預應力簡支梁上拱原因分析

經過大跨徑的填充法，預制混凝土t梁廣泛應用于鐵路和公路橋梁的橋梁建設。由于在存梁期間沒有道路鋪裝等二期恒載的作用,T梁處于應力釋放狀態,如果時間較長會使上拱度過大,使橋面鋪裝出現兩端厚、中間薄的現象,橋面的平整度達不到要求,嚴重影響了橋面的工程質量。而設計部門較少提供解決方案,施工單位的處理也存在較多的困難。規范對T梁質量要求條款中明確規定了后張簡支梁在終張拉后30天時上拱不大于L/1000mm。引起T梁上拱的因素很復雜,涉及原材料、施工、T梁存放、環境溫度等多方面。本文結合太中銀鐵路清徐制梁場項目給出了彈性上拱及徐變變形的理論計算方法,對各因素進行分析,找出關鍵因素,并提出了一套對控制T梁上拱過大行之有效的方法和措施。1影響t梁上拱變形的因素后張法預應力簡支T梁上拱變形主要包括兩部分:彈性壓縮變形和徐變變形。由于施加預應力所產生的不均勻壓縮變形是T梁上拱形成的直接原因,而混凝土的徐變收縮會進一步增大T梁的上拱變形,因此影響因素主要包括預應力、混凝土、T梁的截面特性及存放環境等。(1)t梁的彈性增長+徐變收縮變形影響因素:采用的張拉工藝,預應力大小的控制,施加預應力時混凝土的齡期、強度、彈性模量。采用二次張拉工藝可延長終張拉齡期,使混凝土的強度和彈性模量充分增長,減小彈性上拱及徐變收縮變形,初張拉可有效減少T梁收縮裂紋,提高T梁的耐久性;預應力的大小對T梁的彈性上拱起到決定性作用,施加的預應力越大,梁體的上拱值就會越大,反之亦然;摩阻損失會導致預應力的減小,如果計算的摩阻損失偏大,則計算的錨外控制應力越大,產生超張拉,上拱值增大,反之,會導致鋼絞線有效應力不足,影響受力。施加預應力時混凝土的齡期越長,在相同的養護條件下混凝土的強度及彈性模量會越大,則張拉彈性上拱及徐變收縮變形會越小。(2)粗骨料的用量影響因素:混凝土澆筑工藝,混凝土原材料及配合比,混凝土養護方式等。混凝土的質量主要對強度和彈性模量產生影響,進而影響混凝土的徐變。徐變主要來自硬化的水泥石,粗骨料對水泥石的徐變起到約束作用,這種約束作用取決于粗骨料的強度和所占的體積含量,強度越高、所占比例越大,徐變越小;徐變與水灰比、水泥用量有關,水灰比越大,徐變量越大,水泥用量越大,徐變量越大,水灰比的影響比水泥的用量對徐變的影響大,水泥品種會影響施加預應力時混凝土的強度,因而也對徐變產生影響,摻減水劑或高效減水劑基本上不會對混凝土的徐變產生影響,一般摻量的引氣劑也對徐變沒有明顯的影響;振搗密實及養護好的混凝土的徐變量小,常溫下養護的T梁徐變比通過蒸汽養護的T梁的徐變大。(3)t梁的長度影響因素:T梁的長度、自重、跨中截面慣性矩等。在相同的截面尺寸下,T梁的長度越長,自重越大,為克服自重及保證受力性能所施加的預應力也就越大,T梁的彈性上拱值會越大;跨中截面慣性矩越大,則抵抗上拱變形的能力會越強,彈性上拱變形會越小。(4)t梁上拱值對徐變的影響影響因素:T梁的存放方式,存放時間、存放時環境的溫濕度等。在相同條件下,單層存放T梁上拱值大于雙層存放時下層T梁的上拱值;存放支點間間距越大,自重產生的作用效應越大,T梁上拱值越小;在未施加二期恒載條件下,存放時間越長,T梁上拱值越大。影響徐變最主要的外界因素之一是混凝土周圍環境空氣的溫、濕度。相對濕度較低時混凝土徐變較大。2t梁撓度的計算在撓度計算中,作以下幾點基本假設:(1)把預應力視為作用在T梁上并隨時間變化而變化的外荷載。忽略T梁內鋼筋對混凝土材料的不均勻影響因素,將T梁視作均質材料構件。(2)計算梁抗彎剛度時,采用全截面的換算慣性矩I0。(3)混凝土彈性模量Eh是隨時間增加而增加的,為了簡化計算,《公路橋規》規定,對于全預應力構件以及A類部分預應力混凝土構件,在撓度計算過程中采用不變的抗彎剛度B0=0.85EcI0。T梁在預制及存放過程中產生的撓度變形主要由兩部分組成:預應力產生的上拱值(fp),梁體自重產生的撓度(fg),并考慮徐變的影響。即,f=fp-fg(1)預應力產生的上拱度可分三部分進行計算,傳力錨固時的上拱度fpi、預應力損失引起的撓度變化△fp1和混凝土徐變引起的撓度變化△fp2。fpi=∫L0MpMˉˉˉˉ0.85EcI0=548Npe00.85EcI0L2(2)fpi=∫0LΜpΜˉ0.85EcΙ0=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為減去預應力損失后剩余有效預應力產生的上拱值;φ∞為混凝土徐變系數最終值。考慮徐變影響后,簡支梁跨中撓度計算式:fg=αMgl20.85EcI0(1+φ∞)(6)fg=αΜgl20.85EcΙ0(1+φ∞)(6)式中,l為梁的計算跨徑;α為撓度系數,計算中α=5/48;Mg為自重產生的跨中彎矩;I0為構件全截面的換算截面慣性矩。3預應力管道錨索的設計太中銀高速鐵路清徐梁場共需制3052片T梁,其結構參數:主梁計算跨徑L=32m,邊梁自重:146.31t,中梁自重:146.37t。梁體混凝土強度等級為C55,混凝土的彈性模量Ec=3.55×104MPa;預應力鋼筋采用公稱直徑為15.2mm的鋼絞線,抗拉強度設計值fpd=1860MPa,彈性模量Ep=1.95×105MPa,每束鋼絞線面積Ap=140mm2。用自錨拉絲體系錨固,采用夾片式錨具。縱向預應力管道采用抽拔橡膠管成孔。根據梁的截面尺寸和配筋情況,將梁分為邊梁和中梁。梁的尺寸見圖1。以32m直線T梁為例,對直線中梁和直線邊梁終張拉之后的上拱值進行理論計算,理論計算值見圖2。從圖2可知:(1)在終張拉完成之后的30d內,T梁跨中的理論上拱值增長較快。T梁在終張拉30d后,32m直線中梁的理論上拱值為47mm,直線邊梁的理論上拱值為52mm。根據技術條件要求,終張拉30d后T梁跨中較兩端支點水平線的上拱度不大于L/1000mm即32.6mm,因此需要采取控制措施降低上拱度。(2)在終張拉30d至1年期間內,由于徐變作用影響,T梁的理論上拱值仍會增長,但增長速度較慢,存放一年后中、邊梁的理論上拱值分別為58mm和64mm。即一年后的上拱值會比終張拉30d后的上拱值有10mm左右的增長。4反拱方程的擬合根據理論計算的梁體上拱值以及參考設計圖紙給出的T梁上拱理論值,將直線梁的臺座跨中反拱值設置為38mm。反拱方程為:y=-4×0.038×(L-x)·x/L2式中,L為T梁全長,m,臺座形式見圖3。對該臺座和模板所制的T梁進行后期觀測,測得結果如下表1所示。上拱度平均值為45.7mm,抵消臺座跨中反拱值38mm后,上拱度為6mm,較為合理,滿足規范要求。5確定上拱值目標條件(1)徐變引起的上拱變形是不容忽視的,應采取相應措施,使預應力T梁上拱值滿足設計相關要求,保證線路的平順與穩定,保障行車的安全與