淺談預應力混凝土箱梁施工反預拱度設置

1.張拉過程中的實際起拱與理論值出現的誤差首先，在簡化成本后，它是一座連續的箱梁結構體橋，具有許多優點。在高速公路橋的建設中，它具有良好的經濟和社會效應，并且在使用方面有所增加。然而,由于施工實際情況與理論計算假定存在的必然誤差,在使用過程中往往出現預應力張拉后的實際起拱值與理論值存在一定誤差的情況。有必要對施工過程中的相關因素進行逐項分析,找出導致誤差的主要因素。2.預測預制箱梁反弧配置方法的研究2.1體系轉換階段對于先簡支后連續結構體系而言,在施工和使用過程中主要包含以下變形:1)預制箱梁階段,結構為一預應力混凝土簡支梁,預應力反拱(f1)大于自重產生的下撓(f2);2)存梁階段,在初始彈性變形的基礎上,徐變作用使上拱繼續增長,同時,混凝土收縮徐變也使預應力的損失增大,計算中必須考慮其相互禍合影響;3)體系轉換階段,由簡支體系變為連續體系時將產生附加變形(f3);4)成橋狀態,在二期鋪裝荷載作用下出現連續體系特征的變形(f4);5)使用階段,汽車、人群等活載作用下的下撓(f5),需按規范中短期效應組合系數進行折減,同時考慮后期的收縮徐變等引起的撓度長期增長。根據規范規定,預拱度應按設置預應力的長期反拱值與荷載短期效應組合計算的長期撓度之差。對于預應力效應引起的豎向撓度,在整個施工過程中主要包括兩部分:預制箱梁簡支體系下的起拱以及體系轉換時頂板合龍束產生的附加變形。荷載短期效應組合計算撓度包括:結構簡支體系下的自重、體系轉換后的附加變形、二期恒載的變形、汽車等活載作用下的變形。最終預制箱梁的反預拱度值應按下式進行設置:式中:φ(t1,τ)——預制箱梁預應力束張拉完畢時的徐變系數;ηθ1——預制箱梁前期變形的長期增長系數;ηθ2——體系轉換后的撓度長期增長系數。基于上述分析,下面就采用基于初等梁理論的桿系有限元方法來對先簡支后連續預制箱梁的反拱度設置計算分析。2.2體系轉換階段數值計算結果采用基于初等梁理論的桿系有限元橋梁博士V3.0,對某四跨一聯的結構進行建模分析。根據預制箱梁的構造尺寸,將每跨劃分為33個單元,全橋合計132個單元,133個節點。根據預制箱梁的施工步驟,計算模型主要分為預應力張拉以及體系轉換兩個主要階段,相應階段的計算模型如圖1所示。根據上述計算結果可見,邊跨在體系轉換后的下撓變形略大,在反預拱度設置時,以邊跨側為標準進行。式中相應的系數取值如下:(f1-f2)(1+φ(t1,τ))=22.3mm(程序自動計入施工過程中的收縮徐變)ηθ1=1.425×0.72(式中,1.425為規范中C50混凝土的撓度長期增長系數,0.72為考慮存梁三個月影響后長期增長系數折減系數,參考規范長期增長系數公式及徐變系數公式后確定)f5=-8×0.7=-5.6mm(式中,0.7為汽車荷載對應的短期效應組合折減系數)將上述系數代入后得:即本橋預制箱梁在預制階段的跨中反預拱度為16.3mm。3.拉時梁體混凝土缺陷影響理論計算表明,在預應力張拉完成時,預制箱梁應起拱14.6mm,至存梁三個月時最終起拱在22.4mm,后續的起拱為7.8mm。而實測結果表明,在預應力張拉完成時,預制箱梁僅起拱6～8mm,而后續的起拱則達到13.1mm。因此,立即組織技術人員對箱梁預制過程中的相關工藝進行分析,并找出解決起拱過小問題的對策,保證箱梁施工質量和結構安全。結合預制箱梁的施工全過程中涉及到的各項因素,初步分析后認為以下幾方面是影響預制箱梁起拱不足的關鍵因素:1)張拉時梁體混凝土強度;2)鋼鉸線張拉預應力大小;3)制梁臺座摩阻力大小;4)預應力管道設置位置及波紋管與鋼鉸線間摩阻力大小;5)拱度的變形滯后現象。下面就通過對施工現場調查、取樣和分析論證,逐一對上述原因進行確認。(1)張拉時梁體混凝土強度缺陷影響:張拉時梁體強度偏大,構件剛度較大,導致預制梁的起拱偏小。要因:(1)因設計文件要求張拉時硅強度要達到梁體硅設計強度的90%,即0.9×50MPa=45MPa,而根據以往預制梁體經驗達到設計強度的75%～85%即可;(2)因張拉硅試塊試壓時間有遲滯現象,導致硅試塊張拉強度偏高。(2)鋼鉸線張拉預應力大小缺陷影響:鋼絞線實際張拉力小了必然導致梁體起拱度偏小。要因:(1)設計文件中對張拉力的要求為鋼鉸線標準強度的71%,而根據預應力設計規范可達到標準強度的75%;(2)在將張拉時施加給預應力筋的預加拉應力轉換成對錨下控制應力也即有效應力時沒考慮錨口損失力,根據試驗為設計強度的0.87%。(3)制梁臺座摩阻力大小缺陷影響:臺座摩阻力過大導致拱度偏小。要因:(1)預制梁臺座采用水磨石面,臺座面在上鋼筋前涂刷混合機油,但因機油本身的潤滑作用局限性和人為的涂刷不均勻性導致摩擦阻力增大;(2)臺座面涂刷完機油后施工人員不注意時在上面踩踏蹭去部分機油或因機油涂刷時間與澆筑梁體砼之間的間隙時間拖延長,導致機油揮發、雨水打淋等,從而導致梁體底面與臺座頂面間摩擦阻力增大;(3)因澆筑鹼時振動棒插入深度大,振動棒頭部將預制臺座頂面打出許多小坑洼處導致摩擦阻力增大。(4)預應力管道設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不到設計和施工規范要求時導致管道本身線型不暢順、管道彎折處存在急彎變現象時或波紋管自身管壁阻力大時將導致預應力筋的有效應力減小,從而導致拱度值降低。要因:(1)因波紋管的固定設計采用1米/道井字型鋼筋架固定,在管道處于直線位置時尚能保證管道的直順,但在彎曲部位不能保證;(2)砼施工中有過振泌水和表面泛漿現象,在振搗過程中波紋管有被振動移位現象;波紋管安裝過程存在施工粗糙、操作不認真仔細現象,波紋管檢查時發現有被焊接時燒壞管壁現象;(3)有些鋼束沒有嚴格按要求進行編束,鋼束端頭存在包扎不嚴現象;(4)通過砼振搗時鋼筋骨架的移位現象,發現砼部分保護層墊塊不起作用。(5)拱度的變形滯后現象缺陷影響:早期拱度小,后期拱度增大,根據經驗梁體從張拉完成到3個月后拱度能增加9～14mm。要因:(1)因張拉力通過壓漿體傳遞預應力到箱梁混凝土的時間差,導致應力滯后,影響時間持續長;(2)因箱梁混凝土存在收縮徐變現象,后期拱度增大。4.預制箱梁施工反預拱度設置方法本文針對預拱度及反預拱度設置理論和規定,對《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設規范》相關規定進行研究總結,結