二次预应力混凝土超薄连续梁的制作工艺

二次预应力混凝土超薄连续梁的制作工艺

随着我国经济的快速发展，混凝土低屋顶和高差混凝土的广泛应用于城市桥梁和高速公路桥的建设。这类桥跨构造物在保证桥下净空和桥梁纵坡限值的条件下,尽可能减小桥梁自身的建筑高度、缩短构造物的长度、降低构造物造价、减少占地拆迁面积,并在景观上获得优良效果。但是与此同时,预应力混凝土梁式桥中经常出现张拉过程中直梁反拱过大,弯梁横移,刚架立柱开裂等问题。究其原因,多是在预应力桥体结构中施加的预应力过大,造成梁体产生过大变形而引起的。若能将总的预应力分解,使其一部分(二期预应力)作用在后浇结构上,而另一部分(一期预应力)作用在预制梁体上,那么上述问题将得到有效地解决。二次预应力就是基于此理念而提出的。1预应力筋设计。根据分区的分现以简支梁为例,简要说明二次预应力组合结构的制作工艺。二次预应力组合结构(见图1)基本施工工序如下:①搭设支架,铺设模板。制作预制结构的普通钢筋骨架,并设置预制结构与后浇结构结合面的箍筋,以及轴心受压预应力体系;②浇筑一期截面混凝土,1d后拆除模板;③待达到强度后,穿入一期预应力钢绞线,进行张拉,1d后进行压浆处理;④制作后浇结构的普通钢筋骨架,注意与预留钢筋的焊接,并设置二期预应力体系;⑤浇筑二期截面混凝土,1d后拆除模板;⑥待达到强度后,穿入二期预应力钢绞线,进行张拉,1d后进行压浆处理;⑦进行封锚处理。2材料:李春香,陈道,权益群,张拉预应力本次试验为二次预应力超薄连续梁试验,具体设计资料如下:①跨径:标准跨径L=2×10m,计算跨径L0=2×9.8m;②截面形式为工字梁,支点附近为矩形截面,梁高为0.3m,等高度,高跨比为1/32.7,梁宽为0.4m;③材料:全梁采用C50混凝土,预应力筋采用ϕ15.24钢绞线,面积139mm2,抗拉标准强度为1860MPa,张拉控制应力N2为1395MPa,N1,N3均为1250MPa,采用一端张拉。预应力布置,见图2。N1,N2为一期预应力筋,N3为二期预应力筋。测试断面见图3,一期张拉时通过粘贴式钢弦应变计和埋入式钢弦应变计2种斥试手段来测试3个测试断面的混凝土纵向应变,张拉二期预应力筋,通过粘贴式钢弦应变计,埋入式钢弦应变计,机测千分表和电阻应变片测量在张拉预应力时的各断面应变变化,用百分表测量反拱值和梁端缩短。3预应力钢筋对刚度的影响基本假定:①结构截面变形(混凝土)始终符合平截面变形假定;②不考虑普通钢筋对刚度的影响,考虑预应力钢筋影响;③混凝土工作应力小于0.5倍轴心受压强度标准值fck,符合线形关系,可采用“力的独立作用原理”和“应力应变的叠加原理”;④混凝土弹性模量为常值。3.1预应力损失的计算预应力钢筋弹性模量Ey=1.95×105?MPa,钢束应力松弛极值与控制应力的比值取为0.025(低松弛),孔道摩阻系数为0.25,孔道偏差系数为0.0015(预埋金属波纹管),锚具变形与钢束回缩值N1,N2取为0.001m(带螺帽锚具的螺帽缝隙),N3取为0.006m(夹片式锚具无顶压时)。根据以上参数计算出预应力损失,见表1。由有限元程序Brcad计算出结构在张拉预应力和自重作用下的弯矩和轴力,见图4～图8。3.2截面特性分析二次预应力组合结构由于其独特的施工方法,必然会带来分析方法上的差异。二次预应力组合结构由于预应力分二期张拉,而张拉二期预应力时,必然会引起一期预应力筋周围的混凝土的应变发生变化,也就必然会导致一期预应力发生相应的变化。二次预应力组合结构的应力变化按照其施工状态可分为以下2个阶段:①一期预应力;②二期预应力(包括次内力)+组合梁自重。以上分析只适用于浇筑后浇结构时,梁下满布支架。若梁下无支架,则后浇结构重量在凝固前,已由预制梁承担。计算应力阶段①以预制梁的截面特征计算,阶段②则以组合梁截面计算。最后将2个阶段所计算出的应力叠加,即可求得二次预应力组合结构最终的应力状态。表2为计算截面的截面特性。由材料弹模试验得出一期混凝土弹性模量Eh1=3.28×104?MPa,二期混凝土弹性模量Eh2=3.68×104?MPa。组合截面按照换算截面弹性模量计算,断面1,3弹性模量为3.52×104?MPa,断面2弹性模量为3.48×104?MPa。图9为截面应力计算值和试验值对比结果。从上述的试验结果来看,理论计算与实测结果还算比较吻合,但还存在着一定的误差。究其原因,是多方面的。首先,张拉时为满堂支架,张拉完毕后,仍然有部分支撑,自重没有完全作用,所以实测应力普遍比计算值偏大;其次,梁可能有偏心受力和横向变形,从而应变会与理想状态计算值有差别;再次,试验梁的尺寸较小,任何一个较小的偏差,都会引起一个较大的误差。例如,断面1中的二期预应力如向下偏移1cm,则将引起断面1截面下缘应力增大0.3MPa,断面2截面上缘应力增大0.8MPa;断面2的二期预应力向上偏移1cm,也会引起断面2的上缘增大0.5MPa。此外,像测点位置的偏差等等都会引起较大的试验误差。另一方面,测试过程中,任何一个应变片若漂移10με,则将引起应力发生0.33MPa?的变化。从图9可以看出,二次梁的压应力储备主要集中在预制梁部分,这对于减缓裂缝的开展非常有利。3.3梁的变形控制张拉预应力筋所产生的挠度(反拱度)可通过结构力学方法求得,对于二次预应力组合结构来说,它在计算方法上是与常规预应力结构相同的。所不同的仅仅是二次预应力组合结构仅由二期预应力和恒载产生变形,而一期预应力由于其为轴心预应力体系,故不产生结构变形。应用有限元软件Brcad计算出梁的变形,见表3:表3中对应控制截面相同下缘压应力储备(15.8MPa)的常规预应力梁,二次梁的反拱变形仅为常规梁的25.6%,很好地解决反拱度过大的问题。张拉时的梁端缩短值,二次梁计算值为2.45mm,实测值为2.6mm。而相应的常规预应力梁计算值为5.43mm。二次梁仅为常规梁的47.9%,很好地解决了刚构桥弯梁横移,立柱开裂问题。4次预应力组合结构的应用①二次预应力组合结构在施工阶段的应力变化按其施工状态可以分为2个阶段,即一期预应力阶段和截面组合阶段,前者以预制梁截面特性进行计算,后者则以组合截面特性进行计算。