二次預(yù)應(yīng)力混凝土超薄連續(xù)梁的制作工藝

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，混凝土低屋頂和高差混凝土的廣泛應(yīng)用于城市橋梁和高速公路橋的建設(shè)。這類(lèi)橋跨構(gòu)造物在保證橋下凈空和橋梁縱坡限值的條件下,盡可能減小橋梁自身的建筑高度、縮短構(gòu)造物的長(zhǎng)度、降低構(gòu)造物造價(jià)、減少占地拆遷面積,并在景觀上獲得優(yōu)良效果。但是與此同時(shí),預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋中經(jīng)常出現(xiàn)張拉過(guò)程中直梁反拱過(guò)大,彎梁橫移,剛架立柱開(kāi)裂等問(wèn)題。究其原因,多是在預(yù)應(yīng)力橋體結(jié)構(gòu)中施加的預(yù)應(yīng)力過(guò)大,造成梁體產(chǎn)生過(guò)大變形而引起的。若能將總的預(yù)應(yīng)力分解,使其一部分(二期預(yù)應(yīng)力)作用在后澆結(jié)構(gòu)上,而另一部分(一期預(yù)應(yīng)力)作用在預(yù)制梁體上,那么上述問(wèn)題將得到有效地解決。二次預(yù)應(yīng)力就是基于此理念而提出的。1預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)。根據(jù)分區(qū)的分現(xiàn)以簡(jiǎn)支梁為例,簡(jiǎn)要說(shuō)明二次預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)的制作工藝。二次預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)基本施工工序如下:①搭設(shè)支架,鋪設(shè)模板。制作預(yù)制結(jié)構(gòu)的普通鋼筋骨架,并設(shè)置預(yù)制結(jié)構(gòu)與后澆結(jié)構(gòu)結(jié)合面的箍筋,以及軸心受壓預(yù)應(yīng)力體系;②澆筑一期截面混凝土,1d后拆除模板;③待達(dá)到強(qiáng)度后,穿入一期預(yù)應(yīng)力鋼絞線,進(jìn)行張拉,1d后進(jìn)行壓漿處理;④制作后澆結(jié)構(gòu)的普通鋼筋骨架,注意與預(yù)留鋼筋的焊接,并設(shè)置二期預(yù)應(yīng)力體系;⑤澆筑二期截面混凝土,1d后拆除模板;⑥待達(dá)到強(qiáng)度后,穿入二期預(yù)應(yīng)力鋼絞線,進(jìn)行張拉,1d后進(jìn)行壓漿處理;⑦進(jìn)行封錨處理。2材料:李春香,陳道,權(quán)益群,張拉預(yù)應(yīng)力本次試驗(yàn)為二次預(yù)應(yīng)力超薄連續(xù)梁試驗(yàn),具體設(shè)計(jì)資料如下:①跨徑:標(biāo)準(zhǔn)跨徑L=2×10m,計(jì)算跨徑L0=2×9.8m;②截面形式為工字梁,支點(diǎn)附近為矩形截面,梁高為0.3m,等高度,高跨比為1/32.7,梁寬為0.4m;③材料:全梁采用C50混凝土,預(yù)應(yīng)力筋采用?15.24鋼絞線,面積139mm2,抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa,張拉控制應(yīng)力N2為1395MPa,N1,N3均為1250MPa,采用一端張拉。預(yù)應(yīng)力布置,見(jiàn)圖2。N1,N2為一期預(yù)應(yīng)力筋,N3為二期預(yù)應(yīng)力筋。測(cè)試斷面見(jiàn)圖3,一期張拉時(shí)通過(guò)粘貼式鋼弦應(yīng)變計(jì)和埋入式鋼弦應(yīng)變計(jì)2種斥試手段來(lái)測(cè)試3個(gè)測(cè)試斷面的混凝土縱向應(yīng)變,張拉二期預(yù)應(yīng)力筋,通過(guò)粘貼式鋼弦應(yīng)變計(jì),埋入式鋼弦應(yīng)變計(jì),機(jī)測(cè)千分表和電阻應(yīng)變片測(cè)量在張拉預(yù)應(yīng)力時(shí)的各斷面應(yīng)變變化,用百分表測(cè)量反拱值和梁端縮短。3預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)剛度的影響基本假定:①結(jié)構(gòu)截面變形(混凝土)始終符合平截面變形假定;②不考慮普通鋼筋對(duì)剛度的影響,考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋影響;③混凝土工作應(yīng)力小于0.5倍軸心受壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck,符合線形關(guān)系,可采用“力的獨(dú)立作用原理”和“應(yīng)力應(yīng)變的疊加原理”;④混凝土彈性模量為常值。3.1預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算預(yù)應(yīng)力鋼筋彈性模量Ey=1.95×105?MPa,鋼束應(yīng)力松弛極值與控制應(yīng)力的比值取為0.025(低松弛),孔道摩阻系數(shù)為0.25,孔道偏差系數(shù)為0.0015(預(yù)埋金屬波紋管),錨具變形與鋼束回縮值N1,N2取為0.001m(帶螺帽錨具的螺帽縫隙),N3取為0.006m(夾片式錨具無(wú)頂壓時(shí))。根據(jù)以上參數(shù)計(jì)算出預(yù)應(yīng)力損失,見(jiàn)表1。由有限元程序Brcad計(jì)算出結(jié)構(gòu)在張拉預(yù)應(yīng)力和自重作用下的彎矩和軸力,見(jiàn)圖4～圖8。3.2截面特性分析二次預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)由于其獨(dú)特的施工方法,必然會(huì)帶來(lái)分析方法上的差異。二次預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)由于預(yù)應(yīng)力分二期張拉,而張拉二期預(yù)應(yīng)力時(shí),必然會(huì)引起一期預(yù)應(yīng)力筋周?chē)幕炷恋膽?yīng)變發(fā)生變化,也就必然會(huì)導(dǎo)致一期預(yù)應(yīng)力發(fā)生相應(yīng)的變化。二次預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化按照其施工狀態(tài)可分為以下2個(gè)階段:①一期預(yù)應(yīng)力;②二期預(yù)應(yīng)力(包括次內(nèi)力)+組合梁自重。以上分析只適用于澆筑后澆結(jié)構(gòu)時(shí),梁下滿布支架。若梁下無(wú)支架,則后澆結(jié)構(gòu)重量在凝固前,已由預(yù)制梁承擔(dān)。計(jì)算應(yīng)力階段①以預(yù)制梁的截面特征計(jì)算,階段②則以組合梁截面計(jì)算。最后將2個(gè)階段所計(jì)算出的應(yīng)力疊加,即可求得二次預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)最終的應(yīng)力狀態(tài)。表2為計(jì)算截面的截面特性。由材料彈模試驗(yàn)得出一期混凝土彈性模量Eh1=3.28×104?MPa,二期混凝土彈性模量Eh2=3.68×104?MPa。組合截面按照換算截面彈性模量計(jì)算,斷面1,3彈性模量為3.52×104?MPa,斷面2彈性模量為3.48×104?MPa。圖9為截面應(yīng)力計(jì)算值和試驗(yàn)值對(duì)比結(jié)果。從上述的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,理論計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果還算比較吻合,但還存在著一定的誤差。究其原因,是多方面的。首先,張拉時(shí)為滿堂支架,張拉完畢后,仍然有部分支撐,自重沒(méi)有完全作用,所以實(shí)測(cè)應(yīng)力普遍比計(jì)算值偏大;其次,梁可能有偏心受力和橫向變形,從而應(yīng)變會(huì)與理想狀態(tài)計(jì)算值有差別;再次,試驗(yàn)梁的尺寸較小,任何一個(gè)較小的偏差,都會(huì)引起一個(gè)較大的誤差。例如,斷面1中的二期預(yù)應(yīng)力如向下偏移1cm,則將引起斷面1截面下緣應(yīng)力增大0.3MPa,斷面2截面上緣應(yīng)力增大0.8MPa;斷面2的二期預(yù)應(yīng)力向上偏移1cm,也會(huì)引起斷面2的上緣增大0.5MPa。此外,像測(cè)點(diǎn)位置的偏差等等都會(huì)引起較大的試驗(yàn)誤差。另一方面,測(cè)試過(guò)程中,任何一個(gè)應(yīng)變片若漂移10με,則將引起應(yīng)力發(fā)生0.33MPa?的變化。從圖9可以看出,二次梁的壓應(yīng)力儲(chǔ)備主要集中在預(yù)制梁部分,這對(duì)于減緩裂縫的開(kāi)展非常有利。3.3梁的變形控制張拉預(yù)應(yīng)力筋所產(chǎn)生的撓度(反拱度)可通過(guò)結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求得,對(duì)于二次預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),它在計(jì)算方法上是與常規(guī)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相同的。所不同的僅僅是二次預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)僅由二期預(yù)應(yīng)力和恒載產(chǎn)生變形,而一期預(yù)應(yīng)力由于其為軸心預(yù)應(yīng)力體系,故不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形。應(yīng)用有限元軟件Brcad計(jì)算出梁的變形,見(jiàn)表3:表3中對(duì)應(yīng)控制截面相同下緣壓應(yīng)力儲(chǔ)備(15.8MPa)的常規(guī)預(yù)應(yīng)力梁,二次梁的反拱變形僅為常規(guī)梁的25.6%,很好地解決反拱度過(guò)大的問(wèn)題。張拉時(shí)的梁端縮短值,二次梁計(jì)算值為2.45mm,實(shí)測(cè)值為2.6mm。而相應(yīng)的常規(guī)預(yù)應(yīng)力梁計(jì)算值為5.43mm。二次梁僅為常規(guī)梁的47.9%,很好地解決了剛構(gòu)橋彎梁橫移,立柱開(kāi)裂問(wèn)題。4次預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用①二次預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)在施工階段的應(yīng)力變化按其施工狀態(tài)可以分為2個(gè)階段,即一期預(yù)應(yīng)力階段和截面組合階段,前者以預(yù)制梁截面特性進(jìn)行計(jì)算,后者則以組合截面特性進(jìn)行計(jì)算。