預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁起拱度的計(jì)算方法

1、預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁起拱度的計(jì)算方法文章編號(hào):1003-4722(2002)04-0031-03預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁起拱度的計(jì)算方法張謝東1,王開(kāi)鳳1,林清2,周成昀2(1.武漢理工大學(xué)交通學(xué)院,湖北武漢430063;2.武漢繞城公路建設(shè)指揮部,湖北武漢430050)摘要:利用預(yù)應(yīng)力混凝土梁彈性-徐變統(tǒng)一計(jì)算理論和桿件有限元的知識(shí),對(duì)某預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的起拱度進(jìn)行計(jì)算,并探討了混凝土徐變系數(shù)的變化對(duì)該橋起拱度的影響。關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力混凝土橋;起拱度;徐變系數(shù);有限元法;計(jì)算方法 中圖分類(lèi)號(hào):448.35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1引言    預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件所使用的

2、材料一般都是高強(qiáng)度材料,相對(duì)普通鋼筋混凝土來(lái)說(shuō),在同樣承載能力下,其截面尺寸較小。因此,應(yīng)注意驗(yàn)算預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的撓度,防止過(guò)大的正負(fù)撓度影響構(gòu)件的正常使用。預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的撓度是由荷載產(chǎn)生的下?lián)隙群推念A(yù)加力引起的起拱度兩部分組成。給定恒載,不難算出預(yù)應(yīng)力施加完畢后的起拱值。但這只是起拱值的一部分。起拱度因受混凝土徐變的影響隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增大。徐變變形與許多因素有關(guān),如混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力大小、加荷時(shí)混凝土的齡期、混凝土的組成成分的品質(zhì)和配合比、結(jié)構(gòu)形狀尺寸以及養(yǎng)護(hù)和使用條件下的溫度與濕度等。實(shí)踐證明,如果施工中對(duì)徐變影響無(wú)控制或控制不當(dāng),由于混凝土徐變引起的起拱將占

3、起拱總值的大部分,即=(1.53.0)或更大。不僅如此,混凝土的收縮和徐變,使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件縮短,因而將引起筋束中的預(yù)拉應(yīng)力的下降,通常稱(chēng)此為預(yù)應(yīng)力損失。顯然,筋束的預(yù)應(yīng)力損失,也相應(yīng)地使混凝土中的預(yù)壓應(yīng)力減小。混凝土的收縮和徐變值越大,則預(yù)應(yīng)力損失值就越大,對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)就越不利1。因此,在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工中,應(yīng)盡量減少混凝土的收縮和徐變,并應(yīng)盡量準(zhǔn)確地確定混凝土的收縮變形和徐變變形值。考慮到混凝土徐變產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜,目前的解釋也不盡相同,而且在露天環(huán)境下工作的橋梁結(jié)構(gòu),影響混凝土徐變的各項(xiàng)因素不易確定,鑒于所有這些變化的原因,精確地確定徐變的大小是不容易的,往往是利用

4、建立在試驗(yàn)資料基礎(chǔ)上的經(jīng)驗(yàn)公式而求得。因此混凝土徐變引起的起拱也是粗略解,缺乏有力的理論公式。在國(guó)內(nèi)許多設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)理工作中,尚未見(jiàn)過(guò)有圖紙給出起拱的設(shè)計(jì)值。橋面標(biāo)高設(shè)計(jì)取值時(shí),也未予以考慮。施工承包人對(duì)起拱普遍缺乏認(rèn)識(shí),也無(wú)相應(yīng)的控制措施,任其發(fā)生,起拱值形形色色,致使安裝后梁整體上下面參差不齊。當(dāng)起拱值過(guò)大,無(wú)法保證橋面鋪裝厚度時(shí),只得調(diào)整路線縱斷面,這方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),國(guó)內(nèi)外都比較多。由于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)有其獨(dú)特的優(yōu)越性,所以它在近數(shù)十年來(lái)得到了迅猛的發(fā)展。但是混凝土徐變的不斷發(fā)展帶來(lái)過(guò)度的起拱,影響結(jié)構(gòu)的正常使用,一直是困擾工程技術(shù)人員的重要問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)內(nèi)外對(duì)徐變進(jìn)行了大量的研究

5、,已經(jīng)根據(jù)這些研究成果獲得了許多計(jì)算方法。但是,這些計(jì)算理論和方法往往很繁雜,并且沒(méi)有相應(yīng)的電算程序,使手算的工作量較大,給工程人員帶來(lái)諸多不便。綜上所述,為了避免起拱度帶來(lái)的諸多麻煩,迫切需要一種能滿足工程實(shí)際的計(jì)算方法,較精確地求得預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的起拱值,從而采取有效措施對(duì)起拱度加以控制。2該橋起拱度的計(jì)算    本研究選取襄樊-十堰高速公路谷城至武當(dāng)山段第十一合同段在建的界牌埡高架橋進(jìn)行了分析計(jì)算。2.1設(shè)計(jì)資料   橋梁全長(zhǎng)90.08,橋面凈寬2×11.184,孔數(shù)3孔,孔徑30,為預(yù)應(yīng)力混凝土梁,上部結(jié)

6、構(gòu)采取先簡(jiǎn)支、后結(jié)構(gòu)連續(xù)的體系。2.2簡(jiǎn)支梁起拱度的計(jì)算   梁?jiǎn)卧淖兾粓D見(jiàn)圖1,利用預(yù)應(yīng)力混凝土梁彈性-徐變統(tǒng)一計(jì)算理論對(duì)該30簡(jiǎn)支梁進(jìn)行起拱度的計(jì)算2,簡(jiǎn)支梁各點(diǎn)的起拱度見(jiàn)表1。圖1梁?jiǎn)卧兾粓D此主題相關(guān)圖片如下：2.3結(jié)構(gòu)連續(xù)體系起拱度的計(jì)算利用桿件有限元理論3,求出張拉負(fù)彎矩鋼束后,形成結(jié)構(gòu)連續(xù)體系的起拱度。表1簡(jiǎn)支梁各點(diǎn)的起拱度此主題相關(guān)圖片如下：   該橋的計(jì)算圖式見(jiàn)圖2。圖2計(jì)算圖式此主題相關(guān)圖片如下：在圖2中,軸為預(yù)應(yīng)力混凝土梁上各截面的橫坐標(biāo),單位為,軸為相應(yīng)截面的起拱度,單位為。點(diǎn)0,3,7,10為支座處,點(diǎn),為

7、張拉負(fù)彎矩鋼束處,點(diǎn)1,5,9為各孔的跨中截面處。節(jié)點(diǎn)數(shù)為11,單元數(shù)為10,求出在后加恒載2(0.1厚的水泥混凝土)和預(yù)壓力的作用下,結(jié)構(gòu)連續(xù)體系各點(diǎn)的起拱度見(jiàn)表2。表2結(jié)構(gòu)連續(xù)體系的起拱度此主題相關(guān)圖片如下：2.4總起拱度的計(jì)算   將簡(jiǎn)支梁的起拱度和結(jié)構(gòu)連續(xù)體系的起拱度合成,可以得到梁上各點(diǎn)的總的起拱度,見(jiàn)表3。    由該橋各點(diǎn)的起拱度計(jì)算結(jié)果可知:邊跨中梁的起拱度的最大值為28.29851,中跨中梁的起拱度的最大值為25.01514,邊跨邊梁的起拱度的最大值為32.68573,中跨邊梁的起拱度的最大值為27.816

8、69。計(jì)算結(jié)果是符合襄樊-十堰高速公路在建的預(yù)應(yīng)力混凝土30梁實(shí)測(cè)的起拱度范圍的。由于混凝土徐變系數(shù)(,)直接受到加載時(shí)混凝土的實(shí)際齡期和計(jì)算齡期的影響,因此,、取值的不同使起拱度也發(fā)生變化。在給定骨料品質(zhì)、混凝土的配合比、養(yǎng)護(hù)環(huán)境等的條件下,該橋各點(diǎn)的起拱度隨、的變化見(jiàn)表4、表5。表4中梁各點(diǎn)的起拱度隨加載齡期和計(jì)算齡期的變化此主題相關(guān)圖片如下：表5邊梁各點(diǎn)的起拱度隨加載齡期和計(jì)算齡期的變化此主題相關(guān)圖片如下：從表4,表5可知:在其它條件相同的情況下,加載齡期越大,梁的起拱度越小,而計(jì)算齡期越大,梁的起拱度越大。因此,施工者不應(yīng)單以混凝土的強(qiáng)度為指標(biāo)(“不低于設(shè)計(jì)規(guī)定,設(shè)計(jì)未規(guī)定時(shí),不應(yīng)低于

9、設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)的75%)決定張拉時(shí)間,而應(yīng)盡可能延長(zhǎng)施加預(yù)應(yīng)力時(shí)的混凝土齡期,以利于減小起拱度。而且,為了防止預(yù)制梁起拱度過(guò)大,預(yù)制梁與現(xiàn)澆橋面混凝土由于齡期差別而產(chǎn)生過(guò)大的收縮差,存梁期不應(yīng)太長(zhǎng),宜按1個(gè)月控制。另外,預(yù)制梁建議設(shè)置向下的二次拋物線反拱,預(yù)制梁梁頂線形應(yīng)與梁底線形一致。3結(jié)語(yǔ)    探討一種較簡(jiǎn)潔的橋梁起拱度的計(jì)算方法,力求解決工程實(shí)際中預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)起拱度難于控制的問(wèn)題,為生產(chǎn)實(shí)際服務(wù)。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn),利用該計(jì)算方法求出的起拱度與實(shí)測(cè)值相吻合,較好地反映了工程實(shí)際情況。參考文獻(xiàn):1葉見(jiàn)曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理.北京:人民交通出版社,1998.                      2易建國(guó).橋梁計(jì)算示例集.北京:人民交通出版社,1993.