預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁預(yù)拱度計(jì)算及施工中的問(wèn)題

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁預(yù)拱度計(jì)算及施工中的問(wèn)題

在現(xiàn)代高速公路的建設(shè)過(guò)程中，預(yù)制板的使用非常普遍。由于預(yù)制板梁的預(yù)制設(shè)計(jì)不合理，施工技術(shù)不規(guī)范，導(dǎo)致梁施工后上拱過(guò)大，橋面安裝過(guò)于薄，導(dǎo)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(shí)例對(duì)預(yù)拱度的計(jì)算及施工中出現(xiàn)的問(wèn)題做一下簡(jiǎn)要分析。丹本高速公路某橋:5～20.0m先張空心板,與路線前進(jìn)方向夾角為90°,計(jì)算跨徑L=19.60m;采用40號(hào)混凝土;預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用?j15.24(7?5.0),標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa,張拉控制應(yīng)力為1359MPa,鋼絞線中心至板底距離為5cm;設(shè)計(jì)鋼絞線放張時(shí)間為混凝土齡期為14d,混凝土強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度85%;空心板按部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件設(shè)計(jì)。當(dāng)該橋施工至上部板梁安裝完畢,要進(jìn)行鉸縫及橋面鋪裝澆筑時(shí),施工單位及監(jiān)理單位共同提供了一份報(bào)告:即空心板上拱度普遍達(dá)到40～45mm,而原設(shè)計(jì)混凝土橋面鋪裝僅為8cm厚,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位作一下原因分析及提出處理意見(jiàn)?，F(xiàn)根據(jù)該橋情況對(duì)空心板理論反拱度作一下計(jì)算分析:先張法空心板跨中撓度計(jì)算時(shí)受力情況可簡(jiǎn)化為如下模式:根據(jù)材料力學(xué),分別由共軛梁法進(jìn)行計(jì)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(hào)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(yīng)力為1268MPa空心板截面剛度為EI=0.85EI0混凝土齡期14d后,可認(rèn)為混凝土彈性模量已達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)彈性模量,所以可把空心板假設(shè)為純彈性體,可利用材料力學(xué)公式計(jì)算跨中撓度。由于施加預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力靠鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力來(lái)傳遞,對(duì)于40號(hào)混凝土而言,該段預(yù)應(yīng)力束傳遞長(zhǎng)度Ic=70d=70×0.01524=1.0668m由1號(hào)鋼束引起的跨中撓度可計(jì)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(jì)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(shí)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(shè)計(jì)存梁期為1個(gè)月,此時(shí)的空心板上拱度可根據(jù)《橋規(guī)》(JTJ023-85)第5.2.30條計(jì)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(guò)查表計(jì)算:Ψ(44,14)=0.446所以存梁期1個(gè)月時(shí)該橋空心板反拱度可計(jì)算得:fc=19.5×1.446=28.2mm現(xiàn)經(jīng)過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn),設(shè)計(jì)計(jì)算反拱度與實(shí)際施工存在一定誤差,施工實(shí)地反拱度比計(jì)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(guò)查證原始記錄資料及實(shí)地調(diào)查,該橋施工過(guò)程中,部分實(shí)際情況與設(shè)計(jì)模擬情況不盡相同,主要為:(1)張拉時(shí)混凝土齡期沒(méi)有達(dá)到14d。由于施工單位為趕進(jìn)度,混凝土填加了早強(qiáng)劑,且施工過(guò)程中混凝土標(biāo)號(hào)配置比設(shè)計(jì)混凝土標(biāo)號(hào)略高,致使混凝土試塊過(guò)早達(dá)到張拉強(qiáng)度,而監(jiān)理單位沒(méi)有對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉采取“混凝土齡期”及“混凝土強(qiáng)度”雙控,使混凝土齡期僅達(dá)到3～5d便進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。由于混凝土彈性模量與強(qiáng)度的增長(zhǎng)并非同步,所以此時(shí)彈性模量遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到設(shè)計(jì)彈性模量,致使張拉時(shí)反拱度便比較大,又預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)早從而后期混凝土收縮徐變比較大,當(dāng)存梁期達(dá)到1個(gè)月時(shí),空心板反拱度增長(zhǎng)幅度較大。(2)空心板存梁期過(guò)長(zhǎng)。由于施工單位預(yù)制廠規(guī)模較小,模板及張拉臺(tái)具周轉(zhuǎn)過(guò)慢,使先施工部分梁板存梁期過(guò)長(zhǎng),部分達(dá)到2～3個(gè)月,從而增大了空心板的反拱度。查明空心板反拱度過(guò)大的原因后,空心板的預(yù)應(yīng)力度沒(méi)有損失,經(jīng)驗(yàn)算并請(qǐng)示確定以下處理方案:水泥混凝土橋面鋪裝施工時(shí),要求保證最薄處水泥混凝土鋪裝不小于設(shè)計(jì)8cm,由于增加水泥混凝土引起的標(biāo)高誤差由瀝清混凝土鋪裝進(jìn)行找平順延。經(jīng)過(guò)以上計(jì)算分析,本人認(rèn)為預(yù)應(yīng)力空心板橋梁設(shè)計(jì)及施工應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①空心板板厚及預(yù)應(yīng)