先張法預(yù)應(yīng)力空心板反拱度控制

1橋梁施工用路預(yù)緊器的申請與后張法的方法相同。先張法比后張法更方便、更準(zhǔn)確，生產(chǎn)效率更高，質(zhì)量好，因此在橋梁施工中得到了廣泛應(yīng)用。但先張法空心板在實(shí)際施工中經(jīng)常會出現(xiàn)反拱度偏差,超過設(shè)計要求的現(xiàn)象,這將導(dǎo)致梁板底面產(chǎn)生高差錯臺,不僅影響橋梁美觀,還會對橋面鋪裝層厚度產(chǎn)生影響。因此在施工過程中對反拱度進(jìn)行合理有效的控制就成了至關(guān)重要的問題。2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的施工先張法是在專門的臺座上張拉鋼筋,張拉后將鋼筋用錨具臨時固定在臺座的傳力架上,然后在張拉好的鋼筋周圍澆搗混凝土,待混凝土養(yǎng)護(hù)硬結(jié)達(dá)到一定強(qiáng)度后,再從臺座上切斷或放松鋼筋。由于預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性回縮,就使得與鋼筋粘結(jié)在一起的混凝土受到預(yù)壓力,形成預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。在預(yù)加力及預(yù)加力產(chǎn)生的偏心彎矩作用下,構(gòu)件的下緣各點(diǎn)均受壓,上緣各點(diǎn)均受拉,從而產(chǎn)生向上的反拱度。3首先，張開設(shè)備的反弧度計算3.1鋼絞線和混凝土彈性模量選取跨徑20.00m的先張法預(yù)應(yīng)力空心板作為計算實(shí)例。板寬1.24m,高0.95m,單跨標(biāo)準(zhǔn)跨徑19.96m,計算跨徑19.30m。中板底部共有18根直徑15.20mm的鋼絞線,2根直徑25.00mm、2根直徑12.00mm的螺紋鋼,保護(hù)層厚度5.70cm。中板頂部共有5根直徑12.00mm、8根直徑10.00mm的螺紋鋼,保護(hù)層厚度4.50cm。鋼絞線、螺紋鋼、C50混凝土彈性模量分別為Ep=1.95×105MPa,Es=2.00×105MPa,Ec=3.45×104MPa,螺紋鋼與混凝土彈模比αEs=5.80,鋼絞線與混凝土彈模比αEp=5.65。單根鋼絞線張拉力182.28kN,空心板預(yù)應(yīng)力鋼筋必須待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計混凝土強(qiáng)度等級的85%后,且混凝土齡期≥7d,方可放張。3.2空心板梁鋼絞線引起的下?lián)隙瓤招陌鍝Q算截面積A0=5499.41cm2;換算截面中心軸到梁底的距離y=49.30cm;截面換算慣性矩I0=6420205.50cm4;空心板梁計算截面的抗彎剛度B0=0.95EcIo=2104222.00kN.m2。端部預(yù)應(yīng)力束傳遞長度ltr=70d=1.06m。梁體內(nèi)鋼絞線根據(jù)有效長度可分為6種類型,如表1所示。以1號鋼絞線為例,按《材料力學(xué)》中共軛梁法進(jìn)行跨中反拱度計算:預(yù)加應(yīng)力對梁體的偏心彎矩My1=nσpoApyp=317.90kN·m,a值的計算a=0.76m,1號束預(yù)加力在跨中截面產(chǎn)生的向上反拱度為fm1=6.99mm。同理,編號為2、3、4、5、6的鋼絞線引起的跨中截面向上撓度分別為6.81mm,6.47mm,2.99mm,2.76mm,2.48mm。由空心板梁自重產(chǎn)生的下?lián)隙?荷載自重集度q=13.69kN·m,下?lián)隙萬q=11.76mm,方向向下。中板按存梁期30d、60d、90d時跨中截面理論向上反拱度驗(yàn)算過程如下:按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)第6.1.3條,采用鋼絞線的張拉控制值:各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失:3.2.1錨點(diǎn)錨具式中:△L—張拉端錨具變形、鋼筋回縮值(mm),查《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》表6.2.3,對于夾片錨具(無頂壓時)△L=6.00mm;L—張拉端至錨固端之間的距離(mm),單端張拉L取50.00m。3.2.2預(yù)應(yīng)力損失運(yùn)用加熱養(yǎng)護(hù)分兩階段進(jìn)行,第一階段低溫養(yǎng)護(hù),溫差控制在20℃左右,此時計算預(yù)應(yīng)力損失。待板身混凝土達(dá)到0.8fcu,k時,再進(jìn)行第二階段高溫養(yǎng)護(hù)。σl3=2(t2-t1)=40.00MPa。3.2.3eppc測量根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第6.2.5條,先張法混凝土構(gòu)件放松鋼筋時,由混凝土壓縮引起的損失為σl4=αEpσpc式中:αEp—預(yù)應(yīng)力鋼筋彈性模量與混凝彈性模量的比值為5.65;σpc—在計算截面鋼筋重心處,由全部鋼筋預(yù)加力產(chǎn)生的混凝土法向應(yīng)力(MPa)。3.2.4預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉及松弛系數(shù)根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第6.2.6條有:σl5=ψζ(0.52σpe/fpk-0.26)σpe式中:ψ—張拉系數(shù),一次張拉取ψ=1.00;ζ—鋼筋松弛系數(shù),本例采用Ⅱ級松弛(低松弛)鋼絞線,取ζ=0.30;σpe—傳力錨固時的鋼筋應(yīng)力,查《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》表6.2.8,對先張法構(gòu)件σpe=σcon-σl2=1278.60MPa。鋼筋松弛損失是隨著時間的變化而逐步變化的,最終才趨于穩(wěn)定,中間階段松弛應(yīng)力損失值與終極松弛應(yīng)力損失值的比值關(guān)系如表2所示。3.2.5空心板梁自自彎矩變化對混凝土其跨中反拱度的影響按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第6.2.7條計算:σl6=0.9[Epεcs(tu,to)+αEpσpcΦ(t,to)]/(1+15ρ·ρps)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》6.2.7-1式式中混凝土收縮和徐變系數(shù)終極值εcs(tu,to),Φ(tu,to)假定環(huán)境年平均相對濕度RH=80%,傳力錨固混凝土齡期為7d,理論厚度h=245.60mm查《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》表6.2.7直線內(nèi)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處產(chǎn)生的彎矩按下式計算:Mg=547.56kN.m。因構(gòu)件自重彎矩影響因素,鋼絞線重心處混凝土受到的壓應(yīng)力按下式計算:構(gòu)件受拉區(qū)全部縱向鋼筋的配筋率:ρ=0.89%,截面回轉(zhuǎn)半徑i=34.17cm,ρps=2.63將上述數(shù)值代入公式計算得:σl6=118.85MPa(終極值)。按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》6.2.7及附錄F計算所得混凝土收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失隨時間變化的比值關(guān)系如表3所示。中板在存梁期30d、60d、90d時預(yù)應(yīng)力損失值分別為-212.85MPa、-228.31MPa、-235.11MPa,引起的相應(yīng)下?lián)隙戎捣謩e為-4.66mm、-5.00mm、-5.15mm?；炷潦湛s徐變作用還會引起空心板跨中反拱度繼續(xù)向上增長,根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定:混凝土收縮徐變后的跨中反拱度計算公式如下:式中:φ(t,to)為徐變系數(shù),按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(附錄F)F.2計算得:存梁期30d,徐變系數(shù)φ(t=30d,to=7d)為0.29;存梁期60d,徐變系數(shù)φ(t=60d,to=7d)為0.37;存梁期90d,徐變系數(shù)φ(t=90d,to=7d)為0.43。則相應(yīng)各存梁期下梁體跨中起拱理論值計算結(jié)果為:放張后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響從計算得知,先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁反拱度的大小與預(yù)應(yīng)力筋放張時的有效預(yù)應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力筋的偏心距、板梁的截面剛度、板梁自重、預(yù)加應(yīng)力之后預(yù)應(yīng)力的松弛和混凝土的收縮、徐變等參數(shù)有直接聯(lián)系,一旦這些參數(shù)發(fā)生某種變化,混凝土板梁的反拱度就會產(chǎn)生一定的差異。4.1反拱度的影響預(yù)應(yīng)力筋張拉過程中,失效長度的大小、張拉設(shè)備計量以及操作失誤,都會對梁的反拱度造成影響。因此,預(yù)應(yīng)力筋張拉作業(yè)應(yīng)做到規(guī)范化。張拉施工過程中必須嚴(yán)格做到“張拉力和伸長值”雙控制,并保證實(shí)際伸長值與理論伸長值偏差必須控制在±6%范圍之內(nèi)。4.2板梁斷面尺寸偏差先張板梁內(nèi)模通常采用空氣膠囊芯模,膠囊芯模很容易移動、漏氣、變形,引起板梁斷面尺寸的偏差,進(jìn)而影響梁的抗彎剛度。施工時,應(yīng)在空氣膠囊芯模使用前做好氣密試驗(yàn),放置芯模時一定要固定好。4.3水灰比不均勻混凝土預(yù)制構(gòu)件強(qiáng)度不均勻,振搗不均勻,混合料的砂率過大,水灰比不均勻,都會導(dǎo)致反拱度過大。在施工中應(yīng)保證混凝土生產(chǎn)施工條件,重視混凝土的初期養(yǎng)護(hù),在混凝土強(qiáng)度和彈性模量達(dá)到設(shè)計值的90%且混凝土養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到5-7d后方可放松鋼絞線。4.4合理安排生產(chǎn)周期混凝土的收縮和徐變也會使梁產(chǎn)生向上的預(yù)拱度。在施工中,合理安排生產(chǎn)周期,創(chuàng)造相同的施工環(huán)境,既減少了反拱度,也可消除后期相鄰板梁的徐變差異對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。5技術(shù)方面的控