预应力混凝土空心板梁预拱度计算及施工中的问题

预应力混凝土空心板梁预拱度计算及施工中的问题

在现代高速公路的建设过程中，预制板的使用非常普遍。由于预制板梁的预制设计不合理，施工技术不规范，导致梁施工后上拱过大，桥面安装过于薄，导致交通事故多。现本人根据丹本高速公路的一些工程实例对预拱度的计算及施工中出现的问题做一下简要分析。丹本高速公路某桥:5～20.0m先张空心板,与路线前进方向夹角为90°,计算跨径L=19.60m;采用40号混凝土;预应力钢绞线采用ϕj15.24(7ϕ5.0),标准强度为1860MPa,张拉控制应力为1359MPa,钢绞线中心至板底距离为5cm;设计钢绞线放张时间为混凝土龄期为14d,混凝土强度达到标准强度85%;空心板按部分预应力A类构件设计。当该桥施工至上部板梁安装完毕,要进行铰缝及桥面铺装浇筑时,施工单位及监理单位共同提供了一份报告:即空心板上拱度普遍达到40～45mm,而原设计混凝土桥面铺装仅为8cm厚,请设计单位作一下原因分析及提出处理意见。现根据该桥情况对空心板理论反拱度作一下计算分析:先张法空心板跨中挠度计算时受力情况可简化为如下模式:根据材料力学,分别由共轭梁法进行计算跨中挠度得公式(1)fM=ML22EI(14−a2L2)fΜ=ΜL22EΙ(14-a2L2)公式(2)fq=5qL4384EIfq=5qL4384EΙ根据本桥数据可得:40号混凝土的弹性模量:E=3.3×104MPa空心板换算截面惯性距:I0=0.038m4截面面积:A=0.4296(b)钢绞线至截面形心距离:Y=0.3506m放张后(即混凝土龄期14d)钢束所存应力为1268MPa空心板截面刚度为EI=0.85EI0混凝土龄期14d后,可认为混凝土弹性模量已达到其标准弹性模量,所以可把空心板假设为纯弹性体,可利用材料力学公式计算跨中挠度。由于施加预应力所引起的空心板跨中反拱度可分别利用公式(1)而得:由于先张预应力靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递,对于40号混凝土而言,该段预应力束传递长度Ic=70d=70×0.01524=1.0668m由1号钢束引起的跨中挠度可计算:M1=N×σy×Ay×Y=6×1268×140×10-3×0.3506=373.4kN·mEI=0.85EI0=0.85×3.3×104×103×0.038=1.066×106kN·(b)a1=[L-(Ly-2×1c)]÷2=[19.6-(19.96-2×1.0668)]÷2=0.8868m利用公式(1)fm1=M1L22EI(14−a2L2)=373.4×19.622×1.066×106(14−0.8868219.62)=0.0167m=16.7fm1=Μ1L22EΙ(14-a2L2)=373.4×19.622×1.066×106(14-0.8868219.62)=0.0167m=16.7mm由于空心板自身恒载产生的下挠度可利用公式(2)计算:q=γ×A=25×0.4296=10.74kN/mEI=0.85EI0=0.85×3.3×104×103×0.038=1.066×106kN·(b)根据公式(2)fq=5qL4384EI=5×10.74×19.64384×1.066×106=0.0194m=19.4mmfq=5qL4384EΙ=5×10.74×19.64384×1.066×106=0.0194m=19.4mm由此可知张拉时空心板上拱度为:fc0=fM1+fM2+fM3+fM4+fM5+fM6-fq=16.7+5.4+5.2+4.9+4.6+2.1-19.4=19.5mm设计存梁期为1个月,此时的空心板上拱度可根据《桥规》(JTJ023-85)第5.2.30条计算:fc=fc0×[1+Ψ(t,r)]徐变系数Ψ(t,r)根据《桥规(JTJ023-85)附录四:Ψ(t,r)=βa(τ)+0.4βd(t-τ)+Ψf[βf(t)-βf(τ)]经过查表计算:Ψ(44,14)=0.446所以存梁期1个月时该桥空心板反拱度可计算得:fc=19.5×1.446=28.2mm现经过比较可以发现,设计计算反拱度与实际施工存在一定误差,施工实地反拱度比计算反拱度要大10～15mm。产生这种误差的原因在哪儿呢?经过查证原始记录资料及实地调查,该桥施工过程中,部分实际情况与设计模拟情况不尽相同,主要为:(1)张拉时混凝土龄期没有达到14d。由于施工单位为赶进度,混凝土填加了早强剂,且施工过程中混凝土标号配置比设计混凝土标号略高,致使混凝土试块过早达到张拉强度,而监理单位没有对预应力张拉采取“混凝土龄期”及“混凝土强度”双控,使混凝土龄期仅达到3～5d便进行预应力张拉。由于混凝土弹性模量与强度的增长并非同步,所以此时弹性模量远没达到设计弹性模量,致使张拉时反拱度便比较大,又预应力张拉过早从而后期混凝土收缩徐变比较大,当存梁期达到1个月时,空心板反拱度增长幅度较大。(2)空心板存梁期过长。由于施工单位预制厂规模较小,模板及张拉台具周转过慢,使先施工部分梁板存梁期过长,部分达到2～3个月,从而增大了空心板的反拱度。查明空心板反拱度过大的原因后,空心板的预应力度没有损失,经验算并请示确定以下处理方案:水泥混凝土桥面铺装施工时,要求保证最薄处水泥混凝土铺装不小于设计8cm,由于增加水泥混凝土引起的标高误差由沥清混凝土铺装进行找平顺延。经过以上计算分析,本人认为预应力空心板桥梁设计及施工应注意以下几点:①空心板板厚及预应