混凝土T梁有效预应力与预拱度之间的联系与影响

混凝土T梁有效预应力与预拱度之间的联系与影响 苏 玲，王永平 (北京市建设工程质量第三检测所重庆分公司 重庆市 ) 摘 要： 混凝土T梁预拱度的设置能够有效综合后期自重及短期荷载引起的正弯矩，T梁的拱度主要在T梁预制期间完成，拱度的大小能够间接反应T梁有效预应力的大小。针对云南某高速，采用Midas/Civil软件对施工期间T梁预拱度进行模拟分析，并与现场实测预拱度进行比对，分析有效预应力及其他因素对预拱度的影响，从而在T梁施工过程中，通过预拱度的大小判断有效预应力的大小，为施工提供指导。 关键词： 混凝圭T梁；有效预应力；预拱度 简支梁桥在我国已经具有很成熟的技术和理论，在运营中的很多桥都会因为预拱度不够导致桥梁在后期出现开裂等现象，更为严重的也出现过桥梁垮塌等。目前新建项目简支梁或者连续梁桥一般都采用预制T梁。在施工过程中多采用后张法预制混凝土T梁，影响预拱度最大的因素就是预应力的施加了，所以本文针对云南某高速公路预制T梁，通过Midas/Civil软件模拟施工过程中预拱度与有效预应力之间的关系，并且分析其他因素对T梁预拱度的影响。 1 预拱度 桥梁在后期运营时受到车辆及自重等荷载影响，会向下产生弯曲也就是正弯矩。预拱度的设置是通过张拉预埋钢绞线使梁体向上弯曲产生负弯矩，以综合后期所产生的正弯矩。这样一来混凝土梁底部就不会处于受拉状态，混凝土梁会处于一个安全的状态。 2 影响预拱度的因素 (1)预应力影响 钢绞线的张拉力即预应力是预拱度的主要影响因素，预应力施加小于设计值预拱度不够，在后期荷载作用下梁体底部会出现受拉情况，从而使梁底部出现裂缝降低有效面积；预应力施加大于设计值，会使顶板承受过大的拉力，混凝土可能会出现裂缝，此外会造成桥面线形不平顺给行车带来颠簸。 (2)收缩徐变影响 除了预应力对预拱度有较大的影响，混凝土收缩徐变也会对预拱度有一定的影响。在荷载作用下随着时间的变化梁体会发生收缩徐变，使得梁体的预拱度减小导致梁体底部受拉开裂。混凝土收缩徐变是无法克服的因素，在混凝土梁设计的时候就已经予以考虑。为了有效控制收缩徐变对预拱度的影响，施工时需要严格按照设计图纸进行选材浇筑。 (3)其他影响因素 因为预拱度主要是靠钢绞线的张拉力实现，如果预应力由于某种原因造成损失，那么这种因素也会间接影响梁体预拱度。主要有温度、湿度、管道摩阻力、锚具变形回缩、锚圈口摩阻损失、原材料、水灰比等诸多因素，其主要是通过影响混凝土预应力造成预应力损失进而会使预拱度减小。所以在施工过程中一定要严格控制每一个环节，这样才可以保证梁体有足够的预拱度。 3 模型建立 依托于云南某条高速，使用Midas/Civil软件对30mT梁在张拉过程中进行模拟分析并与现场测试进行对比。主梁采用C50混凝土，钢绞线采用fpk=1860MPa，钢绞线张拉力控制值1395MPa，管道摩擦系数为0.155，孔道偏位系数为0.0115，断面布置3束钢绞线，顶部N1为9根钢绞线，底部两根N2、N3平行布置每束8根钢绞线，张拉顺序：N1(一次张拉到控制力的100%)N2(一次张拉至控制张拉力的50%)N3(一次张拉至控制力的100%)N2(二次张拉到控制力的100%)。工况1：张拉N1至100%；工况2：张拉N2至50%；工况3：张拉N3至100%；工况4：张拉N2至100%。图1为简化模型图，图2为位移等值线图。 图1 30mT梁简化模型图 图2 30mT梁位移等值线图 3.1 预应力对预拱度的影响 针对不同工况分析各工况对预拱度的影响，具体见图3。 图3 不同工况对预拱度影响图 从图3中可以看出，随着不同工况的发生，T梁预拱度开始发生变化并且随着预应力的增加预拱度也在增加。其中工况一最大预拱度为10.27mm，工况二最大预拱度为14.89mm；工况三最大预拱度为23.98mm；工况四最大预拱度为29.68mm。其中工况一预应力荷载为1758kN，工况2预应力荷载为781 kN ，累计荷载为2539kN，工况三预应力荷载为1562kN，累计荷载为4101kN，工况四预应力荷载为781 kN ，累计荷载为4882kN。具体见表1。 表1 不同工况下预应力荷载及竖向位移表工况一二三四荷载/kN781累计荷载/kN14882位移/mm10.274.629.095.7累计位移/mm10.2714.8923.9829.68 根据图4回归分析可知，梁体的预拱度与预应力有很好的相关性。由分析可知预应力是影响预拱度的主要因素。 图4 预应力荷载与预拱度回归分析 由表1及图4可以知道，随着预应力的不断增加梁体的预拱度值也会不断增加。所以在施工过程中可以在每个张拉阶段去量测梁底跨中预拱度的起拱值，与张拉力进行相互比对，从而可以更加精确地控制张拉力与起拱度。 3.2 收缩徐变对预拱度的影响 混凝土收缩徐变会对梁体产生体积上的变化，从而会影响到梁体的预拱度。图5中分析了在施工阶段不同工况下混凝土收缩徐变对梁体的预拱度的影响。 从图5中可以看出，在不施加预应力时自重荷载作用下会使梁体产生向下的竖向位移，最大位移值为8.129mm，在工况一的情况下收缩徐变产生的竖向最大位移为8.088mm，在工况二的情况下收缩徐变产生的竖向最大位移为8.027mm，在工况三的情况下收缩徐变产生的竖向最大位移为7.928mm，在工况四的情况下收缩徐变产生的竖向最大位移为7.805mm。并且由图可见随着预应力荷载的增大，有效的减少了收缩徐变对梁体竖向产生的位移。 3.3 现场实测数据 通过对现场30片30m混凝土预制T梁进行有效预应力及其对应的起拱度进行测试，现场测试发现每片T梁有效预应力普遍偏低250375kN，因为施工单位在施工过程中没有考虑锚圈口摩阻损失。具体见表2现场实测数据，利用现场实测起拱度按照图4中回归公式进行回归分析得出相应有效预应力，将实测有效预应力与回归分析得出有效预应力进行对比分析，利用SPSS软件对二者之间差值进行统计分析具体见表3及图6。 图5 不同工况下收缩徐变对预拱度影响图 表2 现场预拱度及有效预应力测试值与回归分析值对比表编号现场有效预应力测试/kN14563现场跨中位移/mm27.227.226.627.526.926.726.827.526.727.126.727.427.426.926.8回归分析有效预应力/kN24508测试值与计算值差值/kN-6536-3951-47-67-6950-118-16-19-55测试值与计算值偏差/%-1.40.8-0.91.1-1.0-1.5-1.51.1-2.6-0.3-1.21.40.8-0.4-1.2编号现场有效预应力测试kN74597现场跨中位移/mm26.827.526.727.427.527.526.926.727.526.727.527.426.926.927.0回归分析有效预应力/kN34541测试值与计算值差值/kN-400-40-28-719-28-866-8-34-56测试值与计算值偏差/%-0.90.0-0.9-0.6-0.20.4-0.6-1.90.1-2.40.01.3-0.2-0.8-1.2 表3 描述统计量N极小值极大值均值标准差误差百分比30-0.01429-0.有效的N(列表状态)30 图6 不同工况下收缩徐变对预拱度影响图 将实测值与回归分析值进行做差比较，回归分析值与实际测试值之间差距在2%以内，标准差为0.0106。由此可见回归分析数值与现场实测数值之间有一定的相关性，且数据合理性均在有效范围。 4 结论 通过分析可知，预应力是影响预拱度的主要因素，而且两者之间有较好的相关性。在张拉过程中我们可以通过T梁起拱度使用回归分析对有效预应力进行比对从而更加有利于现场施工控制。 此外预拱度影响因素较多，本文主要对钢绞线张拉值及混凝土收缩徐变对预拱度的影响进行了分析。施工现场影响因素较多，希望广大工作者能够根据现场实际情况灵活把控，掌握主要关键性因素不断完善及改进预应力张拉准确度。 参考文献 1 耿波. 预应力混凝土梁的起拱度控制方法及试验研究D. 武汉:武汉理工大学,2004. 3. 2 谢峻,王国亮,郑晓华. 大跨度预应力混凝土箱梁桥长期下挠问题的研究现状J. 公路交通科技,2007(1):47-50. 3 王雪玲. 大跨度PC桥梁梁体结构下挠成因分析D. 西安:长安大学,2008. 4 楼庄鸿. 现有大跨度预应力混凝土梁式桥的缺陷:2003年全国桥梁学术会议论文集C. 北京:人民交通出版社. 5 陈万春,马建秦. 大跨度连续刚构桥加固施工监测与控制日J. 公路,2004(10):152-157. 6 杨永清,郭凡,刘国军. 大跨预应力混凝土连续梁式桥长期下挠研究中的问题田铁道建筑J. 2010(9)：1-4. 7 王法武,石雪飞. 大跨径预应力混凝土梁桥长期挠度控制研究J. 中外公路,2006(3). 8 朱利明,刘华. 三腹板预应力混凝土连续箱梁底板纵向裂缝病害原因分析及对策J. 桥梁建设,2005(增刊):114-116. 9 张志耕,王荣辉. 预应力混凝土连续刚构箱梁桥裂缝病害分析J. 自然灾害学报,2006(4). 10 崔宏涛,贺虹. 预应力混凝土连续箱梁桥纵向裂缝仿真分析J. 中外公路,2006(8). 11 方刚. 影响预应力损失的因素及减少预应力损失的方法J. 建筑技术开发,2004(4). 12 刘瑞勋. 体外预应力技术在连续刚构桥加固中的应用研究D. 西安:长安大学,2005. Relation and Influence of Effective Prestress and Pre-camber of Concrete T-beam SU Ling, WANG Yong-ping (Beijing Construction Engineering Quality Third Test Institute Chongqing Branch,Chongqing ，China) Abstract The setup of pre-camber of concrete T-beam can effectively synthesize the positive bending moment caused by dead load at later period and short-term load. The camber of T-beam is mainly finished during the prefabrication period of T-beam, and the size of camber can indirectly reflect the size of effective prestress of T-beam. Aiming at an expressway in Yunnan, the simulation analysis on the pre-camber of T-beam during the construction is made by adopting Midas/Civil software, the comparison is made with field measurement pre-camber, and the influence of effective prestress and other factors on pre-camber is analyzed, so as to provide guidance for the construction by util