混凝土简支粱桥桥面标高的控制

混凝土简支粱桥桥面标高的控制随着我国公路建设事业的日益发展,越来越多的桥梁展现在人们面前,为人们生产、生活提供了安全快速的交通条件。这些桥梁在营运过程中,有的桥面铺装层过早地出现损坏,严重影响了行车的舒适性。本地区河川纵横,桥梁部分占公路的比例较大,笔者曾在本区国道线上观察,发现绝大多数桥梁铺装层都存在着不同程度的损坏,有些甚至使用不到一年时间,这些铺装层的损坏与施工质量有很大关系。本地区的桥梁大部分是中、小跨径,钢筋混凝土简支桥,本文主要探讨中、小跨径的钢筋混凝土简支桥在施工中桥面标高的控制。1挠曲分析在桥梁施工中,如何正确控制好桥面标高,以满足设计要求的线形流畅,保证桥面铺装层厚度及大梁结构设计的安全度,首先应严格控制墩台帽设计标高和预制大梁厚度,其次应着重考虑大梁的预拱度设置问题。对于预应力梁,由于施加预应力的作用处于梁截面中性轴下方的偏心位置,导致大梁上拱,其值大于梁自重产生的下挠值。上拱值与梁长、预应力大小、混凝土收缩徐变和外界温度有关。如在施工中忽略了这个上拱值的影响,跨中桥面铺装层厚度将难以保证设计厚度,呈现两端厚中间薄的现象。为了保证大梁安全,不得不采取下列措施:①对桥面进行调坡处理,以保证跨中桥面铺装厚度;②提高桥面铺装混凝土强度等级和加密桥面钢筋网等措施。第一种方法虽然保证了跨中桥面铺装层厚度,但增加了大桥两端混凝土高度,既增大了恒载,又增加了混凝土方量,增加了成本。第二种方法加大整个桥面的成本,不经济。对于普通钢筋混凝土梁桥,由于大梁自重,将出现向下挠曲的现象,若不设置上拱值,安装好的大梁将出现桥面铺装两端薄中间厚的现象,增大了简支梁跨中恒载产生的弯矩,对桥梁受力不利。桥面标高的控制,实际上就是如何避免由于预应力大梁上拱造成桥面铺装层标高超高,以及普通钢筋混凝土大梁中下挠引起桥面混凝土超载。2挠度值计算桥梁的挠度,按产生的原因分成恒载挠度和活载挠度,按产生挠曲变形的方向分成向下挠曲和向上挠曲,造成梁向下挠曲的原因主要有①主梁自重及横隔板重(前期恒载),②桥面铺装重(后期恒载)③活载向上挠曲主要因素有:①预应力;②徐变。2.1挠度计算(1)恒载产生的挠度(均布荷载产生的挠度)δd=MdL2/(916EhIh)式中:δd—恒载产生的挠度;Md—梁恒载产生的弯矩;L—梁计算跨径;Eh—混凝土弹性模量;Ih—混凝土截面换算惯性矩。(2)活载产生的挠度δi=MeL2/(918EhIh)式中:δi—活载产生的挠度;Me—活载产生弯矩,由设计荷载标准而定;Ih—混凝土开裂截面换算惯性矩(简支梁)。2.2先张法大梁上拱度计算(1)由于先张法大梁沿梁轴方向直线配筋,因而挠度计算可采用公式:δp=MpL2/(918EcIc)式中:Mp—等截面上相同弯矩,MP=Pt×Ep;Ep—预应力钢材截面重心与混凝土表面重心距离;Pt—刚施加预应力后作用于预应力钢材上的拉力;Ec—混凝土弹性模量;Ic—混凝土截面换算惯性矩。(2)徐变产生的拱度δΦ=Φ[(1+n)/2δp+δd]式中:Φ—在某时间内的徐变系数,一般为115～210;n—预应力有效系数,n=pe/pt;pe—作用于预应力钢材上的有效拉力;其余符号意义同前。(3)先张法上拱值的计算:上拱值△=(δΦ+δp)-δd2.3后张法大梁反拱值计算当梁为等载面,Mp(预应力钢材内跨中向支点弯成曲线)时,弹性挠度:δp=MpL2/(9EcIc)上拱度:Δ=(δΦ+δp)-δd对于后张法大梁反拱值的计算,Mp随梁中位置不同而变化(预应力束一般为曲线布置),且受收缩徐变等因素的影响,计算较复杂,一般可由设计单位向施工单位提供,以获得较为准确的值来控制施工。3施工控制3.1普通钢筋混凝土桥梁普通钢筋混凝土大梁在自重和外载作用下,梁的跨中向下挠,呈下凹的二次抛物线,这种跨中下挠状态,可使跨中的桥面铺装层厚度大于两端,使混凝土恒载增加,对大梁受力不利。为避免超载保证结构安全,可将预制大梁的台座顶面设置成上拱抛物曲线,这种台座上拱可取其恒载与活载共同作用下大梁下挠值的一半。这样预制出的大梁在荷载作用下,梁下缘基本上呈水平状态受力,桥面铺装保持等厚,桥面标高得到有效控制,桥梁的整体线性顺直美观。3.2先张法施工的预应力桥先张法空心板常见跨径为10m,13m,16m,一般设置50～100m的长线台座,一个台座多片预制,且常变换不同的跨径,因此在长线台座难以设置向下的反拱。由此可见,先张法大梁产生的上拱度是不可避免的,但这种上拱值又是不容忽视的。若将上述大梁安装到墩台帽上,即使墩台帽标高严格控制在施工规范误差范围内,即±1cm,由于上拱值达3cm左右,造成梁跨中顶面标高超高2～5cm,若桥面混凝土铺装层设计厚度为10cm,则跨中处铺装层厚度仅有5～8cm,明显不能满足设计要求。加之施工单位在墩台帽施工中,将这项误差标高控制在±1cm范围内,具有一定难度,将进一步造成跨中重超标。为保证铺装层厚度和大梁结构安全可靠,虽可采用对桥面进行调坡处理,以满足跨中铺装层厚度的要求,但造成改变设计线形。为避免上述不利影响,在先张法桥梁施工中,将墩台帽标高在设计标高的基础上,降低2～3cm,保证墩台帽厚度不变,相应降低墩柱标高。这样,由于上拱值造成跨中超高的现象能够避免,跨中铺装层厚度能得到保证。此种桥面标高控制方法不利的地方在于增加了墩台顶处桥面铺装厚度,但所增加的这部分恒载不会使梁的负荷水平有显著的降低。3.3后张法施工的桥梁后张法一般在数个单独台座上重复预制,预制好的大梁同先张法一样向上拱起,跨中的上拱值大小与梁跨径、载面特性、预加力、混凝土强度等诸多因素有关。《公路桥涵施工技术规范》中规定梁跨径大于20m时,应按设计设置反拱。①台座法,一般将台座设计成向下挠的曲线,预应力筋张拉以后,使梁向上拱起,梁的上、下缘拱出水平线的数值大大减小,从而达到安装好的大梁跨中不会超高,保证桥面铺装层厚度和桥面标高的正确。②模板法与台座不一样,模板法是将台座设置成水平,而考虑将大梁模板上缘设计成曲线,模板两端高,跨中低,其差值δ为设计上拱值。张拉后,梁向上拱起,梁上缘呈水平状,下缘呈曲线状,梁端所超标混凝土的高应在墩帽标高相应扣除δ,即施工控制标高标准应减去δ值,同样能保证得到第一种方法的目的。4结语(1)对于普通混凝土梁,在台座上设置上凸线反拱度,避免自重下挠产生的不利影响。对于桥面标高的控制除上述因素应重点考虑外,施工中应严格控制墩台帽标高和梁板预制厚度。(2)对于先张法梁,因施加预应力要产生上拱值,且受徐变影响,上拱值将加大,其值在施工和设计时不容忽视,一般因长线台的施工工艺难以在