=1~6d時(shí),σs6=101.6MPa。則有效預(yù)應(yīng)力σy=σk—σs=1158.1MPa。放松預(yù)應(yīng)力鋼絞線產(chǎn)生預(yù)加力Ny及偏心彎矩My為:Ny=σyAy=2269.876kNMy=Nyey=785.38kN·m由預(yù)加力Ny作用下引起的上撓度f(wàn)my為:fmy=MyL2/(8×0.85EhIo)=3.01cm(↑)由空心板自重引起的下?lián)隙萬(wàn)g為(空心板每延米重q=11.23kN/m):fg=5qL4/(384×0.85EhIo)=1.72cm(↓)則產(chǎn)生的反拱度為:f=fmy+fg=3.01-1.72=1.29cm(↑)假設(shè)混凝土受荷齡期t=90~120d,此時(shí)板梁還處于安裝狀態(tài),即二期恒載還未進(jìn)行施工。則預(yù)應(yīng)力混凝土受荷載作用下的變形fc為:其中徐變系數(shù)?φ(t∞,τ)=1.4,則fc=3.1cm(↑)。2跟蹤測(cè)量方式在揚(yáng)州西北繞城高速公路施工中,先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁共572片,其中對(duì)雙陳分離立交20m空心板梁的312片梁進(jìn)行了全面跟蹤測(cè)量,同時(shí)對(duì)10m、13m空心板也進(jìn)行了部分跟蹤測(cè)量。測(cè)量方法,采用水準(zhǔn)儀測(cè)板梁的兩端和中間三點(diǎn)標(biāo)高,然后利用公式f(a,b,c)=b-(a+c)/2來(lái)計(jì)算反拱值,其中a、c為板兩端標(biāo)高,b為板中間標(biāo)高。20m空心板梁反拱實(shí)測(cè)值見(jiàn)表1,10m、13m、20m空心板反拱實(shí)測(cè)值比較見(jiàn)表2。3混凝土施工中影響預(yù)應(yīng)力的因素通過(guò)對(duì)理論計(jì)算及實(shí)際測(cè)量的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納和比較,對(duì)理論值與實(shí)測(cè)值兩者之間的差異分析如下。(1)板長(zhǎng)不同、受荷齡期相同的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板,反拱度不一樣,它隨著板長(zhǎng)的增長(zhǎng)而增大,反之則減小。由理論計(jì)算結(jié)果得知:板長(zhǎng)為20m放張1~6d時(shí),反拱度平均為12.9mm;板長(zhǎng)為13m放張1~6d時(shí),反拱度平均為12mm;板長(zhǎng)為10m放張1~6d時(shí),反拱度平均為8mm。無(wú)論理論計(jì)算還是實(shí)際測(cè)量得出的結(jié)論都是一樣的。(2)相同板長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板,反拱度也不一樣,實(shí)際測(cè)量的結(jié)果與理論計(jì)算值不一致,而且有時(shí)實(shí)測(cè)值要偏大些。究其主要原因有以下幾個(gè)方面。①與張拉時(shí)控制預(yù)加力有關(guān)。由于項(xiàng)目在施工中采用的是單根張拉、整體放張,雖然施工方便靈活,但張拉時(shí)間較長(zhǎng),各束鋼絞線難以控制受力均衡,再加上人為、環(huán)境等各種因素影響,從而對(duì)張拉力的均勻性不易控制,時(shí)常會(huì)出現(xiàn)張拉力不均勻的現(xiàn)象。②與放張時(shí)混凝土的齡期有關(guān)。由于混凝土的強(qiáng)度隨著齡期增加而提高,其彈性模量同樣伴隨著混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)而增加。目前,在施工過(guò)程中為了加快施工進(jìn)度,在混凝土中摻入外加劑,以使混凝土早強(qiáng),從而能盡早放張。但加入外加劑后,混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)與彈性模量增長(zhǎng)就不一定同步。如果在齡期較短時(shí)施加預(yù)應(yīng)力,就會(huì)直接影響混凝土的反拱度,同時(shí)后期預(yù)應(yīng)力的損失將會(huì)偏大。為了避免放張過(guò)早帶來(lái)的嚴(yán)重后果,在施工中我們采取用同步養(yǎng)生混凝土試件的方法,在保證強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的90%與彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值的100%雙控后放松鋼絞線,并且進(jìn)行緩慢放張,以保證鋼絞線在混凝土中可靠地錨固,防止因?yàn)殇摻g線與混凝土間粘結(jié)力不足而使鋼絞線滑動(dòng),喪失預(yù)應(yīng)力。但在施工中由于各種因素影響,往往現(xiàn)場(chǎng)情況與試驗(yàn)結(jié)果存在一定的差異。在此建議,施工中強(qiáng)度要達(dá)到設(shè)計(jì)要求的指標(biāo),同時(shí)混凝土的彈性模量也要達(dá)到設(shè)計(jì)值的100%后再放張,這樣對(duì)減少板梁預(yù)應(yīng)力損失是非常有利的。③與混凝土的收縮、徐變有關(guān)。在預(yù)應(yīng)力混凝土空心板中,由于混凝土長(zhǎng)期承受預(yù)壓應(yīng)力,因此會(huì)產(chǎn)生徐變、收縮變形,從而使預(yù)應(yīng)力混凝土空心板縮短。通過(guò)理論計(jì)算就可以發(fā)現(xiàn)反拱度隨著徐變的增加而增大,而且由于徐變的影響能使板梁的反拱度增加1~1.5倍左右。一般情況下,混凝土在兩周內(nèi)完成最終徐變的25%,3個(gè)月內(nèi)完成最終徐變的50%,一年內(nèi)完成最終徐變的75%,幾年后就趨于穩(wěn)定。眾所周知,徐變與混凝土的強(qiáng)度關(guān)系密切,在混凝土一定配合比范圍內(nèi),徐變與加荷時(shí)混凝土的強(qiáng)度成反比。因?yàn)榛炷恋膹?qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)而增加,而加荷時(shí)混凝土的齡期會(huì)對(duì)徐變、收縮產(chǎn)生影響。加荷時(shí)混凝土的齡期愈短,徐變愈大;齡期愈長(zhǎng),徐變愈小。因此反拱度與強(qiáng)度成反比,它隨著強(qiáng)度的增加而減小。在施工中影響混凝土強(qiáng)度的主要因素有:材料質(zhì)量的波動(dòng);水灰比;配合比誤差;混凝土的拌和、澆注、振搗密實(shí)程度;溫度、養(yǎng)護(hù)的差異等。影響混凝土收縮、徐變的主要因素有:配合比;水泥品種;集料種類;混凝土的拌和、澆注、振搗工藝;養(yǎng)護(hù)條件;加荷齡期、加載大小及加載時(shí)的水化程度等。在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工中,反拱度過(guò)大確實(shí)給施工帶來(lái)了麻煩,