先張法預應力混凝土空心板施工技術

預制混凝土構件的一個顯著特點是薄彎曲。這也是評價預算混凝土結構質量的重要指標。在先張預應力混凝土構件施工中,從張拉到混凝土澆注再到放張,每道工序都直接關系到結構質量及使用壽命,因此在施工中應引起足夠重視。1偏心預加力ny作用下的fmy先張法預應力混凝土空心板施工的工藝流程示意如圖1所示。先張法預應力混凝土構件施工需要設有專門的臺座,在澆注混凝土前將鋼絞線臨時固定在臺座上進行張拉,然后澆注混凝土,待混凝土達到一定強度后,放松并切斷鋼絞線,通過鋼絞線與混凝土之間的粘結力,使混凝土獲得有效預加力Ny,在預加力Ny及預加力彎矩My=Ny×ey(ey為偏心距)作用下,構件下邊緣各點均受壓,上邊緣各點均受拉,從而產生向上的反拱度fmy,它是在偏心預加力Ny作用下引起的。1.1非預應力筋彈性模量雙陳分離式立交橋:標準跨徑L=20m,預應力束采用?φJ=15.24mm鋼絞線,公稱面積A=140.00mm2,標準抗拉強度Rbyyb=1860MPa,彈性模量Ey=1.95×105MPa;非預應力筋采用?φ12鋼筋,鋼筋彈性模量Eg=2.0×105MPa;混凝土強度等級為C50,彈性模量Eh=3.5×104MPa。1.2計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根非預應力筋截面積: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換算截面對空心板毛截面重心的靜矩為:Sy=3935.57cm3換算截面重心對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力:σk=0.72Ryb=0.72×1860=1339.2MPa;應力損失估算:σs=σs2+σs3+σs4+σs5+σs6=181.1MPa,其中:σs2為錨具變形等引起的應力損失,σs2=△L×Ey/L=24.8MPa;σs3為自然養生產生的應力損失,σs3=0;σs4為鋼絞線松弛引起的應力損失,σs4=0.0168×σk=22.5MPa;σs5為混凝土彈性壓縮所引起的應力損失,σs5=ny(Nyo/Ao+NyoEy2/Io)=32.2MPa;σs6為混凝土收縮、徐變引起的應力損失,在混凝土受荷載時的實際齡期為t=1~6d時,σs6=101.6MPa。則有效預應力σy=σk—σs=1158.1MPa。放松預應力鋼絞線產生預加力Ny及偏心彎矩My為:Ny=σyAy=2269.876kNMy=Nyey=785.38kN·m由預加力Ny作用下引起的上撓度fmy為:fmy=MyL2/(8×0.85EhIo)=3.01cm(↑)由空心板自重引起的下撓度fg為(空心板每延米重q=11.23kN/m):fg=5qL4/(384×0.85EhIo)=1.72cm(↓)則產生的反拱度為:f=fmy+fg=3.01-1.72=1.29cm(↑)假設混凝土受荷齡期t=90~120d,此時板梁還處于安裝狀態,即二期恒載還未進行施工。則預應力混凝土受荷載作用下的變形fc為:其中徐變系數?φ(t∞,τ)=1.4,則fc=3.1cm(↑)。2跟蹤測量方式在揚州西北繞城高速公路施工中,先張法預應力混凝土空心板梁共572片,其中對雙陳分離立交20m空心板梁的312片梁進行了全面跟蹤測量,同時對10m、13m空心板也進行了部分跟蹤測量。測量方法,采用水準儀測板梁的兩端和中間三點標高,然后利用公式f(a,b,c)=b-(a+c)/2來計算反拱值,其中a、c為板兩端標高,b為板中間標高。20m空心板梁反拱實測值見表1,10m、13m、20m空心板反拱實測值比較見表2。3混凝土施工中影響預應力的因素通過對理論計算及實際測量的大量數據進行歸納和比較,對理論值與實測值兩者之間的差異分析如下。(1)板長不同、受荷齡期相同的預應力混凝土空心板,反拱度不一樣,它隨著板長的增長而增大,反之則減小。由理論計算結果得知:板長為20m放張1~6d時,反拱度平均為12.9mm;板長為13m放張1~6d時,反拱度平均為12mm;板長為10m放張1~6d時,反拱度平均為8mm。無論理論計算還是實際測量得出的結論都是一樣的。(2)相同板長的預應力混凝土空心板,反拱度也不一樣,實際測量的結果與理論計算值不一致,而且有時實測值要偏大些。究其主要原因有以下幾個方面。①與張拉時控制預加力有關。由于項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,但張拉時間較長,各束鋼絞線難以控制受力均衡,再加上人為、環境等各種因素影響,從而對張拉力的均勻性不易控制,時常會出現張拉力不均勻的現象。②與放張時混凝土的齡期有關。由于混凝土的強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度增長而增加。目前,在施工過程中為了加快施工進度,在混凝土中摻入外加劑,以使混凝土早強,從而能盡早放張。但加入外加劑后,混凝土的強度增長與彈性模量增長就不一定同步。如果在齡期較短時施加預應力,就會直接影響混凝土的反拱度,同時后期預應力的損失將會偏大。為了避免放張過早帶來的嚴重后果,在施工中我們采取用同步養生混凝土試件的方法,在保證強度達到設計值的90%與彈性模量達到設計值的100%雙控后放松鋼絞線,并且進行緩慢放張,以保證鋼絞線在混凝土中可靠地錨固,防止因為鋼絞線與混凝土間粘結力不足而使鋼絞線滑動,喪失預應力。但在施工中由于各種因素影響,往往現場情況與試驗結果存在一定的差異。在此建議,施工中強度要達到設計要求的指標,同時混凝土的彈性模量也要達到設計值的100%后再放張,這樣對減少板梁預應力損失是非常有利的。③與混凝土的收縮、徐變有關。在預應力混凝土空心板中,由于混凝土長期承受預壓應力,因此會產生徐變、收縮變形,從而使預應力混凝土空心板縮短。通過理論計算就可以發現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,混凝土在兩周內完成最終徐變的25%,3個月內完成最終徐變的50%,一年內完成最終徐變的75%,幾年后就趨于穩定。眾所周知,徐變與混凝土的強度關系密切,在混凝土一定配合比范圍內,徐變與加荷時混凝土的強度成反比。因為混凝土的強度隨著齡期的增長而增加,而加荷時混凝土的齡期會對徐變、收縮產生影響。加荷時混凝土的齡期愈短,徐變愈大;齡期愈長,徐變愈小。因此反拱度與強度成反比,它隨著強度的增加而減小。在施工中影響混凝土強度的主要因素有:材料質量的波動;水灰比;配合比誤差;混凝土的拌和、澆注、振搗密實程度;溫度、養護的差異等。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;養護條件;加荷齡期、加載大小及加載時的水化程度等。在預應力混凝土橋梁施工中,反拱度過大確實給施工帶來了麻煩,