預應力混凝土空心板梁預拱度計算及施工中的問題

預應力混凝土空心板梁預拱度計算及施工中的問題

在現(xiàn)代高速公路的建設過程中，預制板的使用非常普遍。由于預制板梁的預制設計不合理，施工技術不規(guī)范，導致梁施工后上拱過大，橋面安裝過于薄，導致交通事故多?，F(xiàn)本人根據(jù)丹本高速公路的一些工程實例對預拱度的計算及施工中出現(xiàn)的問題做一下簡要分析。丹本高速公路某橋:5～20.0m先張空心板,與路線前進方向夾角為90°,計算跨徑L=19.60m;采用40號混凝土;預應力鋼絞線采用?j15.24(7?5.0),標準強度為1860MPa,張拉控制應力為1359MPa,鋼絞線中心至板底距離為5cm;設計鋼絞線放張時間為混凝土齡期為14d,混凝土強度達到標準強度85%;空心板按部分預應力A類構件設計。當該橋施工至上部板梁安裝完畢,要進行鉸縫及橋面鋪裝澆筑時,施工單位及監(jiān)理單位共同提供了一份報告:即空心板上拱度普遍達到40～45mm,而原設計混凝土橋面鋪裝僅為8cm厚,請設計單位作一下原因分析及提出處理意見。現(xiàn)根據(jù)該橋情況對空心板理論反拱度作一下計算分析:先張法空心板跨中撓度計算時受力情況可簡化為如下模式:根據(jù)材料力學,分別由共軛梁法進行計算跨中撓度得公式(1)fM=ML22EI(14?a2L2)fΜ=ΜL22EΙ(14-a2L2)公式(2)fq=5qL4384EIfq=5qL4384EΙ根據(jù)本橋數(shù)據(jù)可得:40號混凝土的彈性模量:E=3.3×104MPa空心板換算截面慣性距:I0=0.038m4截面面積:A=0.4296(b)鋼絞線至截面形心距離:Y=0.3506m放張后(即混凝土齡期14d)鋼束所存應力為1268MPa空心板截面剛度為EI=0.85EI0混凝土齡期14d后,可認為混凝土彈性模量已達到其標準彈性模量,所以可把空心板假設為純彈性體,可利用材料力學公式計算跨中撓度。由于施加預應力所引起的空心板跨中反拱度可分別利用公式(1)而得:由于先張預應力靠鋼筋與混凝土之間的粘結力來傳遞,對于40號混凝土而言,該段預應力束傳遞長度Ic=70d=70×0.01524=1.0668m由1號鋼束引起的跨中撓度可計算:M1=N×σy×Ay×Y=6×1268×140×10-3×0.3506=373.4kN·mEI=0.85EI0=0.85×3.3×104×103×0.038=1.066×106kN·(b)a1=[L-(Ly-2×1c)]÷2=[19.6-(19.96-2×1.0668)]÷2=0.8868m利用公式(1)fm1=M1L22EI(14?a2L2)=373.4×19.622×1.066×106(14?0.8868219.62)=0.0167m=16.7fm1=Μ1L22EΙ(14-a2L2)=373.4×19.622×1.066×106(14-0.8868219.62)=0.0167m=16.7mm由于空心板自身恒載產(chǎn)生的下?lián)隙瓤衫霉?2)計算:q=γ×A=25×0.4296=10.74kN/mEI=0.85EI0=0.85×3.3×104×103×0.038=1.066×106kN·(b)根據(jù)公式(2)fq=5qL4384EI=5×10.74×19.64384×1.066×106=0.0194m=19.4mmfq=5qL4384EΙ=5×10.74×19.64384×1.066×106=0.0194m=19.4mm由此可知張拉時空心板上拱度為:fc0=fM1+fM2+fM3+fM4+fM5+fM6-fq=16.7+5.4+5.2+4.9+4.6+2.1-19.4=19.5mm設計存梁期為1個月,此時的空心板上拱度可根據(jù)《橋規(guī)》(JTJ023-85)第5.2.30條計算:fc=fc0×[1+Ψ(t,r)]徐變系數(shù)Ψ(t,r)根據(jù)《橋規(guī)(JTJ023-85)附錄四:Ψ(t,r)=βa(τ)+0.4βd(t-τ)+Ψf[βf(t)-βf(τ)]經(jīng)過查表計算:Ψ(44,14)=0.446所以存梁期1個月時該橋空心板反拱度可計算得:fc=19.5×1.446=28.2mm現(xiàn)經(jīng)過比較可以發(fā)現(xiàn),設計計算反拱度與實際施工存在一定誤差,施工實地反拱度比計算反拱度要大10～15mm。產(chǎn)生這種誤差的原因在哪兒呢?經(jīng)過查證原始記錄資料及實地調(diào)查,該橋施工過程中,部分實際情況與設計模擬情況不盡相同,主要為:(1)張拉時混凝土齡期沒有達到14d。由于施工單位為趕進度,混凝土填加了早強劑,且施工過程中混凝土標號配置比設計混凝土標號略高,致使混凝土試塊過早達到張拉強度,而監(jiān)理單位沒有對預應力張拉采取“混凝土齡期”及“混凝土強度”雙控,使混凝土齡期僅達到3～5d便進行預應力張拉。由于混凝土彈性模量與強度的增長并非同步,所以此時彈性模量遠沒達到設計彈性模量,致使張拉時反拱度便比較大,又預應力張拉過早從而后期混凝土收縮徐變比較大,當存梁期達到1個月時,空心板反拱度增長幅度較大。(2)空心板存梁期過長。由于施工單位預制廠規(guī)模較小,模板及張拉臺具周轉(zhuǎn)過慢,使先施工部分梁板存梁期過長,部分達到2～3個月,從而增大了空心板的反拱度。查明空心板反拱度過大的原因后,空心板的預應力度沒有損失,經(jīng)驗算并請示確定以下處理方案:水泥混凝土橋面鋪裝施工時,要求保證最薄處水泥混凝土鋪裝不小于設計8cm,由于增加水泥混凝土引起的標高誤差由瀝清混凝土鋪裝進行找平順延。經(jīng)過以上計算分析,本人認為預應力空心板橋梁設計及施工應注意以下幾點:①空心板板厚及預應