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文档简介
1、客运专线预应力混凝土梁的质量控制 铁道科学研讨院铁道建筑研讨所2019年9月0.前言 (1)我国既有铁路预应力混凝土梁的概略 (2)客运专线预应力混凝土梁的特点 (3)预应力混凝土梁质量控制是客运专线桥梁乃至高速铁路桥梁质量控制的关键问题。1.原资料 1.1 总那么总那么 1.2 应重点控制的问题应重点控制的问题 (1)水泥水泥 (2)骨料骨料 (3)粗骨料粗骨料 (4)高效减水剂高效减水剂 (5)钢绞线钢绞线 (6)锚具锚具 (7)桥面防水层资料桥面防水层资料 2.制梁设备 2.1 2.1 总那么总那么2.2 2.2 重点控制问题重点控制问题(1) (1) 模板模板(2) (2) 制、存梁台
2、座制、存梁台座(3) (3) 箱梁支点的不平整量箱梁支点的不平整量支点不平整量的定义h2h4ih = H - Hi11hhh33AAAA(i2)AAAAA0图中:h = (h + h )/242A 点实际高差h h或支点不平整量或H + H - H - H24313312244333H2H4HH33H3当h h或332h时,A A A A 1234仍处于一个平面出现支点不平整3当h h或3A A A A 122h时,432hh (h)333.混凝土配合比及浇筑前的质量检查3.1 3.1 总那么总那么3.2 3.2 重点控制问题重点控制问题(1) (1) 预应力管道的位置与定位预应力管道的位置与
3、定位(2) (2) 箱梁支座板的不平整量箱梁支座板的不平整量(3) (3) 钢筋及预应力管道的混凝土维护层厚度钢筋及预应力管道的混凝土维护层厚度各国规范对钢筋、预应力管道维护层的规定国家距表面最近钢筋保护层厚度(mm)预应力管道最小保护层厚度德国401.2倍管道直径(各向)日本301.0倍管道直径(各向)中国高速暂规30侧面:1.2倍管道直径底面:不小于60mm4.混凝土浇筑工艺4.1 4.1 总那么总那么4.2 4.2 重点控制问题重点控制问题(1) (1) 混凝土的配合比、准确计量及任务性能混凝土的配合比、准确计量及任务性能(2) (2) 各种试件的制备各种试件的制备(3) (3) 混凝土
4、施工时的温度控制混凝土施工时的温度控制混凝土施工时的温度控制1 1模板温度宜控制在模板温度宜控制在5 53535;2 2混凝土拌和物入模温度宜控制在混凝土拌和物入模温度宜控制在10103030;3 3冬季施工的控制。冬季施工的控制。5.混凝土的养护及拆模5.1 5.1 秦沈客运专线箱梁制造的阅历秦沈客运专线箱梁制造的阅历 1 1秦沈客运专线的胜利建成,标志者秦沈客运专线的胜利建成,标志者我国铁路预制梁技术的全面提高;我国铁路预制梁技术的全面提高; 2 2由于尚缺乏足够的阅历,也存在一由于尚缺乏足够的阅历,也存在一些缺乏,主要表达在以下几个方面:些缺乏,主要表达在以下几个方面: 混凝土养护温度的
5、控制混凝土养护温度的控制 先期消费时混凝土的早期开裂先期消费时混凝土的早期开裂混凝土的水化热开展规律024487296120144020406080沙河桥 底板 腹板中 腹板上 顶板 箱内温度 空气温度跨中截面跨中截面温度汇总温度汇总()()时时间 (小时间 (小时) )024487296120144020406080石河桥 底板 腹板中 腹板上 顶板 箱内温度 空气温度跨中截面跨中截面温度汇总温度汇总()()时时间 (小时间 (小时) ) 根据箱梁混凝土水化热温度随时间变化的测试结果,水化热温度在混凝土完浇筑成后1620小时左右后到达最高,思索各箱梁浇筑时间不同等要素后,箱梁混凝土水化热出现
6、最高温度时间平均约为混凝土入模后24小时。 混凝土水化热的下降024487296120020406080沙河桥 底板 腹板 顶板 平均跨中温度跨中温度()()时时间间 (小时 (小时) ) 梁跨中及端部截面底板每小时降温约0.450.55,顶板每小时降温约0.350.45,腹板每小时降温约0.300.35。 024487296120020406080石河桥 底板 腹板 顶板 平均跨中温度跨中温度()()时时间间 (小时 (小时) )箱梁混凝土与环境的温差024487296120015304560沙河桥 底板 腹板 顶板 气温跨中温差跨中温差()()时时间间 (小时 (小时) ) 停顿蒸养48小
7、时后,箱梁内外空气温度差在10之内;除端部腹板及跨中腹板上部变截面处与环境温度差在1720外,箱梁其他部位与环境的温差根本在15之内。同时,梁体混凝土外表与芯部的温差不大。因此,可选择此时进展箱梁模板的撤除,以防止梁体由于温差过大出现早期裂痕。024487296120015304560石河桥 底板 腹板 顶板 平均端部温差端部温差()()时时间间 (小时 (小时) )5.2 5.2 混凝土养护及拆模的温度控制混凝土养护及拆模的温度控制养护的温度控制:1静停时间2升温速度3蒸汽温度4混凝土芯部最高温度5撤除保温设备时的温差拆模的控制:1芯部与外表、外表与环境温差、混凝土强度2拆模后宜进展早期张拉
8、3气温急剧变化时不宜拆模6.预应力施工6.1 6.1 质量控制根本原那么质量控制根本原那么 1 1预应力施工的质量将直接影响梁预应力施工的质量将直接影响梁体的抗裂性能,建议监理工程师应逐体的抗裂性能,建议监理工程师应逐片旁站;片旁站; 2 2为有效防止能够出现的梁体早期为有效防止能够出现的梁体早期裂痕,监理工程师除应对拆模时梁体裂痕,监理工程师除应对拆模时梁体芯部及环境温度、混凝土的强度、弹芯部及环境温度、混凝土的强度、弹性模量进展控制外,应建议施工单位性模量进展控制外,应建议施工单位采用三次张拉工艺;采用三次张拉工艺; 3 3应对张拉用设备及相关资料进展应对张拉用设备及相关资料进展检查;检查
9、; 4 4终张拉应在存梁台座进展,并严终张拉应在存梁台座进展,并严厉控制张拉混凝土弹性模量及龄期不厉控制张拉混凝土弹性模量及龄期不小于小于1010天。天。 5 5根据现场实测的各种摩阻结果,根据现场实测的各种摩阻结果,复核设计或施工单位确定的各种张拉复核设计或施工单位确定的各种张拉参数。参数。6.2 6.2 预应力的各种损失简介预应力的各种损失简介 预应力混凝土构造的预应力损失分两大部分:1瞬时损失: 后张法:管道摩阻、锚口及喇叭口摩阻、弹性紧缩、锚具回缩; 先张法:锚口摩阻(折线配筋时的转机器摩阻)、温差损失、弹性紧缩、锚具回缩;2长期损失: 混凝土收缩徐变损失、预应力筋松弛损失。6.2.1
10、 6.2.1 管道摩阻损失管道摩阻损失dPP-dPdPN2sin)(2sinddPPdPN 22sin1dPdP,d 时,并忽略高阶小量: dPN 则: dPNdP dPdP;两边积分得: 12021lnlnPPdPdPPP,因此 ePPPP1212ln 1管道摩阻损失的组成由摩擦引起的摩阻(摩擦系数m)由管道偏向引起的摩阻摆动系数k,并与管道长度有关因此,设计规范中计算管道摩阻损失的公式为: P2/P1e-(kx+mq)2影响损失的主要要素摩擦系数(相对较稳定);管道弯起的角度;管道的长度;直管道的平顺程度。 其中:24项与施工工艺及质量关系亲密,变化相对较大。6.2.2 6.2.2 锚口及
11、喇叭口摩阻损失锚口及喇叭口摩阻损失千斤顶限位板夹 片锚 板锚垫板钢绞线限位高度1产生损失的缘由2影响损失的主要要素锚口摩阻:夹片的加工精度;限位高度;钢绞线的直径。喇叭口摩阻:分丝角度;喇叭口的长度。6.2.3 6.2.3 弹性紧缩及回缩损失弹性紧缩及回缩损失 弹性紧缩损失主要取决于梁体混凝土及钢绞线弹性模量、张拉顺序和张拉吨位;普通情况下,只需终张拉时梁体的弹性模量满足设计要求,实测弹性紧缩损失往往小于设计值。 夹片回缩损失主要由夹片锚固后的外露高度和限位板高度决议 6.2.4 6.2.4 长期损失长期损失1松弛损失 松弛损失主要由钢绞线的原资料性能、加工工艺决议,相对较稳定2.5%。2收缩
12、徐变损失 主要影响要素包括:混凝土的弹性模量、张拉龄期、混凝土的配合比、初始应力的大小、外界环境等。 因此,需求控制终张拉时混凝土的弹性模量、龄期;要求控制混凝土中水泥用量。 6.3 6.3 预施应力的质量控制预施应力的质量控制 预应力混凝土构造的大量实验结果阐明,经过测试管道、锚口和喇叭口摩阻以及钢绞线弹性模量确定预应力筋伸长量,并严厉控制预应力管道位置,可以获得准确的梁体混凝土预施应力。为此新技术条件中规定在试消费期间应至少进展2件瞬时损失测试,正常消费后每100件进展一次测试。 6.3.1 管道摩阻实验 1.工具锚 2.主动端千斤顶 3.对中垫 4.主动端传感器 5.被动端传感器 6.被
13、动端千斤顶管道21锚垫板43钢束轨道梁63516.3.2 6.3.2 预应力张拉伸长量的计算预应力张拉伸长量的计算1预应力施工中实测伸长量的组成: 梁体锚底之间钢绞线的伸长量(设计值); 任务锚与工具锚之间钢绞线的伸长量; 工具锚夹片的回缩。2张拉力不变条件下,影响伸长量的主要要素: 钢绞线的弹性模量; 预应力的管道摩阻、锚口及喇叭口摩阻。3思索管道摩阻的伸长量的计算P12PdP( )令lkKklKl由KxkxePxPePP)()(12钢绞线微段的伸长量d为dxEAxPd)(,两边积分得:zkxlKxlKEAPlkxeEAPldxeEAPdxEAxP)(001)(4施工伸长量的计算设计伸长量L
14、1K1设计钢绞线弹模/实践钢绞线弹模K2设计KZ/实测KZ 任务锚与工具锚之间钢绞线伸长量L2;工具锚夹片回缩量L3施工伸长量LL1K1K2L2L36.3.3 6.3.3 严厉防止超张拉严厉防止超张拉 超张拉后,虽然可以提高梁体的有效预应力,提高梁体的抗裂性,但对梁体的后期徐变上拱影响较大。 高速铁路对轨道的平顺度要求很高,因此应控制预应力混凝土构造的后期徐变上拱度。技术条件中除规定测试梁体终张拉的弹性上拱度外,特别规定进展终张拉30天后的徐变上拱度测试和要求。添加上述规定后,不仅可以控制梁体后期变形,也可有效地防止施工单位为单纯满足梁体抗裂性检验要求盲目加大预施应力,确保梁体的长期性能。 7
15、.预应力管道压浆及封锚7.1 7.1 管道压浆施工管道压浆施工 1 1后张预制梁终拉完成后,宜在后张预制梁终拉完成后,宜在48h48h内进展管道压浆。压浆前管道内内进展管道压浆。压浆前管道内应去除杂物及积水,梁体及环境温度应去除杂物及积水,梁体及环境温度不得低于不得低于5 5 2 2压浆用水泥应为强度等级不低于压浆用水泥应为强度等级不低于42.542.5级低碱硅酸盐或低碱普通硅酸盐级低碱硅酸盐或低碱普通硅酸盐水泥;水胶比不超越水泥;水胶比不超越0.350.35,且不得泌,且不得泌水,流动度应为水,流动度应为303050s50s,抗压强度,抗压强度不小于不小于35MPa35MPa;压入管道的水泥
16、浆应;压入管道的水泥浆应丰满密实,体积收缩率应小于丰满密实,体积收缩率应小于2%2%。 3 3水泥浆应掺高效减水剂、阻锈水泥浆应掺高效减水剂、阻锈剂,掺量由实验确定。严禁掺入氯化剂,掺量由实验确定。严禁掺入氯化物或其它对预应力筋有腐蚀作用的外物或其它对预应力筋有腐蚀作用的外加剂。加剂。 4预应力管道压浆应采用真空辅助压浆工艺式,压浆泵应采用延续式;同一管道压浆应延续进展,一次完成。压浆前管道真空度应稳定在-0.09-0.10 MPa之间;浆体注满管道后,应在0.500.60MPa下持压2min。5水泥浆搅拌终了至压入管道的时间间隔不应超越40分钟。6冬季压浆时应采取保温措施,并掺加防冻剂。 7
17、.2 7.2 封锚封锚 1 1封端混凝土应采用无收缩混凝土,封端混凝土应采用无收缩混凝土,抗压强度不应低于设计要求;抗压强度不应低于设计要求; 2 2封端前应对锚圈与锚垫板之间的封端前应对锚圈与锚垫板之间的交接缝用聚氨酯防水涂料进展防水处交接缝用聚氨酯防水涂料进展防水处置。置。 8.桥面防水层8.1 8.1 桥面防水的重要性及存在的问题桥面防水的重要性及存在的问题 1 1桥面防水是保证梁体耐久性的重桥面防水是保证梁体耐久性的重要环节,我国既有铁路桥梁中要环节,我国既有铁路桥梁中8080以以上的病害均与水害有关。上的病害均与水害有关。 2 2目前存在的主要问题:目前存在的主要问题: 消费厂家多,
18、各种低价劣质废品多;消费厂家多,各种低价劣质废品多; 低价中标、原资料质量低劣;低价中标、原资料质量低劣; 施工单位注重程度低,施工质量差;施工单位注重程度低,施工质量差; 检验手段不完善。检验手段不完善。8.2 8.2 保证桥面防水质量的措施保证桥面防水质量的措施 1加强原资料的检验和施工过程的质量控制; 2桥面防水层维护层中聚丙烯纤维网掺量不应小于1.8kg/m3;维护层混凝土断缝设置应满足设计要求,并用聚氨脂防水涂料将断缝垫实、垫满; 3防水层构造、排水坡度、桥面泄水管位置应符合设计要求; 4泄水管和泄水管盖板构造应符合设计要求。9.架梁9.1 9.1 支点不平整效应实验简介支点不平整效
19、应实验简介1 1支点不平整量与支点反力的关系支点不平整量与支点反力的关系01234-600-3000300600R1支点下沉R1支点下沉实测值: R1 R2 R3 R4 计算值支反力变化量(kN)支反力变化量(kN)支点不平整量(mm)支点不平整量(mm)0481216-1600-80008001600R1、R3支点下沉R1、R3支点下沉实测值: R1 R2 R3 R4 计算值支反力变化量(kN)支反力变化量(kN)支点不平整量(mm)支点不平整量(mm) 实测箱梁两对角支点反力为零时支点不平整量11.99mm,限元计算9.61mm。当支点不平整量大于78mm后,箱梁顶、底板纵向曾经开裂,横向
20、刚度降低,因此实测箱梁的临界脱空量大于计算值。 箱梁下沉支点及其对角支点处顶板横向接受正弯矩作用,同端另一支点处顶板横向接受负弯矩作用。顶板开裂前,实测结果与计算接近。当支点不平整量分别在4mm和6mm时,顶板底面、顶面的实测最大拉应力各到达4.0MPa;当支点不平整量大于7mm,顶板横向出现肉眼可见裂痕。 2出现支点不平整箱梁的顶板横向应力024681012-400-20002004004.0MPa Line实测值: 南侧 北侧 计算值顶板底面顶板底面实测横向应变实测横向应变 支点不平整量支点不平整量 (mm)024681012-400-20002004004.0MPa Line顶板顶面顶板
21、顶面实测值: 南侧 北侧 计算值实测横向应变实测横向应变 支点不平整量支点不平整量 (mm) 箱梁支点下沉处的底板与一样位置顶板所受的弯矩方向相反。底板横向开裂前,实测结果与计算接近。当支点不平整量大于6mm时,箱梁底板底面实测应变明显减小,阐明底面横向曾经出现细微裂痕,顶面横向拉应力也接近4.0MPa;当支点不平整量大于8mm时,底板出现明显的肉眼可见裂痕。 3出现支点不平整箱梁的底板横向应力0246810120MPa Line实测值: 南侧 北侧 计算值底板底面底板底面实测横向应变实测横向应变 支点不平整量支点不平整量 (mm)024681012-300-
220MPa Line3.0MPa Line底板顶面底板顶面实测值: 南侧 北侧 计算值实测横向应变实测横向应变 支点不平整量支点不平整量 (mm)4实验研讨结论: 为保证箱梁端隔板不出现裂痕,并留有一定的平安贮藏,箱梁支点不平整度应控制在3mm以内,施工阶段可限制在5mm以内。当支点不平整量超越5mm后,在端隔墙及顶、底板出现裂痕的能够性很大,只需恢复支点平整,裂痕根本闭合,肉眼仅可察看到很细微的裂痕0.05mm。 9.2 保证箱梁各支点受力均匀的措施保证箱梁各支点受力均匀的措施 1采用新的架梁方式,即预制梁落下后应采用测力千斤顶作为暂时支点,应保证每支点反力与四个支点的平均值相差不超越5%。2支承垫石顶面与支座底面间隙应采用压力注浆填实。3加强支座废品的检验任务,要求配套检验四个支座受力后的竖向相对变形小于1mm 9.3 架梁的其他要求架梁的其他要求 1落梁时,支承垫石顶面与支座底面之间注浆资料的强度不应低于垫石混凝土的设
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