环胶州湾公路海域段跨河五桥预应力拱度设置

环胶州湾公路海域段跨河五桥预应力拱度设置

《公路桥安装方案》（jtj023-1985）4.2.4条和5.2.29条规定，“应在桥梁上设置预制拱……”“在计算预混凝土桥的预制拱时，不仅要计算使用负荷引起的张力，还要考虑预加电压引起的反拱值。”在小跨度预制梁中,预应力引起上拱的数值较小,可作为梁的预拱度。在大跨度的预制梁中,预应力引起上拱的数值较大,如果忽略了反拱的设置将给施工带来许多不便。下面通过环胶州湾公路海域段跨河五桥的施工情况来说明这个问题。1五桥规划纲要跨河五桥主要特征数据见表1。桥梁荷载标准汽超-20级,验算荷载:挂车120。2桥梁t梁的基本信息各桥预制T梁均采用50号混凝土。T梁的设计特点见表2。由于设计均没有对预拱度提出要求,所以底横纵向按水平设置,即不设反拱。3梁式拱度的变化规律3.1跨中点钢面的张拉和张拉预制生产中,在征得设计同意后,砼强度达到设计强度的70%～90%时,就可以进行张拉。张拉完成后,产生的跨中负弯矩能克服大梁的自重弯矩而使梁体中部区域慢慢地离开台座,向上拱起。跨中点梁底离开台座的距离叫做梁体在台座上的上拱度f台。根据跨河五桥的实践,30m的T形梁f台=25～30mm。3.2初始模板压力值f初的影响f台这个数值具有直观性和易测性,从表面来看由于f台数值较小,而不被重视,实际梁的上拱度f初要比f台大得多,其原因如下:1)台座两端的形变影响:梁体的拱起,使原来受几近均布荷载的台座,变成只有靠端部的约1/5长度范围受压力,端部区域被弹性压缩,而中部区域不受力,无压缩。2)台座承担一部分纵向张拉力。梁体拱起后,梁底缘总长度缩短,在梁端区域同台座顶面产生了较大的摩阻力限制梁底缩短的趋势。以上两原因,使初始上拱度f初无法全部以f台表现出来。只有大梁被吊出台座完成灌浆和封锚,初始拱度全部完成。用如下等式表示f初=f台+fa+fb(1)式中:fa——端部模板的弹性压缩的拱度影响值,(mm);fb——梁底摩阻力引起的拱度影响值,(mm)。3.3期拱度的测量大梁在存放、移位、安装过程中产生的拱度增量叫做延期拱度,用f延表示。延期拱度具有随时间而增加的特性。由于混凝土的徐变,大梁张拉完后,一般需要一段时间才能安装。其徐变随时间而增加,上拱度随之增加。3.4梁的最大拱度mx梁体的最大拱度指安装到桥位后但无任何荷载的裸梁拱度。可用下式表示:fmax=f初+f延(2)4李村河桥3片梁试验大梁制成后,为了检验梁的质量,进行了静载试验。以李村河桥梁为例,加载点布置如图1。每个加载点的设计荷载值:P=212kN(中梁)P=270kN(边梁)。当超载25%时,Pk=262.5kN(中梁)Pk=337.5kN(边梁)通过对李村河桥3片梁的试验,测得超载挠度值在18.58～24.65mm之间,均小于设计计算挠度值(超载24.6～34.46);表3是李村河大桥一支外边梁试验变形统计表,跨中是4号点。经过比较加载挠度值只占fmax的30%左右,也就为设置反拱提供了较大的空间。5在整个海域的五座桥上进行重大处理5.1其他各桥上拱值由于施工进度的安排,五座桥的大梁制成后,均有一段时间的存放,其中李村河大桥的大梁存放达半年之久,其上拱值fmax达60～80mm,有的甚至更大。其它各桥,均有类似大小的上拱。较大的上拱度影响了下道工序的施工,使桥面铺装无法做。施工中,设计提出把桥面标高提高30～40mm的措施,原定80mm厚的铺装,中部区域仅有50～60mm,而端部区域达到110～120mm。5.2拱度值问题被忽略海域段五桥来自三个城市(北京、上海、青岛)的三家不同的设计单位,均没有对制梁反拱提出要求,说明该问题被忽略较为普遍。主要原因有如下几条:①理论计算拱度值同实际相差较大。没有引起设计的注意。②台座的f台易测量但数值偏小,而在存放场地或已安装就位的梁体,由于难于精确测量,而被忽视;③有些施工人员没有经验或缺少计算,怕拱不起来,就保守地采用水平底模;④设置反拱将使台座制作和模板装配复杂化。6桥面铺装设计通过五桥的实践和以上的分析,可以看出采用水平台座进行预应力梁的预制存在着严重的缺陷:①在60～70mm上拱度的情况下,需要降低支座或提高桥面标高,增加了桥头接顺的麻烦;②提高桥面标高后,跨中区域的桥面铺装较薄达不到应有厚度;③靠近梁端部的桥面铺装较厚,既浪费了混凝土,又增加了上部构造的自重。解决该问题的最好办法是在台座上按纵向抛物线形设置反拱。反拱的设置有规范可循:《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)第9.3.4条第6条款“后张法预应力梁、板,应注意预应力、自重和汽车荷载等综合作用下所产生的上拱或下拱,应设置适当的预挠或预拱。”设置反拱的工程实践有:洛阳黄河特大铁路桥50m梁制作“底模按二次抛物线设5cm的反拱度”;青岛市政设计院在东西快速路27m工字梁的预制中,设置30mm的反拱,也说明有些设计单位已经注意到施工中设置反拱的