淺談?lì)A(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工反預(yù)拱度設(shè)置

淺談?lì)A(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工反預(yù)拱度設(shè)置

1.張拉過(guò)程中的實(shí)際起拱與理論值出現(xiàn)的誤差首先，在簡(jiǎn)化成本后，它是一座連續(xù)的箱梁結(jié)構(gòu)體橋，具有許多優(yōu)點(diǎn)。在高速公路橋的建設(shè)中，它具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效應(yīng)，并且在使用方面有所增加。然而,由于施工實(shí)際情況與理論計(jì)算假定存在的必然誤差,在使用過(guò)程中往往出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉后的實(shí)際起拱值與理論值存在一定誤差的情況。有必要對(duì)施工過(guò)程中的相關(guān)因素進(jìn)行逐項(xiàng)分析,找出導(dǎo)致誤差的主要因素。2.預(yù)測(cè)預(yù)制箱梁反弧配置方法的研究2.1體系轉(zhuǎn)換階段對(duì)于先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系而言,在施工和使用過(guò)程中主要包含以下變形:1)預(yù)制箱梁階段,結(jié)構(gòu)為一預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁,預(yù)應(yīng)力反拱(f1)大于自重產(chǎn)生的下?lián)?f2);2)存梁階段,在初始彈性變形的基礎(chǔ)上,徐變作用使上拱繼續(xù)增長(zhǎng),同時(shí),混凝土收縮徐變也使預(yù)應(yīng)力的損失增大,計(jì)算中必須考慮其相互禍合影響;3)體系轉(zhuǎn)換階段,由簡(jiǎn)支體系變?yōu)檫B續(xù)體系時(shí)將產(chǎn)生附加變形(f3);4)成橋狀態(tài),在二期鋪裝荷載作用下出現(xiàn)連續(xù)體系特征的變形(f4);5)使用階段,汽車(chē)、人群等活載作用下的下?lián)?f5),需按規(guī)范中短期效應(yīng)組合系數(shù)進(jìn)行折減,同時(shí)考慮后期的收縮徐變等引起的撓度長(zhǎng)期增長(zhǎng)。根據(jù)規(guī)范規(guī)定,預(yù)拱度應(yīng)按設(shè)置預(yù)應(yīng)力的長(zhǎng)期反拱值與荷載短期效應(yīng)組合計(jì)算的長(zhǎng)期撓度之差。對(duì)于預(yù)應(yīng)力效應(yīng)引起的豎向撓度,在整個(gè)施工過(guò)程中主要包括兩部分:預(yù)制箱梁簡(jiǎn)支體系下的起拱以及體系轉(zhuǎn)換時(shí)頂板合龍束產(chǎn)生的附加變形。荷載短期效應(yīng)組合計(jì)算撓度包括:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支體系下的自重、體系轉(zhuǎn)換后的附加變形、二期恒載的變形、汽車(chē)等活載作用下的變形。最終預(yù)制箱梁的反預(yù)拱度值應(yīng)按下式進(jìn)行設(shè)置:式中:φ(t1,τ)——預(yù)制箱梁預(yù)應(yīng)力束張拉完畢時(shí)的徐變系數(shù);ηθ1——預(yù)制箱梁前期變形的長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù);ηθ2——體系轉(zhuǎn)換后的撓度長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)?；谏鲜龇治?下面就采用基于初等梁理論的桿系有限元方法來(lái)對(duì)先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)制箱梁的反拱度設(shè)置計(jì)算分析。2.2體系轉(zhuǎn)換階段數(shù)值計(jì)算結(jié)果采用基于初等梁理論的桿系有限元橋梁博士V3.0,對(duì)某四跨一聯(lián)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析。根據(jù)預(yù)制箱梁的構(gòu)造尺寸,將每跨劃分為33個(gè)單元,全橋合計(jì)132個(gè)單元,133個(gè)節(jié)點(diǎn)。根據(jù)預(yù)制箱梁的施工步驟,計(jì)算模型主要分為預(yù)應(yīng)力張拉以及體系轉(zhuǎn)換兩個(gè)主要階段,相應(yīng)階段的計(jì)算模型如圖1所示。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可見(jiàn),邊跨在體系轉(zhuǎn)換后的下?lián)献冃温源?在反預(yù)拱度設(shè)置時(shí),以邊跨側(cè)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。式中相應(yīng)的系數(shù)取值如下:(f1-f2)(1+φ(t1,τ))=22.3mm(程序自動(dòng)計(jì)入施工過(guò)程中的收縮徐變)ηθ1=1.425×0.72(式中,1.425為規(guī)范中C50混凝土的撓度長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù),0.72為考慮存梁三個(gè)月影響后長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)折減系數(shù),參考規(guī)范長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)公式及徐變系數(shù)公式后確定)f5=-8×0.7=-5.6mm(式中,0.7為汽車(chē)荷載對(duì)應(yīng)的短期效應(yīng)組合折減系數(shù))將上述系數(shù)代入后得:即本橋預(yù)制箱梁在預(yù)制階段的跨中反預(yù)拱度為16.3mm。3.拉時(shí)梁體混凝土缺陷影響理論計(jì)算表明,在預(yù)應(yīng)力張拉完成時(shí),預(yù)制箱梁應(yīng)起拱14.6mm,至存梁三個(gè)月時(shí)最終起拱在22.4mm,后續(xù)的起拱為7.8mm。而實(shí)測(cè)結(jié)果表明,在預(yù)應(yīng)力張拉完成時(shí),預(yù)制箱梁僅起拱6～8mm,而后續(xù)的起拱則達(dá)到13.1mm。因此,立即組織技術(shù)人員對(duì)箱梁預(yù)制過(guò)程中的相關(guān)工藝進(jìn)行分析,并找出解決起拱過(guò)小問(wèn)題的對(duì)策,保證箱梁施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全。結(jié)合預(yù)制箱梁的施工全過(guò)程中涉及到的各項(xiàng)因素,初步分析后認(rèn)為以下幾方面是影響預(yù)制箱梁起拱不足的關(guān)鍵因素:1)張拉時(shí)梁體混凝土強(qiáng)度;2)鋼鉸線張拉預(yù)應(yīng)力大小;3)制梁臺(tái)座摩阻力大小;4)預(yù)應(yīng)力管道設(shè)置位置及波紋管與鋼鉸線間摩阻力大小;5)拱度的變形滯后現(xiàn)象。下面就通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、取樣和分析論證,逐一對(duì)上述原因進(jìn)行確認(rèn)。(1)張拉時(shí)梁體混凝土強(qiáng)度缺陷影響:張拉時(shí)梁體強(qiáng)度偏大,構(gòu)件剛度較大,導(dǎo)致預(yù)制梁的起拱偏小。要因:(1)因設(shè)計(jì)文件要求張拉時(shí)硅強(qiáng)度要達(dá)到梁體硅設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%,即0.9×50MPa=45MPa,而根據(jù)以往預(yù)制梁體經(jīng)驗(yàn)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%～85%即可;(2)因張拉硅試塊試壓時(shí)間有遲滯現(xiàn)象,導(dǎo)致硅試塊張拉強(qiáng)度偏高。(2)鋼鉸線張拉預(yù)應(yīng)力大小缺陷影響:鋼絞線實(shí)際張拉力小了必然導(dǎo)致梁體起拱度偏小。要因:(1)設(shè)計(jì)文件中對(duì)張拉力的要求為鋼鉸線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的71%,而根據(jù)預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)規(guī)范可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的75%;(2)在將張拉時(shí)施加給預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)加拉應(yīng)力轉(zhuǎn)換成對(duì)錨下控制應(yīng)力也即有效應(yīng)力時(shí)沒(méi)考慮錨口損失力,根據(jù)試驗(yàn)為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的0.87%。(3)制梁臺(tái)座摩阻力大小缺陷影響:臺(tái)座摩阻力過(guò)大導(dǎo)致拱度偏小。要因:(1)預(yù)制梁臺(tái)座采用水磨石面,臺(tái)座面在上鋼筋前涂刷混合機(jī)油,但因機(jī)油本身的潤(rùn)滑作用局限性和人為的涂刷不均勻性導(dǎo)致摩擦阻力增大;(2)臺(tái)座面涂刷完機(jī)油后施工人員不注意時(shí)在上面踩踏蹭去部分機(jī)油或因機(jī)油涂刷時(shí)間與澆筑梁體砼之間的間隙時(shí)間拖延長(zhǎng),導(dǎo)致機(jī)油揮發(fā)、雨水打淋等,從而導(dǎo)致梁體底面與臺(tái)座頂面間摩擦阻力增大;(3)因澆筑鹼時(shí)振動(dòng)棒插入深度大,振動(dòng)棒頭部將預(yù)制臺(tái)座頂面打出許多小坑洼處導(dǎo)致摩擦阻力增大。(4)預(yù)應(yīng)力管道設(shè)置位置及波紋管與鋼鉸線間摩阻力大小缺陷影響:管道位置不正確或達(dá)不到設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求時(shí)導(dǎo)致管道本身線型不暢順、管道彎折處存在急彎變現(xiàn)象時(shí)或波紋管自身管壁阻力大時(shí)將導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋的有效應(yīng)力減小,從而導(dǎo)致拱度值降低。要因:(1)因波紋管的固定設(shè)計(jì)采用1米/道井字型鋼筋架固定,在管道處于直線位置時(shí)尚能保證管道的直順,但在彎曲部位不能保證;(2)砼施工中有過(guò)振泌水和表面泛漿現(xiàn)象,在振搗過(guò)程中波紋管有被振動(dòng)移位現(xiàn)象;波紋管安裝過(guò)程存在施工粗糙、操作不認(rèn)真仔細(xì)現(xiàn)象,波紋管檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)有被焊接時(shí)燒壞管壁現(xiàn)象;(3)有些鋼束沒(méi)有嚴(yán)格按要求進(jìn)行編束,鋼束端頭存在包扎不嚴(yán)現(xiàn)象;(4)通過(guò)砼振搗時(shí)鋼筋骨架的移位現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)砼部分保護(hù)層墊塊不起作用。(5)拱度的變形滯后現(xiàn)象缺陷影響:早期拱度小,后期拱度增大,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)梁體從張拉完成到3個(gè)月后拱度能增加9～14mm。要因:(1)因張拉力通過(guò)壓漿體傳遞預(yù)應(yīng)力到箱梁混凝土的時(shí)間差,導(dǎo)致應(yīng)力滯后,影響時(shí)間持續(xù)長(zhǎng);(2)因箱梁混凝土存在收縮徐變現(xiàn)象,后期拱度增大。4.預(yù)制箱梁施工反預(yù)拱度設(shè)置方法本文針對(duì)預(yù)拱度及反預(yù)拱度設(shè)置理論和規(guī)定,對(duì)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定進(jìn)行研究總結(jié),結(jié)