预应力简支梁上拱原因分析

预应力简支梁上拱原因分析

经过大跨径的填充法，预制混凝土t梁广泛应用于铁路和公路桥梁的桥梁建设。由于在存梁期间没有道路铺装等二期恒载的作用,T梁处于应力释放状态,如果时间较长会使上拱度过大,使桥面铺装出现两端厚、中间薄的现象,桥面的平整度达不到要求,严重影响了桥面的工程质量。而设计部门较少提供解决方案,施工单位的处理也存在较多的困难。规范对T梁质量要求条款中明确规定了后张简支梁在终张拉后30天时上拱不大于L/1000mm。引起T梁上拱的因素很复杂,涉及原材料、施工、T梁存放、环境温度等多方面。本文结合太中银铁路清徐制梁场项目给出了弹性上拱及徐变变形的理论计算方法,对各因素进行分析,找出关键因素,并提出了一套对控制T梁上拱过大行之有效的方法和措施。1影响t梁上拱变形的因素后张法预应力简支T梁上拱变形主要包括两部分:弹性压缩变形和徐变变形。由于施加预应力所产生的不均匀压缩变形是T梁上拱形成的直接原因,而混凝土的徐变收缩会进一步增大T梁的上拱变形,因此影响因素主要包括预应力、混凝土、T梁的截面特性及存放环境等。(1)t梁的弹性增长+徐变收缩变形影响因素:采用的张拉工艺,预应力大小的控制,施加预应力时混凝土的龄期、强度、弹性模量。采用二次张拉工艺可延长终张拉龄期,使混凝土的强度和弹性模量充分增长,减小弹性上拱及徐变收缩变形,初张拉可有效减少T梁收缩裂纹,提高T梁的耐久性;预应力的大小对T梁的弹性上拱起到决定性作用,施加的预应力越大,梁体的上拱值就会越大,反之亦然;摩阻损失会导致预应力的减小,如果计算的摩阻损失偏大,则计算的锚外控制应力越大,产生超张拉,上拱值增大,反之,会导致钢绞线有效应力不足,影响受力。施加预应力时混凝土的龄期越长,在相同的养护条件下混凝土的强度及弹性模量会越大,则张拉弹性上拱及徐变收缩变形会越小。(2)粗骨料的用量影响因素:混凝土浇筑工艺,混凝土原材料及配合比,混凝土养护方式等。混凝土的质量主要对强度和弹性模量产生影响,进而影响混凝土的徐变。徐变主要来自硬化的水泥石,粗骨料对水泥石的徐变起到约束作用,这种约束作用取决于粗骨料的强度和所占的体积含量,强度越高、所占比例越大,徐变越小;徐变与水灰比、水泥用量有关,水灰比越大,徐变量越大,水泥用量越大,徐变量越大,水灰比的影响比水泥的用量对徐变的影响大,水泥品种会影响施加预应力时混凝土的强度,因而也对徐变产生影响,掺减水剂或高效减水剂基本上不会对混凝土的徐变产生影响,一般掺量的引气剂也对徐变没有明显的影响;振捣密实及养护好的混凝土的徐变量小,常温下养护的T梁徐变比通过蒸汽养护的T梁的徐变大。(3)t梁的长度影响因素:T梁的长度、自重、跨中截面惯性矩等。在相同的截面尺寸下,T梁的长度越长,自重越大,为克服自重及保证受力性能所施加的预应力也就越大,T梁的弹性上拱值会越大;跨中截面惯性矩越大,则抵抗上拱变形的能力会越强,弹性上拱变形会越小。(4)t梁上拱值对徐变的影响影响因素:T梁的存放方式,存放时间、存放时环境的温湿度等。在相同条件下,单层存放T梁上拱值大于双层存放时下层T梁的上拱值;存放支点间间距越大,自重产生的作用效应越大,T梁上拱值越小;在未施加二期恒载条件下,存放时间越长,T梁上拱值越大。影响徐变最主要的外界因素之一是混凝土周围环境空气的温、湿度。相对湿度较低时混凝土徐变较大。2t梁挠度的计算在挠度计算中,作以下几点基本假设:(1)把预应力视为作用在T梁上并随时间变化而变化的外荷载。忽略T梁内钢筋对混凝土材料的不均匀影响因素,将T梁视作均质材料构件。(2)计算梁抗弯刚度时,采用全截面的换算惯性矩I0。(3)混凝土弹性模量Eh是随时间增加而增加的,为了简化计算,《公路桥规》规定,对于全预应力构件以及A类部分预应力混凝土构件,在挠度计算过程中采用不变的抗弯刚度B0=0.85EcI0。T梁在预制及存放过程中产生的挠度变形主要由两部分组成:预应力产生的上拱值(fp),梁体自重产生的挠度(fg),并考虑徐变的影响。即,f=fp-fg(1)预应力产生的上拱度可分三部分进行计算,传力锚固时的上拱度fpi、预应力损失引起的挠度变化△fp1和混凝土徐变引起的挠度变化△fp2。fpi=∫L0MpM¯¯¯¯0.85EcI0=548Npe00.85EcI0L2(2)fpi=∫0LΜpΜ¯0.85EcΙ0=548Νpe00.85EcΙ0L2(2)fp1=fpi-fp1(3)fp2=(fpi-fp1)φ∞/2(4)fp=-fpi+(fpi-fp1)-(fpi+fp1)φ∞/2=-(fp1+(fpi+fp1)φ∞/2)(5)式中,fp1为减去预应力损失后剩余有效预应力产生的上拱值;φ∞为混凝土徐变系数最终值。考虑徐变影响后,简支梁跨中挠度计算式:fg=αMgl20.85EcI0(1+φ∞)(6)fg=αΜgl20.85EcΙ0(1+φ∞)(6)式中,l为梁的计算跨径;α为挠度系数,计算中α=5/48;Mg为自重产生的跨中弯矩;I0为构件全截面的换算截面惯性矩。3预应力管道锚索的设计太中银高速铁路清徐梁场共需制3052片T梁,其结构参数:主梁计算跨径L=32m,边梁自重:146.31t,中梁自重:146.37t。梁体混凝土强度等级为C55,混凝土的弹性模量Ec=3.55×104MPa;预应力钢筋采用公称直径为15.2mm的钢绞线,抗拉强度设计值fpd=1860MPa,弹性模量Ep=1.95×105MPa,每束钢绞线面积Ap=140mm2。用自锚拉丝体系锚固,采用夹片式锚具。纵向预应力管道采用抽拔橡胶管成孔。根据梁的截面尺寸和配筋情况,将梁分为边梁和中梁。梁的尺寸见图1。以32m直线T梁为例,对直线中梁和直线边梁终张拉之后的上拱值进行理论计算,理论计算值见图2。从图2可知:(1)在终张拉完成之后的30d内,T梁跨中的理论上拱值增长较快。T梁在终张拉30d后,32m直线中梁的理论上拱值为47mm,直线边梁的理论上拱值为52mm。根据技术条件要求,终张拉30d后T梁跨中较两端支点水平线的上拱度不大于L/1000mm即32.6mm,因此需要采取控制措施降低上拱度。(2)在终张拉30d至1年期间内,由于徐变作用影响,T梁的理论上拱值仍会增长,但增长速度较慢,存放一年后中、边梁的理论上拱值分别为58mm和64mm。即一年后的上拱值会比终张拉30d后的上拱值有10mm左右的增长。4反拱方程的拟合根据理论计算的梁体上拱值以及参考设计图纸给出的T梁上拱理论值,将直线梁的台座跨中反拱值设置为38mm。反拱方程为:y=-4×0.038×(L-x)·x/L2式中,L为T梁全长,m,台座形式见图3。对该台座和模板所制的T梁进行后期观测,测得结果如下表1所示。上拱度平均值为45.7mm,抵消台座跨中反拱值38mm后,上拱度为6mm,较为合理,满足规范要求。5确定上拱值目标条件(1)徐变引起的上拱变形是不容忽视的,应采取相应措施,使预应力T梁上拱值满足设计相关要求,保证线路的平顺与稳定,保障行车的安全与