预应力砼T 型梁反拱设置与质量通病预防.doc

预应力砼T 型梁反拱设置与质量通病预防一、引言 1. 武汉市武家山地处软基, 京珠高速公路跨越时大量采用30m 后张预应力砼T 型梁, 在台座上浇注、张拉, 然后用架桥机简支安装, 每跨6 片, 每56 跨通过桥面简单连续。我标段全长19.3km, 主要是桥梁, 共计30mT 型梁2076 片( 双幅173 孔) , 这些梁板在安装时,无一不发生了T 梁上拱度偏大、T 梁顶面超高, 从而出现桥面铺装层厚度不足, 危及桥面系工程质量的情况,形成了本项目预应力梁式桥上部结构施工中的质量通病。 2. 新郑高速公路第六合同段, 起于K44+300, 终于K49+405.350,.一、引言1. 武汉市武家山地处软基, 京珠高速公路跨越时大量采用30m 后张预应力砼T 型梁, 在台座上浇注、张拉, 然后用架桥机简支安装, 每跨6 片, 每56 跨通过桥面简单连续。我标段全长19.3km, 主要是桥梁, 共计30mT 型梁2076 片( 双幅173 孔) , 这些梁板在安装时,无一不发生了T 梁上拱度偏大、T 梁顶面超高, 从而出现桥面铺装层厚度不足, 危及桥面系工程质量的情况,形成了本项目预应力梁式桥上部结构施工中的质量通病。2. 新郑高速公路第六合同段, 起于K44+300, 终于K49+405.350, 全长5105.35m, 主要由黄河特大桥引桥127 孔35mT 型梁和一干渠大桥12 孔35mT 型梁组成( 计2224 片) , 双排圆柱式墩柱, 钻孔灌注桩基础, 桥面铺装自下而上依次为8cm30# 防水砼, 6cm 中粒式沥青砼, 5cm 细粒式沥青砼, 总投资额三亿伍仟万元。设计图纸表明: 张拉后理论上中梁的起拱值为2.5cm, 边梁的起拱值为3.1cm, 我们知道, 鉴于种种原因,实际施工中起拱值较理论计算大, 这样以来, 正常情况下边梁的中间部分桥面铺装层就不足4.9cm。二、反拱的设置1. 如上所述, 为了确保桥面铺装的厚度, 我们在施工前进行了认真的论证和研究, 决定在制梁台座上设置反拱, 具体为:中梁预设3.0cm 的下反拱, 边梁预设3.5cm 的下反拱。2. 反拱值计算曲线研究。混凝土简支梁无论是上拱或下挠, 其最大值均产生在跨中, 我们将此值称为矢值, 用“fmax”表示。fmax 值一般在梁的设计时已经给出, 当设计没有给出时, 可按上述规范有关要求进行计算。混凝土简支梁的fmax 值确定后, 制梁时底模预设曲线类型。对钢筋混凝土梁,设计规范第4.2.4 条只提“应做成平顺曲线”;施工规范第9.3.4 条第6 款给出了“纵向预拱度可做成抛物线或圆曲线”; 对预应力混凝土梁,设计规范第5.2.29 条则指明“ 预加力的反拱值, 可用材料力学的方法计算, 刚度用0.85Enlo,lo 为全截面的换算惯性距”。( 1) 抛物线和圆曲线。抛物线和圆曲线均为二次曲线, 可直接应用解析几何中的标准方程计算。根据二次函数性质及曲率和曲率半径关系可知, 在曲线顶点及曲线两端点坐标值相同的情况下, 圆曲线方程和抛物线方程计算的分点坐标是相同的。为了计算方便, 通过移轴可建立方程式进行分点坐标值计算。y= - 4fmaxx( L- x) / L2 式中:L梁跨长; mfmax矢值。M( 2) 挠曲线。从材料力学推导可知, 均布荷载下简支梁的挠曲线是一条光滑连续的曲线, 最大挠度值必位于跨中, 其任意截面的挠度方程为:y= - qx( L3- 2Lx2+ x3) / 24EI 式中:q荷载集度, KN/m;EI梁的抗弯刚度。当X=L/ 2 时, 代入式得ymax= - 5qL4 / 384EI ( 3) 挠曲线简化计算。挠曲线方程是对近似微分方程进行积分建立的, 计算较复杂。在实际工作中, 为简化计算, 可按照数学的原理, 函数曲线在X=0L 的区间内, 各点的纵坐标y1 与其最大值ymax ( 定值) 之比是一个与原函数成比例的函数。令此比例函数为K, 当ymax 值确定以后, 则有:K= fi / fmax=yi /ymax=-( qx/24EI) G( L3 - 2Lx2+ x3) /( -5Ql4 / 384EI)= 3.2( X/ L- 2x3 / L3+ x4 / L4) 再令U=X/ L 代入式( 4) 则可化简为K= fi / fmax= 3.2( U- 2U3+U4) 引入比例系数K 后, 将各种跨径的混凝土简支梁的分点横坐标X 与计算跨度L 之比U( U=X/ L) 代入式, 即可算出相应的坐标比例系数K。并将其制成“挠曲线纵坐标比例系数表”形式( 本文只算至30m 以下梁的K 值) , 施工操作时, 利用设计给出的或自行按规范计算出的fmax 值, 按照fi=Kfmax 算出挠曲线各分点的纵坐标值, 即可制出理想的平顺曲线。计算取值时, 预设上拱曲线取正号, 预设下挠曲线取负号。再由曲线对称性, 坐标只算至X/ 2 即可, 另一半由对称取得, 应用操作均很方便。3. 曲线类型选用。圆曲线和抛物线从公式定义可知只能适用于等截面梁体, 且通过曲线坐标线比较也不如挠曲线圆缓。挠曲线是根据材料力学方法计算的, 所以挠曲线的线型更符合混凝土简支梁的变形特性, 尤其是对于变截面的梁体, 可根据不同截面换算不同惯性距IO。再者挠曲线引入比例系数K 后, 计算更为简便。因此, 制梁时建议采用挠曲线作预设变形曲线为好。( 1) 制梁底模板采用的结构。采用钢木结构优于水磨石结构。原因是前者便于控制, 准确度高。且对保证T 梁的预制质量更有效, 钢木结构有一定的韧性, 传力效果较好。( 2) 宜采用的材料。钢板采用5mm 厚A3 板( 不能是开平板) , 木板采用4.5cm 厚红白松均可, 梯形木垫块也采用红白松( 高10cm, 上宽12cm, 下宽15cm) 。 ( 3) 木垫块的布置。首先设置中间( 跨中) 木梯形垫块, 然后以此为控制点, 用水准仪抄平, 根据理论计算出的高度进行控制( 须提醒的是, 与通常的道理一样, 梁端部的木梯形垫块要加大, 钢板要加厚, 用以抵偿张拉时预应力向下的分力, 同时要考虑T 梁模板支撑站柱的高度及两侧对拉螺栓的预留孔位置) 。( 4) 木垫块与砼。木垫块要在下面与砼“生根”并埋入砼中一定的深度, 在上面用螺栓与钢底板联接牢固。木底板要与钢底板用沉头螺栓联接牢固;( 5) 施工中的检查。分两次, 其一, 安装钢底板前, 此次务必准确; 其二,安装钢底板后, 即所谓的验证检查。三、T 梁上拱度较大的原因1. 设计方面。设计断面较纤细, 截面惯性距偏小, 在预应力初弯矩作用下, 抵消自重以后, 仍然起拱几厘米。与估算的理论负挠度相符, 很容易超过小变形范围。边梁外侧没有横隔板约束, 但设计按杆系弹性弯曲理论, 竖向刚度边,中梁并无区别, 但施工实践中, 边梁上拱明显比中梁大2cm 左右。设计图纸往往缺少对制梁台座预挠的要求, 虽然后经施工方要求发出书面通知。不仅为时较晚, 造成各单位各行其是, 控制不严, 而且给出的理论反拱值偏小。2. 施工方面。不同桥梁、不同时期或同批浇注张拉的T 梁, 其上拱度差异甚大, 有的达78cm, 有的仅34cm, 这就是施工的原因。( 1) 原材料: 砂石自身的强度和弹性模量以及其级配好坏。( 2) 混凝土配合比: 由于T 梁预应力管道和钢筋较密, 各制梁厂制梁用的混凝土坍落度较大, 规定69cm,实际普遍达12cm 以上, 用水量和水泥用量大, 混凝土弹性模量降低, 后期徐变增大。( 3) 为了缩短台座周转时间, 在57d 张拉, 采取添加减水剂, 加大水泥用量等方法, 使实际28d 标准强度超过设计等级的办法满足了张拉时的强度要求, 但其弹性模量不能同步增长。随着季节和气温的不同, 尤其是冬季施工, 混凝土早期弹模增长更慢。夏季施工, 浇水养护跟不上, 也影响到T 梁混凝土的弹性模量。( 4) 预应力管道孔道摩阻和控制张拉力的偏差也是个别T 梁上拱特大的一个因素。四、结论通过我们已施工的1096 片T 梁观测数据来看, 张拉后, 用精密水准仪测量, 跨中顶面较两端定面高5mm左右, 两端一样高, 放置一段时间后( 且业已经过起吊) , 跨中( 顶面) 与两端一样高, 即三点在一条直接上, 效果非常好, 可充分保证桥面铺装的厚度, 且不增加衡载。混凝土简支梁跨中的下挠变形和预应力简支梁的上拱变形, 以及预设变形设置不均匀, 对桥面铺装层都会产生不利影响。相比之下, 跨中下挠比跨中上拱以及设置不均匀更不利一些。随