先张法预应力空心板反拱度控制

先张法预应力空心板反拱度控制

1桥梁施工用路预紧器的申请与后张法的方法相同。先张法比后张法更方便、更准确，生产效率更高，质量好，因此在桥梁施工中得到了广泛应用。但先张法空心板在实际施工中经常会出现反拱度偏差,超过设计要求的现象,这将导致梁板底面产生高差错台,不仅影响桥梁美观,还会对桥面铺装层厚度产生影响。因此在施工过程中对反拱度进行合理有效的控制就成了至关重要的问题。2预应力混凝土构件的施工先张法是在专门的台座上张拉钢筋,张拉后将钢筋用锚具临时固定在台座的传力架上,然后在张拉好的钢筋周围浇捣混凝土,待混凝土养护硬结达到一定强度后,再从台座上切断或放松钢筋。由于预应力钢筋的弹性回缩,就使得与钢筋粘结在一起的混凝土受到预压力,形成预应力混凝土构件。在预加力及预加力产生的偏心弯矩作用下,构件的下缘各点均受压,上缘各点均受拉,从而产生向上的反拱度。3首先，张开设备的反弧度计算3.1钢绞线和混凝土弹性模量选取跨径20.00m的先张法预应力空心板作为计算实例。板宽1.24m,高0.95m,单跨标准跨径19.96m,计算跨径19.30m。中板底部共有18根直径15.20mm的钢绞线,2根直径25.00mm、2根直径12.00mm的螺纹钢,保护层厚度5.70cm。中板顶部共有5根直径12.00mm、8根直径10.00mm的螺纹钢,保护层厚度4.50cm。钢绞线、螺纹钢、C50混凝土弹性模量分别为Ep=1.95×105MPa,Es=2.00×105MPa,Ec=3.45×104MPa,螺纹钢与混凝土弹模比αEs=5.80,钢绞线与混凝土弹模比αEp=5.65。单根钢绞线张拉力182.28kN,空心板预应力钢筋必须待混凝土强度达到设计混凝土强度等级的85%后,且混凝土龄期≥7d,方可放张。3.2空心板梁钢绞线引起的下挠度空心板换算截面积A0=5499.41cm2;换算截面中心轴到梁底的距离y=49.30cm;截面换算惯性矩I0=6420205.50cm4;空心板梁计算截面的抗弯刚度B0=0.95EcIo=2104222.00kN.m2。端部预应力束传递长度ltr=70d=1.06m。梁体内钢绞线根据有效长度可分为6种类型,如表1所示。以1号钢绞线为例,按《材料力学》中共轭梁法进行跨中反拱度计算:预加应力对梁体的偏心弯矩My1=nσpoApyp=317.90kN·m,a值的计算a=0.76m,1号束预加力在跨中截面产生的向上反拱度为fm1=6.99mm。同理,编号为2、3、4、5、6的钢绞线引起的跨中截面向上挠度分别为6.81mm,6.47mm,2.99mm,2.76mm,2.48mm。由空心板梁自重产生的下挠度:荷载自重集度q=13.69kN·m,下挠度fq=11.76mm,方向向下。中板按存梁期30d、60d、90d时跨中截面理论向上反拱度验算过程如下:按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)第6.1.3条,采用钢绞线的张拉控制值:各项预应力损失:3.2.1锚点锚具式中:△L—张拉端锚具变形、钢筋回缩值(mm),查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》表6.2.3,对于夹片锚具(无顶压时)△L=6.00mm;L—张拉端至锚固端之间的距离(mm),单端张拉L取50.00m。3.2.2预应力损失运用加热养护分两阶段进行,第一阶段低温养护,温差控制在20℃左右,此时计算预应力损失。待板身混凝土达到0.8fcu,k时,再进行第二阶段高温养护。σl3=2(t2-t1)=40.00MPa。3.2.3eppc测量根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第6.2.5条,先张法混凝土构件放松钢筋时,由混凝土压缩引起的损失为σl4=αEpσpc式中:αEp—预应力钢筋弹性模量与混凝弹性模量的比值为5.65;σpc—在计算截面钢筋重心处,由全部钢筋预加力产生的混凝土法向应力(MPa)。3.2.4预应力钢绞线的张拉及松弛系数根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第6.2.6条有:σl5=ψζ(0.52σpe/fpk-0.26)σpe式中:ψ—张拉系数,一次张拉取ψ=1.00;ζ—钢筋松弛系数,本例采用Ⅱ级松弛(低松弛)钢绞线,取ζ=0.30;σpe—传力锚固时的钢筋应力,查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》表6.2.8,对先张法构件σpe=σcon-σl2=1278.60MPa。钢筋松弛损失是随着时间的变化而逐步变化的,最终才趋于稳定,中间阶段松弛应力损失值与终极松弛应力损失值的比值关系如表2所示。3.2.5空心板梁自自弯矩变化对混凝土其跨中反拱度的影响按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第6.2.7条计算:σl6=0.9[Epεcs(tu,to)+αEpσpcΦ(t,to)]/(1+15ρ·ρps)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》6.2.7-1式式中混凝土收缩和徐变系数终极值εcs(tu,to),Φ(tu,to)假定环境年平均相对湿度RH=80%,传力锚固混凝土龄期为7d,理论厚度h=245.60mm查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》表6.2.7直线内查得εcs(tu,to)=0.25×10-3,Φ(tu,to)=2.10。空心板梁自重在跨中截面处产生的弯矩按下式计算:Mg=547.56kN.m。因构件自重弯矩影响因素,钢绞线重心处混凝土受到的压应力按下式计算:构件受拉区全部纵向钢筋的配筋率:ρ=0.89%,截面回转半径i=34.17cm,ρps=2.63将上述数值代入公式计算得:σl6=118.85MPa(终极值)。按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》6.2.7及附录F计算所得混凝土收缩徐变引起的预应力损失随时间变化的比值关系如表3所示。中板在存梁期30d、60d、90d时预应力损失值分别为-212.85MPa、-228.31MPa、-235.11MPa,引起的相应下挠度值分别为-4.66mm、-5.00mm、-5.15mm。混凝土收缩徐变作用还会引起空心板跨中反拱度继续向上增长,根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定:混凝土收缩徐变后的跨中反拱度计算公式如下:式中:φ(t,to)为徐变系数,按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(附录F)F.2计算得:存梁期30d,徐变系数φ(t=30d,to=7d)为0.29;存梁期60d,徐变系数φ(t=60d,to=7d)为0.37;存梁期90d,徐变系数φ(t=90d,to=7d)为0.43。则相应各存梁期下梁体跨中起拱理论值计算结果为:放张后1h起拱值16.74mm,存梁30d起拱值16.93mm,存梁60d起拱值17.93mm,存梁90d起拱值18.79mm。4混凝土板梁反拱度的影响从计算得知,先张法预应力混凝土空心板梁反拱度的大小与预应力筋放张时的有效预应力、预应力筋的偏心距、板梁的截面刚度、板梁自重、预加应力之后预应力的松弛和混凝土的收缩、徐变等参数有直接联系,一旦这些参数发生某种变化,混凝土板梁的反拱度就会产生一定的差异。4.1反拱度的影响预应力筋张拉过程中,失效长度的大小、张拉设备计量以及操作失误,都会对梁的反拱度造成影响。因此,预应力筋张拉作业应做到规范化。张拉施工过程中必须严格做到“张拉力和伸长值”双控制,并保证实际伸长值与理论伸长值偏差必须控制在±6%范围之内。4.2板梁断面尺寸偏差先张板梁内模通常采用空气胶囊芯模,胶囊芯模很容易移动、漏气、变形,引起板梁断面尺寸的偏差,进而影响梁的抗弯刚度。施工时,应在空气胶囊芯模使用前做好气密试验,放置芯模时一定要固定好。4.3水灰比不均匀混凝土预制构件强度不均匀,振捣不均匀,混合料的砂率过大,水灰比不均匀,都会导致反拱度过大。在施工中应保证混凝土生产施工条件,重视混凝土的初期养护,在混凝土强度和弹性模量达到设计值的90%且混凝土养护龄期达到5-7d后方可放松钢绞线。4.4合理安排生产周期混凝土的收缩和徐变也会使梁产生向上的预拱度。在施工中,合理安排生产周期,创造相同的施工环境,既减少了反拱度,也可消除后期相邻板梁的徐变差异对结构产生的不利影响。5技术方面的控