混凝土T梁有效预应力与预拱度之间的联系与影响

1、混凝土 T 梁有效预应力与预拱度之间的联系与影响苏 玲，王永平 （ 北京市建设工程质量第三检测所重庆分 公司 重庆市 400074） 摘 要： 混凝土 T 梁预拱度的设置能 够有效综合后期自重及短期荷载引起的正弯矩， T 梁的拱度 主要在 T 梁预制期间完成， 拱度的大小能够间接反应 T 梁有 效预应力的大小。 针对云南某高速， 采用 Midas/Civil 软件对 施工期间 T 梁预拱度进行模拟分析， 并与现场实测预拱度进 行比对，分析有效预应力及其他因素对预拱度的影响，从而 在T梁施工过程中，通过预拱度的大小判断有效预应力的大 小，为施工提供指导。 关键词： 混凝圭 T 梁；有效预应力；

2、预拱度 简支梁桥在我国已经具有很成熟的技术和理论，在 运营中的很多桥都会因为预拱度不够导致桥梁在后期出现 开裂等现象，更为严重的也出现过桥梁垮塌等。目前新建项 目简支梁或者连续梁桥一般都采用预制 T 梁。在施工过程中 多采用后张法预制混凝土 T 梁， 影响预拱度最大的因素就是 预应力的施加了，所以本文针对云南某高速公路预制 T 梁， 通过 Midas/Civil 软件模拟施工过程中预拱度与有效预应力 之间的关系， 并且分析其他因素对 T 梁预拱度的影响。 1 预 拱度 桥梁在后期运营时受到车辆及自重等荷载影响，会向 下产生弯曲也就是正弯矩。预拱度的设置是通过张拉预埋钢 绞线使梁体向上弯曲产生负

3、弯矩，以综合后期所产生的正弯 矩。这样一来混凝土梁底部就不会处于受拉状态，混凝土梁 会处于一个安全的状态。 2 影响预拱度的因素 (1) 预应力影 响 钢绞线的张拉力即预应力是预拱度的主要影响因素，预 应力施加小于设计值预拱度不够，在后期荷载作用下梁体底 部会出现受拉情况，从而使梁底部出现裂缝降低有效面积； 预应力施加大于设计值，会使顶板承受过大的拉力，混凝土 可能会出现裂缝，此外会造成桥面线形不平顺给行车带来颠 簸。 (2) 收缩徐变影响 除了预应力对预拱度有较大的影响， 混凝土收缩徐变也会对预拱度有一定的影响。在荷载作用下 随着时间的变化梁体会发生收缩徐变，使得梁体的预拱度减 小导致梁体底

4、部受拉开裂。混凝土收缩徐变是无法克服的因 素，在混凝土梁设计的时候就已经予以考虑。为了有效控制 收缩徐变对预拱度的影响，施工时需要严格按照设计图纸进 行选材浇筑。 (3) 其他影响因素 因为预拱度主要是靠钢绞线 的张拉力实现，如果预应力由于某种原因造成损失，那么这 种因素也会间接影响梁体预拱度。主要有温度、湿度、管道 摩阻力、锚具变形回缩、锚圈口摩阻损失、原材料、水灰比 等诸多因素，其主要是通过影响混凝土预应力造成预应力损 失进而会使预拱度减小。所以在施工过程中一定要严格控制 每一个环节，这样才可以保证梁体有足够的预拱度。 3 模 型建立 依托于云南某条高速， 使用 Midas/Civil 软

5、件对 30mT 梁在张拉过程中进行模拟分析并与现场测试进行对比。主梁采用 C50 混凝土，钢绞线采用 fpk=1860MPa ，钢绞线张拉 力控制值 1395MPa ，管道摩擦系数为 0.155 ，孔道偏位系数 为 0.0115 ，断面布置 3 束钢绞线，顶部 N1 为 9 根钢绞线， 底部两根N2、N3平行布置每束8根钢绞线，张拉顺序：N1（ 次张拉到控制力的100%） N2（ 一次张拉至控制张拉力的 50%） N3（ 一次张拉至控制力的 100%） N2（二次张拉到控 制力的 100%） 。工况 1：张拉 N1 至 100%；工况 2：张拉 N2 至 50%；工况 3：张拉 N3 至 10

6、0%；工况 4：张拉 N2 至 100% 。图 1 为简化模型图，图 2 为位移等值线图。 图 1 30mT 梁简化模型图 图 2 30mT 梁位移等值线图 3.1 预应 力对预拱度的影响 针对不同工况分析各工况对预拱度的影 响，具体见图 3。 图 3 不同工况对预拱度影响图 从图 3 中 可以看出，随着不同工况的发生， T 梁预拱度开始发生变化 并且随着预应力的增加预拱度也在增加。其中工况一最大预 拱度为 10.27mm ，工况二最大预拱度为 14.89mm ；工况三 最大预拱度为 23.98mm ；工况四最大预拱度为 29.68mm 。 其中工况一预应力荷载为 1758kN ，工况 2预应

7、力荷载为 781 kN ，累计荷载为 2539kN ，工况三预应力荷载为 1562kN ， 累计荷载为 4101kN ，工况四预应力荷载为 781 kN ，累计 荷载为 4882kN 。具体见表 1 。 表 1 不同工况下预应力荷载 及竖向位移表工况一二三四荷载 /kN17587811562781 累计 荷载 /kN1758253941014882位移 /mm10.274.629.095.7 累 计位移 /mm10.2714.8923.9829.68 根据图 4 回归分析可知， 梁体的预拱度与预应力有很好的相关性。由分析可知预应力 是影响预拱度的主要因素。 图 4 预应力荷载与预拱度回归 分析

8、 由表 1 及图 4 可以知道，随着预应力的不断增加梁体 的预拱度值也会不断增加。所以在施工过程中可以在每个张 拉阶段去量测梁底跨中预拱度的起拱值，与张拉力进行相互 比对，从而可以更加精确地控制张拉力与起拱度。 3.2 收缩 徐变对预拱度的影响 混凝土收缩徐变会对梁体产生体积上 的变化，从而会影响到梁体的预拱度。图 5 中分析了在施工 阶段不同工况下混凝土收缩徐变对梁体的预拱度的影响。 从图 5 中可以看出，在不施加预应力时自重荷载作用下会使 梁体产生向下的竖向位移， 最大位移值为 8.129mm ，在工况 一的情况下收缩徐变产生的竖向最大位移为 8.088mm ，在工 况二的情况下收缩徐变产

9、生的竖向最大位移为 8.027mm ，在 工况三的情况下收缩徐变产生的竖向最大位移为 7.928mm ， 在工况四的情况下收缩徐变产生的竖向最大位移为 7.805mm 。并且由图可见随着预应力荷载的增大，有效的减 少了收缩徐变对梁体竖向产生的位移。 3.3 现场实测数据 通过对现场 30 片 30m 混凝土预制 T 梁进行有效预应力及其 对应的起拱度进行测试， 现场测试发现每片 T 梁有效预应力 普遍偏低250375kN，因为施工单位在施工过程中没有考 虑锚圈口摩阻损失。具体见表 2 现场实测数据，利用现场实测起拱度按照图 4 中回归公式进行回归分析得出相应有效预 应力，将实测有效预应力与回归

10、分析得出有效预应力进行对 比分析， 利用 SPSS 软件对二者之间差值进行统计分析具体 见表 3 及图 6。 图 5 不同工况下收缩徐变对预拱度影响图 表 2 现场预拱度及有效预应力测试值与回归分析值对比表 编号 123456789101112131415 现场有效预应力测试 /kN4629452445114568455845514563456445984563453 64539456345314563 现场跨中位移 /mm27.227.226.627.526.926.726.827.526.727.126.727.42 7.426.926.8 回归分析有效预应力 /kN45644560447

11、24619451144844494461544804547448 24605460045124508 测试值与计算值差值 /kN-6536-3951-47-67-6950-118-16-546637-19-55 测试值 与计算值偏差 /%-1.40.8-0.91.1-1.0-1.5-1.51.1-2.6-0.3-1.21.40.8-0.4-1.2 编号 161718192021222324252627282930 现场有效预应力 测试 kN45374613452346274624460045514565460545954623 4534453345474597 现场跨中位移 /mm26.827

12、.526.727.427.527.526.926.727.526.727.527.42 6.926.927.0 回归分析有效预应力/kN4497461344834599461746194524448046114489462 44594452545134541 测试值与计算值差值 /kN-400-40-28-719-28-866-106160-8-34-56 测试值与计算 值偏差 /%-0.90.0-0.9-0.6-0.20.4-0.6-1.90.1-2.40.01.3-0.2-0.8-1.2 表 3 描述统计量 N 极小值极大值均值标准差误差百分比30-0.026430.01429-0.004

13、90280.01063426有效的 N(列表状态)30 图 6 不同工况下收缩徐变对预拱度影响图 将实测 值与回归分析值进行做差比较，回归分析值与实际测试值之 间差距在± 2%以内，标准差为 0.0106 。由此可见回归分析数 值与现场实测数值之间有一定的相关性，且数据合理性均在 有效范围。 4 结论 通过分析可知，预应力是影响预拱度的 主要因素，而且两者之间有较好的相关性。在张拉过程中我 们可以通过 T 梁起拱度使用回归分析对有效预应力进行比对 从而更加有利于现场施工控制。 此外预拱度影响因素较多， 本文主要对钢绞线张拉值及混凝土收缩徐变对预拱度的影 响进行了分析。施工现场影响因素

14、较多，希望广大工作者能 够根据现场实际情况灵活把控，掌握主要关键性因素不断完 善及改进预应力张拉准确度。 参考文献 1 耿波. 预应力混 凝土梁的起拱度控制方法及试验研究 D. 武汉 :武汉理工大 学,2004. 3. 2 谢峻,王国亮,郑晓华 . 大跨度预应力混凝土 箱梁桥长期下挠问题的研究现状 J. 公路交通科 技,2007(1):47-50. 3王雪玲 . 大跨度 PC 桥梁梁体结构下挠成因分析 D. 西安:长安大学 ,2008. 4 楼庄鸿 . 现有大跨 度预应力混凝土梁式桥的缺陷 :2003 年全国桥梁学术会议论 文集C.北京:人民交通出版社.5陈万春,马建秦.大跨度 连续刚构桥加固

15、施工监测与控制日 J. 公 路,2004(10):152-157. 6杨永清 ,郭凡,刘国军 . 大跨预应力混凝土连续梁式桥长期下挠研究中的问题田铁道建筑 J. 2010(9) ：1-4. 7 王法武 ,石雪飞 . 大跨径预应力混凝土梁桥 长期挠度控制研究 J. 中外公路 ,2006(3). 8 朱利明 ,刘华. 三腹板预应力混凝土连续箱梁底板纵向裂缝病害原因分析 及对策J.桥梁建设，2005(增刊):114-116. 9张志耕，王荣 辉. 预应力混凝土连续刚构箱梁桥裂缝病害分析J. 自然灾害学报,2006(4). 10 崔宏涛 ,贺虹. 预应力混凝土连续箱梁 桥纵向裂缝仿真分析 J. 中外公

16、路 ,2006(8). 11 方刚. 影 响预应力损失的因素及减少预应力损失的方法 J. 建筑技术 开发,2004(4). 12 刘瑞勋 . 体外预应力技术在连续刚构桥 加固中的应用研究 D. 西安:长安大学 ,2005. Relation and Influence of Effective Prestress and Pre-camber of Concrete T-beam SU Ling, WANG Yong-ping (Beijing Construction Engineering Quality Third Test Institute Chongqing Branch,Chon

17、gqing 400074， China) AbstractThe setup of pre-camber of concrete T-beam can effectively synthesize the positive bending moment caused by dead load at later period and short-term load. The camber of T-beam is mainly finished during the prefabrication period of T-beam, and the size of camber can indir

18、ectly reflect the size of effective prestress of T-beam. Aiming at an expressway in Yunnan, the simulation analysis on the pre-camber of T-beam during the construction is made by adopting Midas/Civil software, the comparison is made with field measurement pre-camber, and the influence of effective prestress and other factors on pre-camber is analyzed, so as to provide