后张法预应力混凝土简支梁张拉时的侧弯分析

后张法预应力混凝土简支梁张拉时的侧弯分析

张法预测混凝土支架的设计横向刚性大于横向刚度的10倍，因此梁的横向稳定性相对较差。因此,在上部结构的安装中,梁与梁之间以横隔板相联结以增强结构的整体性和稳定性。但在梁的制作和吊运过程中,由于没有横向约束,梁体处于不利的受力状态,张拉时很容易产生侧弯现象,影响制梁质量和施工进度。本文结合京珠高速公路的桥梁施工实例,以湖南段某大桥30mⅠ字梁为例,分析其产生侧弯的原因,以期施工时加以控制。1梁的基本数据和截面特征1.1预应力高强丝网预应力大丝束预应力钢束张拉京珠高速公路湖南段某大桥30mⅠ字梁设计长度为29.93m,张拉时梁长为29.70m,梁高为1.75m,上下翼缘宽均为0.54m,腹板宽为18cm,梁质量43.3t,混凝土等级为C50,弹性模量Eh=3.5×104MPa,每片梁中设有10束预应力高强钢丝,每束采用24ue001φ5Smm,面积为A=4.712cm2,标准强度Rbyyb=1600MPa,弹性模量Eg=2.0×105MPa,张拉时,锚下控制应力σk=0.75Rbyyb=1200MPa,每束钢丝控制张拉力Ny=1200×4.712×102=565.44kN1.2心轴到梁边缘距离梁跨中截面尺寸见图1所示。经计算,30mⅠ字梁截面重心轴到梁边缘的距离a=96cm,绕弱轴(y-y轴)方向惯性矩Iy=704688cm4,绕强轴(x-x轴)方向惯性矩Ix=10856205cm4。2原因分析2.1梁的侧挠曲方程假定10束钢丝由于安装偏差均向一侧偏离,偏离其形心轴距离为e,故在预加应力作用下,对y轴产生附加偏心弯矩,根据材料力学中梁的挠曲线近似微分方程得:f″=-M(x)/EI(1)为简化分析,假定Ⅰ字梁为等截面的直梁,其EI值为一常量,经二次积分得:EIf=-∫[∫M(x)dx]dx+C1x+C2(2)假定弯矩M(x)在梁长范围内为一定值M,对式(2)积分得:EIf=-∫x00x[∫x00xMdx]dx+C1x+C2=-(Mx2/2+C1x+C2)即f=−1EI(12Mx2+C1x+C2)f=-1EΙ(12Μx2+C1x+C2)根据边界条件:x=0时,f=0;x=L时,f=0,求得积分常数:C1=-ML/2,C2=0,代入式(3)得:f=MEI(Lx−x2)(4)f=ΜEΙ(Lx-x2)(4)此即为梁的侧挠曲方程,当x=L/2时,跨中截面最大侧挠曲值为:fmax=ML2/8EI(5)式中:EI为梁体刚度,规范值为:EI=0.85EhIh;M为由于钢丝束的整体安装偏差引起的张拉附加弯矩,M=10Ny·e;L为张拉时梁的长度。将上述值代入式(5)得:fmax=10Ny⋅e⋅L28×0.85EhIy=1.47NyL2EhIye=2.973efmax=10Νy⋅e⋅L28×0.85EhΙy=1.47ΝyL2EhΙye=2.973e,即预应力钢丝整体安装每产生1cm的偏差,梁体将发生近3cm的侧向弯曲,这是一个不容忽视的数字。2.2x-x轴方向惯性矩经计算,30mⅠ梁绕弱轴(y-y轴)方向惯性矩Iy=704688cm4,绕强轴(x-x轴)方向惯性矩Ix=10856205cm4,即平面内纵向刚度与横向刚度之比EIx∶EIy=15.4∶1。30mⅠ梁的横向刚度相对比较小,在预制安装施工阶段由于无横向约束,当荷载到达一定的临界值(大大低于梁的平面内承载力),极易产生梁的侧向弯曲并扭转。2.3钢束附加偏心矩计算由于种种原因,实际张拉时,不可能同时张拉各对称钢束。因此在实际张拉过程中只能是先后张拉,先拉最左边的钢束,使大梁在瞬时获得了一个附加偏心矩M,其大小由结构设计原理中的公式计算得:M=Nye=565.44×18/100=101.78kN·m。M作用下,梁会产生侧向弯曲变形,即产生侧向挠度f,由挠度计算公式得:f=4cm。2.4不同混凝土强度下侧弯值的变化规律观察发现:混凝土强度不足时,张拉时混凝土的非弹性变形大,侧弯值大,混凝土强度越高,侧弯越小,某大桥30mⅠ字梁随混凝土强度的变化,侧弯值的变化数据见表1。3混凝土浇筑张拉和压拉在多座桥梁的施工中,采取下述措施,梁的侧弯问题解决较好,保证了工程质量:①提高模板的加工精度,严格检查尺寸、平整度,使平面形状符合规范要求;严格控制定位网的加工、制作和安装,对误差较大,尺寸不准等不合格的定位网坚决不让使用;制孔胶管穿入后要反复检查、校正其纵、横坐标位置,尤其注意其横向位置,确保不移位;在混凝土浇注过程中,避免插入式振捣器对制孔胶管及钢筋的横向扰动,并随时检查,校正其位置;②梁体强度到达设计要求后,立即张拉,张拉后按规范要求压浆和安装,防止梁体因横向刚度较小,张拉后长时间放置而产生侧弯;③改进施工张拉工艺,采用“分级循环张拉法”,对各对称钢束进行张拉施工。具体方法为:在张拉各对称钢束时不一次张拉到位,而是分多次进行循环张拉,即先将左边束拉到Ny/4后,再将右边束拉到Ny/4,依次循环进行,直至拉到设计要求的应力为止。这样就把偏心力大大的减