預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁上拱原因分析

預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁上拱原因分析

經(jīng)過(guò)大跨徑的填充法，預(yù)制混凝土t梁廣泛應(yīng)用于鐵路和公路橋梁的橋梁建設(shè)。由于在存梁期間沒(méi)有道路鋪裝等二期恒載的作用,T梁處于應(yīng)力釋放狀態(tài),如果時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)使上拱度過(guò)大,使橋面鋪裝出現(xiàn)兩端厚、中間薄的現(xiàn)象,橋面的平整度達(dá)不到要求,嚴(yán)重影響了橋面的工程質(zhì)量。而設(shè)計(jì)部門較少提供解決方案,施工單位的處理也存在較多的困難。規(guī)范對(duì)T梁質(zhì)量要求條款中明確規(guī)定了后張簡(jiǎn)支梁在終張拉后30天時(shí)上拱不大于L/1000mm。引起T梁上拱的因素很復(fù)雜,涉及原材料、施工、T梁存放、環(huán)境溫度等多方面。本文結(jié)合太中銀鐵路清徐制梁場(chǎng)項(xiàng)目給出了彈性上拱及徐變變形的理論計(jì)算方法,對(duì)各因素進(jìn)行分析,找出關(guān)鍵因素,并提出了一套對(duì)控制T梁上拱過(guò)大行之有效的方法和措施。1影響t梁上拱變形的因素后張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支T梁上拱變形主要包括兩部分:彈性壓縮變形和徐變變形。由于施加預(yù)應(yīng)力所產(chǎn)生的不均勻壓縮變形是T梁上拱形成的直接原因,而混凝土的徐變收縮會(huì)進(jìn)一步增大T梁的上拱變形,因此影響因素主要包括預(yù)應(yīng)力、混凝土、T梁的截面特性及存放環(huán)境等。(1)t梁的彈性增長(zhǎng)+徐變收縮變形影響因素:采用的張拉工藝,預(yù)應(yīng)力大小的控制,施加預(yù)應(yīng)力時(shí)混凝土的齡期、強(qiáng)度、彈性模量。采用二次張拉工藝可延長(zhǎng)終張拉齡期,使混凝土的強(qiáng)度和彈性模量充分增長(zhǎng),減小彈性上拱及徐變收縮變形,初張拉可有效減少T梁收縮裂紋,提高T梁的耐久性;預(yù)應(yīng)力的大小對(duì)T梁的彈性上拱起到?jīng)Q定性作用,施加的預(yù)應(yīng)力越大,梁體的上拱值就會(huì)越大,反之亦然;摩阻損失會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力的減小,如果計(jì)算的摩阻損失偏大,則計(jì)算的錨外控制應(yīng)力越大,產(chǎn)生超張拉,上拱值增大,反之,會(huì)導(dǎo)致鋼絞線有效應(yīng)力不足,影響受力。施加預(yù)應(yīng)力時(shí)混凝土的齡期越長(zhǎng),在相同的養(yǎng)護(hù)條件下混凝土的強(qiáng)度及彈性模量會(huì)越大,則張拉彈性上拱及徐變收縮變形會(huì)越小。(2)粗骨料的用量影響因素:混凝土澆筑工藝,混凝土原材料及配合比,混凝土養(yǎng)護(hù)方式等?；炷恋馁|(zhì)量主要對(duì)強(qiáng)度和彈性模量產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響混凝土的徐變。徐變主要來(lái)自硬化的水泥石,粗骨料對(duì)水泥石的徐變起到約束作用,這種約束作用取決于粗骨料的強(qiáng)度和所占的體積含量,強(qiáng)度越高、所占比例越大,徐變?cè)叫?徐變與水灰比、水泥用量有關(guān),水灰比越大,徐變量越大,水泥用量越大,徐變量越大,水灰比的影響比水泥的用量對(duì)徐變的影響大,水泥品種會(huì)影響施加預(yù)應(yīng)力時(shí)混凝土的強(qiáng)度,因而也對(duì)徐變產(chǎn)生影響,摻減水劑或高效減水劑基本上不會(huì)對(duì)混凝土的徐變產(chǎn)生影響,一般摻量的引氣劑也對(duì)徐變沒(méi)有明顯的影響;振搗密實(shí)及養(yǎng)護(hù)好的混凝土的徐變量小,常溫下養(yǎng)護(hù)的T梁徐變比通過(guò)蒸汽養(yǎng)護(hù)的T梁的徐變大。(3)t梁的長(zhǎng)度影響因素:T梁的長(zhǎng)度、自重、跨中截面慣性矩等。在相同的截面尺寸下,T梁的長(zhǎng)度越長(zhǎng),自重越大,為克服自重及保證受力性能所施加的預(yù)應(yīng)力也就越大,T梁的彈性上拱值會(huì)越大;跨中截面慣性矩越大,則抵抗上拱變形的能力會(huì)越強(qiáng),彈性上拱變形會(huì)越小。(4)t梁上拱值對(duì)徐變的影響影響因素:T梁的存放方式,存放時(shí)間、存放時(shí)環(huán)境的溫濕度等。在相同條件下,單層存放T梁上拱值大于雙層存放時(shí)下層T梁的上拱值;存放支點(diǎn)間間距越大,自重產(chǎn)生的作用效應(yīng)越大,T梁上拱值越小;在未施加二期恒載條件下,存放時(shí)間越長(zhǎng),T梁上拱值越大。影響徐變最主要的外界因素之一是混凝土周圍環(huán)境空氣的溫、濕度。相對(duì)濕度較低時(shí)混凝土徐變較大。2t梁撓度的計(jì)算在撓度計(jì)算中,作以下幾點(diǎn)基本假設(shè):(1)把預(yù)應(yīng)力視為作用在T梁上并隨時(shí)間變化而變化的外荷載。忽略T梁內(nèi)鋼筋對(duì)混凝土材料的不均勻影響因素,將T梁視作均質(zhì)材料構(gòu)件。(2)計(jì)算梁抗彎剛度時(shí),采用全截面的換算慣性矩I0。(3)混凝土彈性模量Eh是隨時(shí)間增加而增加的,為了簡(jiǎn)化計(jì)算,《公路橋規(guī)》規(guī)定,對(duì)于全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件以及A類部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,在撓度計(jì)算過(guò)程中采用不變的抗彎剛度B0=0.85EcI0。T梁在預(yù)制及存放過(guò)程中產(chǎn)生的撓度變形主要由兩部分組成:預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的上拱值(fp),梁體自重產(chǎn)生的撓度(fg),并考慮徐變的影響。即,f=fp-fg(1)預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的上拱度可分三部分進(jìn)行計(jì)算,傳力錨固時(shí)的上拱度f(wàn)pi、預(yù)應(yīng)力損失引起的撓度變化△fp1和混凝土徐變引起的撓度變化△fp2。fpi=∫L0MpMˉˉˉˉ0.85EcI0=548Npe00.85EcI0L2(2)fpi=∫0LΜpΜˉ0.85EcΙ0=548Νpe00.85EcΙ0L2(2)fp1=fpi-fp1(3)fp2=(fpi-fp1)φ∞/2(4)fp=-fpi+(fpi-fp1)-(fpi+fp1)φ∞/2=-(fp1+(fpi+fp1)φ∞/2)(5)式中,fp1為減去預(yù)應(yīng)力損失后剩余有效預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的上拱值;φ∞為混凝土徐變系數(shù)最終值?？紤]徐變影響后,簡(jiǎn)支梁跨中撓度計(jì)算式:fg=αMgl20.85EcI0(1+φ∞)(6)fg=αΜgl20.85EcΙ0(1+φ∞)(6)式中,l為梁的計(jì)算跨徑;α為撓度系數(shù),計(jì)算中α=5/48;Mg為自重產(chǎn)生的跨中彎矩;I0為構(gòu)件全截面的換算截面慣性矩。3預(yù)應(yīng)力管道錨索的設(shè)計(jì)太中銀高速鐵路清徐梁場(chǎng)共需制3052片T梁,其結(jié)構(gòu)參數(shù):主梁計(jì)算跨徑L=32m,邊梁自重:146.31t,中梁自重:146.37t。梁體混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C55,混凝土的彈性模量Ec=3.55×104MPa;預(yù)應(yīng)力鋼筋采用公稱直徑為15.2mm的鋼絞線,抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fpd=1860MPa,彈性模量Ep=1.95×105MPa,每束鋼絞線面積Ap=140mm2。用自錨拉絲體系錨固,采用夾片式錨具?？v向預(yù)應(yīng)力管道采用抽拔橡膠管成孔。根據(jù)梁的截面尺寸和配筋情況,將梁分為邊梁和中梁。梁的尺寸見(jiàn)圖1。以32m直線T梁為例,對(duì)直線中梁和直線邊梁終張拉之后的上拱值進(jìn)行理論計(jì)算,理論計(jì)算值見(jiàn)圖2。從圖2可知:(1)在終張拉完成之后的30d內(nèi),T梁跨中的理論上拱值增長(zhǎng)較快。T梁在終張拉30d后,32m直線中梁的理論上拱值為47mm,直線邊梁的理論上拱值為52mm。根據(jù)技術(shù)條件要求,終張拉30d后T梁跨中較兩端支點(diǎn)水平線的上拱度不大于L/1000mm即32.6mm,因此需要采取控制措施降低上拱度。(2)在終張拉30d至1年期間內(nèi),由于徐變作用影響,T梁的理論上拱值仍會(huì)增長(zhǎng),但增長(zhǎng)速度較慢,存放一年后中、邊梁的理論上拱值分別為58mm和64mm。即一年后的上拱值會(huì)比終張拉30d后的上拱值有10mm左右的增長(zhǎng)。4反拱方程的擬合根據(jù)理論計(jì)算的梁體上拱值以及參考設(shè)計(jì)圖紙給出的T梁上拱理論值,將直線梁的臺(tái)座跨中反拱值設(shè)置為38mm。反拱方程為:y=-4×0.038×(L-x)·x/L2式中,L為T梁全長(zhǎng),m,臺(tái)座形式見(jiàn)圖3。對(duì)該臺(tái)座和模板所制的T梁進(jìn)行后期觀測(cè),測(cè)得結(jié)果如下表1所示。上拱度平均值為45.7mm,抵消臺(tái)座跨中反拱值38mm后,上拱度為6mm,較為合理,滿足規(guī)范要求。5確定上拱值目標(biāo)條件(1)徐變引起的上拱變形是不容忽視的,應(yīng)采取相應(yīng)措施,使預(yù)應(yīng)力T梁上拱值滿足設(shè)計(jì)相關(guān)要求,保證線路的平順與穩(wěn)定,保障行車的安全與