横向预应力混凝土梁（精选12篇）
横向预应力混凝土梁 篇1
1 引言
现阶段, 为了保障行车安全, 一般要求列车采取限速措施, 但在当前铁路不断提速的大环境下, 若要求轻型桥梁限速, 则会对车辆运输能力产生直接影响。因此, 为了更好的满足列车提速要求, 工务部门在换梁时, 普遍采用横向刚度较强的提速梁, 但换梁具有成本高、对运输影响大、提速梁自重大等缺点, 因此, 在对墩梁耦合振动进行分析后发现, 个别梁采用提速梁来提高桥梁横向刚度的效果并不理想, 因此, 在不影响车辆运输能力的条件下, 应对比选出可有效提高梁体横向刚度的加固方案, 以确保列车的行驶安全。
2 工程实例
2.1 工程概况
侯月线铁路全长252km, 于1994年建成通车, 是晋煤外运的南通路之一, 是国家一家复线干线铁路。该运营线自开通后, 就存在桥梁横向隔板混凝土包箍时有脱落的现象, 且部门横隔板连接钢板时有开焊。针对该铁路横隔板病害设备相对集中的地区进行施工, 共涉及4座桥梁, 共计74孔, 其中16m的7孔、24m的16孔、32m的56孔。
2.2 施工方案
(1) 针对16m预应力钢筋混凝土T梁, 在梁的两端增设钢筋混凝土横隔板, 梁中间增设三个钢筋混凝土预埋钢绞线横隔板; (2) 针对24m T梁, 在梁的两侧增设混凝土横隔板;针对与梁侧端横隔板相邻的两个横隔板, 分别于其上下增设1个钢筋混凝土钢绞线横向联结板;跨中腹板上部增设1个钢筋混凝土钢绞线横向联结板; (3) 针对32m T梁, 在梁两端增设横隔板;针对与梁侧端横隔板相邻的两个横隔板, 分别于其上下增设1个钢筋混凝土钢绞线水平板;跨中腹部上部增设3个钢筋混凝土预埋钢绞线横向水平联结板。
2.3 施工技术方案
2.3.1 加固施工的原则
(1) 在桥面灌注混凝土时, 为了避免其对道床造成污染, 可采取相关措施进行灌注; (2) 确保加固施工中所使用的机器设备具有一定的便捷性、灵活性; (3) 加固施工应满足TB10002.3-2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范。
2.3.2 工艺流程图
加固施工工艺流程图见图1。
T梁加固作业平台如图2所示。
2.3.3 施工材料及设备
施工材料:混凝土选用C50级, 采用TGRM早强水泥砂浆混凝土, 坍落度为8~10cm;选用HRB335的准16mm、准12mm的普通钢筋;采用准15.24mm的预应力筋, 1860级低松弛无粘结钢绞线。
施工设备:6台电锤钻机进行钻孔;6台电镐进行凿毛;2台20k W的发电机;4台20型的电焊机;1台1.1k W的切割机, 6台角磨机;4台振动棒等。
2.3.4 施工技术要点
(1) 若在标定位置出现钢筋, 可在5cm范围内进行合理调整; (2) 在成孔后, 应用清水将孔眼清洗干净; (3) 施工前, 应对混凝土基础材料进行配合比试验, 严格要求在3d内其强度、弹性模量满足相关设计值的80%, 若砂石料发生变化的话, 则应重新开始配合比试验; (4) 预应力筋终张拉主要采用YQD230-100型千斤顶, 张拉控制引力为0.73fpu (190k N) 。
2.4 质量控制
(1) 在处理接触面梁体的过程中, 应打磨均匀; (2) 确保混凝土满足相关强度要求, 外表要光滑平整, 内部具有一定的密实性和均匀性; (3) 确保两片T梁的孔道在同一条轴线上, 这种情况下, 方能在桥梁上施钻预应力钢筋孔; (4) 在预应力钢筋张拉的过程中, 应严格保证其达到设计所规定的吨位; (5) 施工前, 应对混凝土新旧结合部位喷洒专用的界面粘结剂, 且在施工完成后, 涂刷防水涂料; (6) 按照相关规定要求制定混凝土、水泥浆试块及钢筋试件。
2.5 安全保证措施
(1) 相关管理人员及班组长需在上岗前接受安全培训, 在培训考核合格后, 才能上岗。所有参加现场作业的人员应树立安全责任意识; (2) 在施工现场应安排专业的安全防护员, 且防护作业应严格按照铁道部规定的安全规定进行执行; (3) 施工人员应严格执行保修制度, 确保在施工过程中具有充足的休息时间; (4) 现场施工人员应严格遵守铁路施工规程, 在施工时, 需听从现场安全防护人员的统一指挥, 不允许在非规定时间进入施工现场; (5) 安排专门的铁路安全防护人员负责监督施工机具的进出和使用; (6) 作业人员在作业中需按规定着装、佩戴专门的防护用品, 并正确使用防护用具, 严格执行相关安全操作技术规定。
2.6 结论
该铁路桥梁在加固施工完成后, 其横向刚度与横向自振频率均有所提高, 梁体横向振幅完全满足《桥梁检测规程》限值及重载列车提速的要求, 大大提高了桥梁的稳定性。
3 结语
综上所述, 对铁路预应力混凝土简支T梁进行横向联结加固, 可有效增加梁体的自重弯矩, 大提高桥梁的稳定性具有重要作用, 同时, 在制定加固方案的过程中, 用对T梁的耐久性进行考虑, 并进行梁体抗裂性验算, 以减小对既有结构的损伤, 从而为提高列车行驶安全提供有力保障。
摘要：我国铁路运营线路上的混凝土桥梁多采用分片式混凝土预制T梁, 这种T梁横向刚度较弱, 在投入使用一段时间后, 即会产生各种病害对桥梁整体结构的耐久性及使用性能产生严重影响, 因此, 对既有混凝土T梁进行加固与改造, 以满足列车运行要求是目前需要急需解决关键问题。基于此, 本文主要结合对铁路预应力混凝土简支T梁横向连结加固进行研究, 仅供参考。
关键词：铁路混凝土T梁,横向加固,预应力
参考文献
[1]李保龙.重载运输条件下32m预应力混凝土简支T梁横向加固方法研究[J].石家庄铁道大学学报自然科学版, 2016, 29 (2) :33~38.
[2]孙磊.高速铁路预应力混凝土T梁下挠问题研究[J].甘肃科技, 2010, 26 (20) :138~140.
[3]罗慧刚.重载铁路并置T梁横向加固运营性能研究[J].石家庄铁道大学学报 (自然科学版) , 2016, 29 (1) :20~24.
横向预应力混凝土梁 篇2
结合某预应力混凝土连续箱梁的`施工实践,介绍了现浇预应力混凝土梁桥施工的支架搭设、模板安装、钢筋绑扎、预应力管道及排气孔埋设、混凝土浇筑、预应力钢束张拉、注浆等施工流程及质量控制要点,施工实践证明该工程在实际操作中基本达到了预期目的.
作 者：孙兆强 SUN Zhao-qiang 作者单位：中铁六局天津铁建公司,天津,300140 刊 名：山西建筑 英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)：2009 35(13) 分类号：U445 关键词：预应力 现浇连续梁 施工 质量控制
浅谈预应力混凝土梁施工方法 篇3
关键词：预应力混凝土梁；建筑工程；施工方法；质量控制
中图分类号：TU757文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）05-0159-02
一、预应力混凝土梁概述
预应力混凝土结构构件一般是通过对预应力筋的张拉形成回弹挤压，使混凝土的截面内在投入使用前就受到一定数量且分布均匀的内压力，用来局部或全部抵消由于使用荷载而形成的应力。它能够改善结构构件的裂缝和变形的性能，而且该拉应力与混凝土中的压应力正好组成一个自平衡系统，使得混凝土结构的受力更为合理。由实际使用测得，预应力筋的抗拉强度约为普通钢筋的四倍，但其价格并非也是四倍，按承受单位荷载的费用计算，预应力钢材要更经济。在普通混凝土中，用高强钢材，虽然抗拉强度较高，但由于过大的应变而使得混凝土的裂缝更多。若满足了裂缝的要求，则其高强性能得不到充分的利用而显得浪费，此时，若对高强钢材首先进行预张拉，则即可消除其在使用时出现过大的应变，避免裂缝的发生，又充分发挥了材料的性能。
21世纪70年代末以来，预应力混凝土梁（板）因其节省材料，自重轻，减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力，结构简单，安全可靠，便于安装等优点，在国内建设中得到广泛应用。适用于大跨度、大空间的房屋建筑工程，如大跨度的混凝土梁、大偏心的框架柱、大柱网的混凝土楼板、大悬臂梁、转换梁或转换板、抗拔桩、基础地梁、地下室底板等混凝土结构中的各种构件。但预应力施工工艺相对较复杂，要求预应力结构施工的专业性强，但在实际施工中，有的施工队伍水平不高，经验不够丰富，加之有的设计方案考虑欠妥，引发梁（板）预应力施工过程中损失过大；空心板梁张拉后梁端顶底板中间部位出现纵向裂缝：工字梁梁体扭曲变形、梁端底部混凝土破碎，所以有效地控制质量技术措施，是历来预应力混凝土梁施工的重中之重。
二、预应力混凝土梁材料质量控制要点
（一）预应力筋控制要点
必须要求强度高，因为预应力的张拉应力在构件的使用过程中，会发生混凝土的收缩和徐变，钢材松弛等。这些都会造成预应力的损失，而强度越高的钢材，这种损失越小。有较好的塑性与良好的加工性能，以满足在施工中预应力筋需要的弯曲和转折，以及在锚夹具中受到较高的局部应力等。在外型尺寸上需要均匀，横断面特征值的误差小，使得控制应力准确。防腐性能良好，因为预应力筋腐蚀数量级及后果比普通钢筋严重得多。这不只因为强度高的钢材对腐蚀更敏感，主要是其直径较小，即使是一个小小的锈点，也能显著减小钢材的横断面，引起应力集中，最终导致结构提前破坏。因此，不但要求预应力筋本身对腐蚀不敏感，而且在使用前，需要对其外观检查和力学性能试验，并且要加强对其的合理保管与存放。
（二）预应力锚固体系控制要点
要求预应力筋-锚具组装件的锚固性能安全可靠。预应力锚固体系包括锚具、夹具和连接器。锚具是后张法构件中未保持预应力并将其传递到混凝土上的永久性锚固装置，夹具是先张法构件施工时为了保持预应力筋拉力并将其固定到张拉台座上用的临时性锚固装置，连接器则是先张法或后张法施工中将预应力从一根预应力筋传递到另一根预应力筋的装置。如果锚固体系出现了质量问题，会造成预加应力达不到设计要求，可能发生锚具破坏先于预应力筋的破坏，不能保证其静载和动载锚固性能符合规范要求。因此锚具、夹具和连接器必须按照设计选用，其进场验收必须经外观检查合格，硬度检验和静载锚固性能试验合格，加强其存放管理。
（三）混凝土控制要点
首先，同预应力筋一样，对混凝土重要的条件是要求其本身强度要高，因为只有这样，才能与强度高的钢材相适应，并且保证其在受拉和受剪以及粘结和承压等方面有较高的抗力。保证预应力钢材充分发挥作用，满足锚头附近过大的应力，并能合理有效地减小构件截面尺寸，减轻自重。其次，要求混凝土强度必须均匀，因为预应力混凝土结构中产生高应力的情况较多，在活载减小或增大时截面上都有高应力出现。另外，为了加快施工进度，增加设备及模板的周转次数，对混凝土提前进行张拉，提高经济效益。则要求混凝土具有强度高和早强的性能。与此同时，还要采取多种措施，控制施工质
量，精心对其养护，使得收缩和徐变降低，尽可能的减少预应力损失。
三、预应力混凝土梁施工控制要点
一般来讲，预应力混凝土梁按照预加应力的方法不同分为先张法预应力混凝土梁和后张法预应力混凝土梁，在房屋建筑施工中后张法预应力混凝土梁应用较多，现以后张法预应力混凝土梁为例说明其施工控制要点。
工艺流程：预应力材料进场、复检→安装底模→根据构件特点绑扎普通钢筋→预应力筋下料、制作，穿预应力筋（同时穿波纹管）→绑扎其余普通钢筋、埋灌浆管（排气管）→安装侧模→隐蔽验收→浇筑混凝土（制作混凝土试块，同条件养护）→养护，拆侧模→张拉预应力筋（张拉前进行锚具检验、设备标定和检查混凝土质量，压混凝土试块）→孔道灌浆（制作水泥浆试块）→切割、封锚→拆底模（压水泥浆试块）。
预应力混凝土梁的强度较高，外掺剂较多，在配料、拌和、运输、浇筑、养护及控制等各个工序环节必须仔细的计划安排，各种施工设备均处于一级运转状态。因任何原因造成的中途停顿，对工程质量都产生很大影响，因此在施工时应该备有备用的震捣器，电力及搅拌设备，在运输和搬运过程中避免产生离析，尽可能的在浇筑地点附近搅拌。严格控制搅拌时间及进料程序，加强震捣，对成型混凝土的养生以不停的洒水养生比麻袋等物覆盖养护要好，其余方面与普通混凝土区别不大。可以看出在其施工中质量控制措施繁多，而控制的重点在于张拉和灌浆过程。
（一）张拉施工措施
预应力工程施工的目的是对构件成功施加张拉力，采取的各种方法和措施都是为此服务的。施加预应力时，以张拉力为控制量、张拉伸长值为校核量。实际伸长值与计算伸长值偏差应在±6%范围内，超过时应停止张拉查找原因，采取措施后方能继续张拉。张拉时应分级张拉，分级控制。在张拉过程中，预应力钢绞线断裂、滑脱的数量以及无法张拉的数量不得超过结构同一截面预应力钢绞线总数的3%，同时还应注意以下几点：（1）钢绞线下料长度应保证预应力张拉和预应力检测的需要，钢绞线编束不得紊乱；（2）在浇注过程中，应防止混凝土进入预留孔道而造成的管道摩擦力增大甚至堵塞；（3）尽量采用泵送混凝土，分层进行浇捣。在钢筋密集处采用小型振捣器振捣。为防止振捣棒碰到钢管，施工前应对每个振捣手进行现场交底，使其熟悉各处钢管的位置，以免造成钢管变形与漏浆、预埋件变位等事故；（4）张拉前，应有构件混凝土的强度试压报告，当混凝土的立方体强度满足设计要求后才可施加预应力。设计文件无具体要求时，混凝土强度不应低于设计强度值的75%。张拉控制应力按设计文件要求，且不应大于钢绞线强度标准值的75%。在正式张拉前应进行试张拉，预应力检测工作也同时进行，以测定相关数据；（5）设计无具体要求时，对普通松弛预应力筋按以下超张拉程序操作：0→10%Pj→105% Pj（持荷2min）→Pj→锚固或0→10% Pj→103% Pj→锚固；对低松弛预钢丝和钢绞线按以下超张拉程序操作：0→10%Pj→Pj→锚固；（6）张拉时锚具一定要坐落在喇叭口的定位槽口之内，做到千斤顶、孔道、锚具三对中，以避免不必要的孔道摩擦损失。承压板上的水泥残渣、钢绞线上的污物等均须清理干净，以减少预应力损失。
（二）灌浆施工措施
1．灌浆准备。构件张拉完毕，应及时检查张拉记录和钢绞线锚固状况。锚具可能漏浆处用水泥砂浆封堵（封头），待其达到一定强度后开始灌浆。有粘结预应力筋张拉完毕，须在48h内完成灌浆。
2．灌浆。严格按水泥浆配合比加料，搅拌时间不小于2min。灌浆前先打通灌浆孔，用压力水清洗孔道，直到张拉端部出水较大，各处均畅通时，方可安排灌浆。灌浆用水泥浆的水泥宜用不低于32.5等级的普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比不应大于0.45，拌制后3h泌水率不宜大于2%，且不应大于3%。泌水应能在24h内全部重新被水泥浆吸收。水泥浆宜掺入外加剂，外加剂应不含氯盐且对预应力筋无腐蚀作用。水泥浆要严格按配合比配料，搅拌时间应保证水泥浆混合均匀，一般需2～3min。灌浆过程中，水泥浆搅拌应不间断，水泥浆用筛网过滤，以免灌浆时堵管。灌浆时将灌浆机出浆口与灌浆管相接，并确认连接处紧密后，开动灌浆泵加压灌入水泥浆，从近至远逐个检查出浆孔，各出浆孔出浓浆后逐一封闭，待最后一个出浆孔出浓浆后，封闭该出浆孔，继续加压至0.5～0.7MPa，保持1～2min，封闭进浆阀门，待水泥浆凝固后，再拆卸连接接头，并及时清理现场浮浆及杂物，如发现管内有空隙应仔细补浆。构件的底模支撑在无具体设计要求时，应在预应力筋张拉及灌浆浆体强度达到15MPa后拆除。
3．预应力端部封锚。张拉、灌浆后，用砂轮切割机切掉张拉端多余的预应力筋，预应力筋的外露长度不宜小于其直径的1.5倍，且不宜小于30mm，用环氧树脂涂封锚具及外露预应力筋，封闭前应将锚具周围的混凝土凿毛、冲洗干净，凸出式的锚头宜配置钢筋网片，用微膨胀细石混凝土进行封闭。
4．灌浆质量控制。水泥浆进入压浆泵前必须经过≯5mm筛网过滤。使用时应随时搅拌灰斗内的灰浆，防止泌水沉淀。灌浆用的水泥浆应有足够的流动性，施工时采用流动度测定仪测定。当水灰比W／C=0.40～0.45时，流动度在120～170mm即可满足灌浆要求。一个梁中的多个孔道，宜尽量连续灌浆。
四、结语
预应力混凝土梁预制、安装、施工质量直接影响工程质量、安全和使用寿命，施工时把握重点环节，并切实抓好每道工序，各个环节的质量控制，只有把握好质量关，才能为安全提供有力保障。
横向预应力混凝土梁 篇4
山西中南部铁路通道根据设计要求, 全线以重载运煤为主, 部分区段开通客车。预制T梁采用图纸为晋中南桥2103 (为重载铁路用简支T梁) 。为有利于梁体架设时的临时连接以及架梁施工安全, 横向预应力筋设计为预应力钢棒, 对梁体横向孔道定位提出了更高的要求。本文结合山西中南通道ZNTJ-1标兴县制梁场T梁预制过程中实际情况, 对各项施工工序对横向孔道的精确定位的影响进行研究、总结, 有助于提高T梁预制过程中横向孔道的精确定位, 使T梁架设施工更为安全高效, 横向连接施工更为优质。
1 原因分析
通过对模板定位、混凝土浇筑过程中控制要点、T梁上拱度控制要点等几个方面进行研究, 得出造成横向孔道位置出现偏差, 不够精确的原因主要有:
1) 模板定位不够准确。
2) T梁混凝土浇筑过程中出现模板变形。
3) T梁上拱影响。
2 处理方案及施工控制
2.1 模板尺寸控制参数
2.1.1 底模板预留反拱
底模板预留反拱, 对其控制各个孔道的竖向间距和T梁上拱有着至关重要的作用, 应严格控制其精度。
根据梁图晋中南桥2103得知, 在传力锚固时, 计入自重作用按理论支点计算跨中上拱如表1所示。
mm
由于我场制梁台座为固定台座, 由表1得知直曲线梁上拱近似等差变化, 因此直、曲线梁可在同一台座上施工, 但边中梁因上拱度存在差异, 采取不同的反拱值, 因此边中梁设计分区预制。按终张拉完成后90 d上二期恒载计算, 三年总上拱度直线边梁55.13 mm, 直线中梁为56.7 mm, 曲线边梁为60.85 mm, 曲线中梁为63.54 mm, 预设边梁反拱值为40 mm, 中梁反拱值为45 mm。预留反拱值按二次抛物线Y=a×X2设置, 选取跨中为起拱零点, 按照每2 m为一个控制点进行反拱设置。预设反拱应由专人使用水准仪在一天中的低温时段连续进行, 消除因换人产生的偶然读数误差及温度应力对底模板的反拱的影响。且在T梁生产过程中要不断对底模反拱进行观测, 如发现因台座沉降或底模变形引起的反拱变化, 应及时的对反拱进行调整, 防止累计误差造成横向孔道竖向位置的偏差。
赵家塔第1孔梁数据分析见表2。
30 d上拱数值, 边梁均值为40.5 mm, 中梁为46 mm, 相差5.5 mm, 因此边中梁采取不同的反拱设计能有效的减少上拱度误差, 使同孔梁的横向孔道位置偏差更小, 所以反拱设计合理。
2.1.2 侧模试拼预留压缩量及孔道定位
根据实际情况和以往经验, 本初步确定预留压缩量为32 m, 梁为36 mm, 预留方式为梁底板预留、梁顶板不预留。压缩量预留如图1所示。
模板拼装按照以下步骤进行控制:
1) 在底模上标出梁体中心线、梁端线、横隔板中心线 (隔板中心线宜以下端横向孔道中心为准, 为隔板中心距加上压缩量) 。
2) 侧模在开始拼装时, 应严格控制模板的线型以及垂直度;通过铅垂和钢板尺进行检测模板的垂直度使其达到3 mm/m的标准, 通过在试拼时挂线绳, 检测模板的线型, 确保每一块模板在一条直线上。
3) 确定梁高。
本场预制梁为定向钢模板, 进场检验各块模板合格, 垂直度控制在标注的范围内, 梁高由T梁马蹄高度确定, 通过调整侧模立柱内外顶丝使模板马蹄高度达到设计尺寸, 在侧模与底模的交接处刻画永久标记, 并对现场施工人员交底。
4) 横向孔位确定。
根据图纸尺寸及梁体压缩量预留图, 由底模上预先标出的横隔板中心线控制横向孔道横向位置。用铅垂将底模板处刻画出的隔板中心线引至侧模的隔板位置, 并用水准仪测量其对底模处的标高, 以此确定横向孔道的竖向位置。
2.1.3 模板安装
模板的安装精度决定梁体外形尺寸及孔道的相对位置。模板拼装应从梁体中心线向两侧安装, 严禁从一端向另一端拼装, 从跨中向两端拼装可减少拼装过程中产生的累积误差, 确保梁长及孔道的水平位置;模板安装时应严格控制模板垂直度及侧模处的高度控制线与底模板重合, 确保梁体高度及孔道竖向位置。
模板安装检查步骤:
1) 安装前检查。
模板经历多次循环使用后, 模板连接处可能出现变形或残余混凝土残渣未清理干净等问题, 影响梁长及孔道的水平位置。专职质检员应检查施工人员是否及时修复变形处模板, 并清理混凝土残渣, 合格后准许模板安装施工。
2) 安装过程检查。
检查模板安装时侧模边线是否与底模板处的隔板中心线对齐、侧模高度控制线与底模板之间是否重合, 如不重合应调整侧模使其重合;用线锤检查侧模垂直度, 确保每一块模板安装的垂直度符合标准。
3) 安装完成检查。
检查模板安装总长及横向孔道水平距离;检查模板连接是否紧密、牢固。各项参数合格后方可准许下一步施工。
在日常的生产过程中因模板多次周转导致变形, 应随时用水准仪测量孔道中心至底模板之间的竖向位置 (孔道竖向位置=底模跨中处标高-孔道位置处的反拱值-孔道处标高) , 并用钢卷尺检查其水平距离, 如发现有较大的偏差, 应及时调整孔道在侧模上的位置, 消除因侧模板变形对孔道位置的影响。
2.2 混凝土浇筑时模板变形控制要点
在混凝土浇筑过程中, 由于高频振动器的不断振捣, 使模板螺丝及横拉杆出现松动, 以及混凝土的自重力作用引起模板向外侧的膨胀或上浮, 因此在混凝土浇筑时应派专人负责看守模板, 不断巡查, 发现模板螺丝、横向拉杆或模板高度调节顶丝出现松动时, 应及时加固。特别是模板高度调节顶丝, 在拼模完成后检查T梁高度及尺寸合格后应画出标示线, 在混凝土浇筑过程中如发现松动, 应及时紧固, 调整到画线的位置。并且看守模板的人员应在混凝土浇筑过程中不断的转动被混凝土覆盖住的横向成孔钢管, 以防止因混凝土凝固使钢管无法拔出, 造成横向孔道直径变小, 使横向钢棒穿入困难。混凝土浇筑要保证梁顶面厚度的均匀性, 防止对T梁截面尺寸造成差异, 在预应力施工时造成上拱离散。
2.3 控制T梁的上拱
预制梁一般为抗弯构件, 其上拱度主要受混凝土自身的抗弯刚度和预加应力影响。特别是同一孔分片式T梁结构刚度不一, 将会导致T梁上拱度数值离散性较大, 梁体架设后, 因跨中挠度不一致, 中隔板横向孔位将无法准确对位。
2.3.1 预制T梁的抗弯刚度控制
抗弯刚度即指物体抵抗其弯曲变形的能力 (E=σ/τ) 。构件的抗弯刚度用EI表示。
E是弹性模量, 即产生单位应变时所需的应力, 不同的材料弹性模量不同, 预应力混凝土结构的弹性模量一般由混凝土的弹性模量决定;混凝土质量好坏决定梁体强度及弹性模量, 亦是影响梁体抗弯刚度的重要参数。
由表3可以得出上拱度随弹性模量的增大而减小, 因此在混凝土配制时要严格控制其配合比和原材料, 对于同一孔T梁应选择同一批次的混凝土原材料, 消除因原材料不同所引起的混凝土的弹性模量的不均匀性, 且同孔梁的浇筑时间应控制在6 d之内, 以防止弹性模量E的偏差而引起梁体弹性上拱的差异。
I是材料横截面对弯曲中性轴的惯性矩, 主要由构件的截面尺寸等决定。在具体的施工中, 截面尺寸变化主要体现在梁高、腹板宽度和翼缘板厚度等差异。这些差异主要由模板拼装误差造成梁体高度和腹板宽度变化;混凝土浇筑过程中模板膨胀或上浮造成腹板宽度和梁高的变化;T梁顶面混凝土浇筑厚度差异等原因造成。因此在预制梁施工过程中应严格按照2.1.3中规定的检查方式控制模板的安装, 并按照2.2的方式控制T梁混凝土浇筑时的模板变形和混凝土厚度, 并尽量选择同一套模板或配套模板预制同一孔梁, 确保同一孔T梁的截面尺寸偏差在允许的范围之内。
通过以上措施可以保证同一孔T梁具有相同的刚度, 在相同的张拉应力的作用下, 产生相同的或相近的纵向压缩及弹性上拱, 也就保证了横向孔道在竖向及纵梁向的位置相同。
2.3.2 预应力施工控制
梁体有效预应力的大小主要由阻力和预应力的大小决定。
1) 阻力主要体现在孔道摩擦, 不同T梁因孔道摩擦不同而产生的有效预应力大小不同, 致使T梁的上拱度和压缩量不同, 直接影响孔道的垂直及水平位差。预应力孔道定位精度决定其阻力大小, 在施工中, 派专职质检员进行跟踪检查孔道定位, 保证同孔T梁摩阻力的大小相同, 有效应力相同。
2) 张拉过程控制决定施加到梁体的预应力度。在张拉过程中应保证张拉的三同心, 两侧千斤顶以相同速率进行张拉, 防止因施工误差造成预应力的损失, 并且在严格按照设计应力值控制张拉油表读数, 切忌超张拉和张拉应力不足, 确保梁体控制应力的相同。
张拉应满足强度、弹模和龄期的设计要求, 且消除因E的分散性造成的施加相同应力而产生的上拱度的偏差, 且同一孔梁的张拉时间控制在6 d之内。张拉后48 h内应及时注浆, 消除徐变上拱及钢绞线的应力松弛所产生的预应力损失。以上施工工序在预制梁施工中均为关键控制工序, 施工过程中必须严格控制, 防止偶然性差异导致的有效应力的差异。
3 结语
后张法预应力混凝土简支T梁的横向孔道的精度控制, 关系到整孔桥梁的横向连接的施工及后期的二期恒载和车列荷载的横向分布, 因此在施工过程中对每一道工序严格把关, 并对可能出现的问题做好预控, 保证预制T梁的梁体使用寿命。
参考文献
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[2]铁科技[2004]120号, 客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件[S].
横向预应力混凝土梁 篇5
【摘要】随着我国建筑业的快速发展，混凝土结构已经成为当今建筑结构的主流，大型建筑的日益增多，大跨度预应力混凝土应用也就越来越广泛。本文就对当前建筑中大跨度预应力混凝土为基础的转换梁结构施工出现的问题和解决措施进行分析和讨论。
【关键词】大跨度；预应力；混凝土；转换梁结构；施工技术
随着改革开放的不断深入，我国经济产生了快速的发展，我国的建筑行业发展突飞猛进，尤其是一些大型建筑完工，取得了让世界瞩目的成绩。而在一些大型建筑建设中，在大跨度建筑物的主体建设中预应力混凝土得到了普遍的应用，预应力混凝土凭借它巨大的粘合性和韧性，最大限度的推迟了建筑主体结构裂缝出现的时间，因此成为当前施工中首选。在建筑设计中,由于建筑平面布置、立面处理及功能转换的要求,经常会遇到大跨度的钢筋混凝土梁上承托多层框架的情况,这种大跨度的框架托梁往往会承受较大的上部传来的结构荷载,若仍依照通常的方式进行普通钢筋混凝土转换梁设计,不仅配筋过多,不便施工,而且在支座和跨中可能会产生裂缝。为了改善该类梁的受力性能和提高其抗裂性,工程中有必要将该类梁设计成预应力混凝土梁,即预应力混凝土转换梁。
1大跨度预应力混凝土转换梁结构施工力学问题
1.1 模板支撑系统的受力
一般情况下,在未施加预应力之前,转换梁结构的绝大部分混凝土自重、所承担的部分上部结构荷载以及施工荷载是非常大的,而这又是结构设计中未能考虑的附加荷载。为确保混凝土转换梁的变形不超过允许值,在施工当中,应根据工程的实际情况和转换梁结构的特点,明确转换梁模板支撑的荷载传递途径,并考虑其对结构楼板或梁的承载力的影响,从而合理选择转换梁结构的模板支撑方案,确定模板支撑的布置形式。
1.2 混凝土的温度及收缩应力
混凝土转换梁由于其几何尺寸较大,属大体积混凝土构件,混凝土在浇筑后硬化期间水泥水化过程释放的水化热所产生的温度变化与混凝土的收缩共同作用,由此产生的温度应力和收缩应力便成为导致转换梁结构出现裂缝的主要因素。这些裂缝的出现对转换梁的耐久性及结构的安全性均造成不同程度的损害。因此在混凝土工程施工当中,应考虑温度应力的影响并设法降低混凝土内部的最高温升值,减小其内外温差和温度变化速率,采用最高温度和温度差双控制的方法确保温度应力不超过混凝土的抗拉强度;同时还要改善混凝土的性能,采用合理可行的浇筑方案、养护措施以及构造措施控制混凝土的收缩变形,降低收缩应力对构件的影响作用,从而减小裂缝产生的可能性。
1.3预应力对转换梁结构的受力影响
由于框架结构本身是一个超静定结构,在张拉转换梁预应力的同时会在结构中引起次内力。在进行主体结构施工时,若在转换梁梁体施工完混凝土强度达到指定要求后,与普通预应力混凝土梁相同将预应力进行一次完全施加,而此时上部结构的荷载由于施工进度的原因未施加完毕,在多余预应力的作用下将产生较大的反拱变形,造成上部结构也产生相应的变形和次内力;反之,若在上部结构较大荷载的作用下,未及时对转换梁施加预应力或施加的程度不够,结构也会产生较大的变形,对施工和使用期间的结构安全性造成较大的影响。
2混凝土裂缝产生的主要影响因素
转换大梁混凝土产生裂缝的主要影响因素有以下几点：
2.1 混凝土温升值的影响混凝土的温升值是浇筑温度、水化热的绝热温升等各种温度的叠加之和。转换大梁多使用高强混凝土，又多使用高标号水泥，高标号水泥易产生较高的水化热绝热温升，其收缩量较大。转换大梁一般断面较厚，水化热聚在结构内部不易散失，以上两因素共同作用的结果使转换大梁混凝土温升值过大，其内部最高温度经常达60℃以上。此外混凝土的浇筑温度较高，也相应增加混凝土的温升值。
2.2 混凝土温度变化的影响在混凝土温升值较高的情况下，由于转换梁混凝土内部和表面散热条件不同，因而形成温度梯度，使混凝土内产生压应力，表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝，属表层裂缝。表面裂缝的产生易引起梁体内钢筋的锈蚀，对转换梁的耐久性会产生影响；而贯穿裂缝会影响结构的整体性、耐久性和防水性。所以从控制裂缝的角度而言，应着重采取措施避免转换梁混凝土截面贯穿性裂缝的产生。
2.3混凝土收缩变形的影响混凝土的收缩变形指混凝土的干缩和碳化收缩。由于混凝土内部湿度的不均匀，其收缩变形也随之不均匀，这样就在混凝土内部产生较大的收缩应力；若混凝土的收缩变形受结构外部约束条件的反作用，从而产生约束收缩变形的应力，也视为收缩应力。当混凝土的收缩应力大于混凝土抗拉强度时，即产生收缩裂缝。混凝土施工时使用的泵送混凝土具有较高的流动性，水占的比重较大，增大了混凝土的收缩量，与抗裂的要求相互矛盾，故在满足混凝土泵送的坍落度下限条件下应尽可能降低水灰比。在混凝土工程施工中还应严格控制砂、石骨料的含水率，并通过计算机合理调整配料的水灰比，进一步减少用水量。
3大跨度预应力混凝土转换梁结构的施工技术改进措施
为了保证工程质量，降低混凝土裂缝的出现几率，就需要在施工技术措施方面进行改进，通过控制混凝土绝热温升，延缓混凝土降温速率等方法来减少或避免混凝土中温度裂缝和收缩裂缝的出现，这样才能从施工阶段杜绝质量问题的产生。
3.1由于转化梁结构多使用是高标号水泥，而高标号水泥产生的水化热较多，并且其中水泥使用量与产生的水化热温升大致呈正比关系。因此在水泥使用量方面注意进行控制，前提是保证符合施工技术要求，达到施工要求的质量，在此基础上优化混凝土的配合比设计，减少水泥用量，降低混凝土的温度，这样就会降低混凝土内部温度，降低内外部的温差，从而降低裂缝出现的情况。
3.2在混凝土搅拌的过程中加入一定量的减水剂，目的就是在保证混凝土质量的前提下，减少水泥用量，降低水化热的大量产生，降低水灰比，改善和易性，使得温升时间延长，使混凝土的表面温度梯度减小，这样就会使得内外温差不会相差较大，不会因为内部温度过高，产生裂缝。
3.3在混凝土搅拌过程中，必须要保障大跨度预应力混凝土转换梁结构的质量，所以采取的一些措施都应该围绕这个主题进行。现在施工中，有时候会选择在混凝土中掺入一定掺量具有优良性质的粉煤灰（不低于ⅱ级），受粉煤灰的火山灰活性效应及微珠效应的影响，混凝土强度还有所增加（包括早期强度）。这样的好处就是不影响混凝土质量，而且密实度增加，混凝土的收缩性降低，这样混凝土结构整体就比较均匀，不会出现塌落现象。如果煤灰和以上说到的减水剂共同使用，这样效果更佳，不仅降低水灰比，减少水泥使用量，还明显地延缓水化热峰值的出现，降低混凝土内部绝热温升峰值，其收缩变形也有所降低，即降低了裂缝出现几率，而且降低了成本，一举两得。
3.4在进行混凝土施工时，要根据施工场地天气和气候情况，进行相应措施，采用大体积混凝土结构三维有限元温度分析程序，对转换梁整个施工过程中的温度状况进行分析和计算，掌握混凝土在施工中和浇筑后一个月内各部位温度的变化规律，为转换梁的混凝土施工提供科学的依据。通过这些规律，在混凝土温度较高的情况下，可以在搅拌时加入冷水，目的是降低内部温度，减少了结构的内外温差，同时延长了混凝土的初凝时间。另外可以分层次浇筑，目的就是降低截面的厚度，可以顺利将内部温度及时降低，温度分布均匀，这样就不容易产生裂缝。
4大跨度预应力混凝土转换梁结构支撑施工技术
4.1常规支撑法 转换梁施工时,考虑采用常规的混凝土浇筑方法和模板支撑形式进行施工,即一次支模一次浇筑混凝土成形,使用目前应用较为普遍的钢管脚手架支撑体系来对梁体模板进行支撑。由于转换梁底模在一次浇筑混凝土成形的情况下施工荷载很大,其支撑往往需要从转换梁底一直撑到结构底层地面或地下室的底板。该方案需准备大量的模板支撑材料,材料的租赁费或一次购置费用较大。因此这种施工技术适用于施工现场可用的支撑材料较多,且转换梁在主体结构中位置较低的情况。
4.2叠合浇筑支撑法
叠合浇筑法即应用叠合梁原理将转换梁分两次或三次浇筑叠合成型的施工方法。该方法利用第一次浇筑混凝土形成的梁支承第二次浇筑混凝土的自重及施工荷载,首次浇筑混凝土的高度多为梁高的。再利用第二次浇筑混凝土与第一次浇筑混凝土形成的叠合梁支承第三次浇筑混凝土的自重及施工荷载。采用这种施工技术时,转换梁的钢管支撑系统脚手架只需考虑承受第一次浇筑层的混凝土自重和施工荷载,因而可大为减小其下部钢管支撑的负荷,减少支撑材料的使用数量,同时混凝土分层浇筑可缓解由于大体积混凝土水化热较高从而引起温度应力过大等对裂缝控制的不利影响。
4.3设立钢结构支撑法
建筑转换层结构中的转换梁具有跨度和截面高大化的趋势,若仍采用普通的钢管脚手架作为施工期间的临时支撑形式,则无法满足大跨度、大截面转换梁对支撑体系强度、刚度及稳定性的要求。因此在实际工程中,可采用设立钢结构支撑作为主要的临时支撑,钢管脚手架可作为辅助支撑形式与钢结构支撑共同工作。钢结构支撑可有钢格构柱、钢管柱和钢桁架等形式,均具有较强的强度、刚度和稳定性。
参考文献
横向预应力混凝土梁 篇6
关键词：T型梁；施工工艺；质量控制
中图分类号：U445.471文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）18－0053－02
随着经济和科学技术的迅速发展，现代公路运输的要求越来越高，预应力混凝土结构得到了广泛的应用，作为超静定结构，预应力混凝土连续梁具有比普通的连续梁桥大得多的跨越能力，另外，它可以有效的避免混凝土开裂，同时又具有结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、承载能力大、抗震能力强等优点。如何对T梁施工过程进行质量控制管理，保证其施工安全可靠，成为了我们重点关注的方面。
1钢筋、模型、波纹管的加工与安装
（1）钢筋加工区搭设10 m×20 m的彩钢棚，原材料、半成品存放区采用30 cm厚混凝土台座。钢筋绑扎工作在预制T梁台座上进行，为保证钢筋的横平、竖直、位置准确、间距均匀，在底座上事先放出大样线，钢筋按线绑扎，横向水平筋的间距按图纸设计要求的间距做成内对内的卡子，在施工中严格控制，保证了钢筋的间距均匀、水平。采用专用的混凝土垫块，腹板按竖向0.5 m、横向1.0 m梅花形布设，底板按0.5 m间距布置两排，均绑扎在钢筋交叉点上，保证了工程质量。
（2）安装预埋件（支座连接钢板），然后架立波纹管，首先确定梁跨中为原点建立坐标，根据图纸坐标值，确定孔道底部各断面的空间位置，并用红油漆在底座侧面标注波纹管的起弯点位置和对应高度。按位置焊接架立筋，安装波纹管。安装时波纹管接头处用接头管（大于波纹管0.5 mm）与波纹管套接，并用胶带缠紧，达到管道安装牢固，接头密合，弯曲圆顺。波纹管定位钢筋在曲线段间隔为50 cm、在直线段间隔为100 cm设置一组，并牢固焊接。
（3） 模板采用定型钢模板，安装时板面应平整、光洁，涂刷脱模剂，保持模板正确的线形，为防止漏浆，在模板接缝间粘贴双面胶带，模板底部和顶部都安装对拉杆，个别侧模处加顶方木，以防胀模和跑模。拆模时不能硬砸硬撬，防止模板变形及损坏梁板混凝土。
2浇筑混凝土
（1）混凝土由拌合站集中拌制。对混凝土原材料从源头抓起，砂、碎石、水泥和拌合用水等试验合格后方可进场，进场后按批次分别检验，保证了原材料的质量，同时在拌和前由专职试验员对砂、石料含水量进行测定，每日由试验室提供施工配合比，拌合站方能开始拌和。由于波纹管及锚区的钢筋较密集，石料最大粒径为1～2 cm。
（2）每盘混合料拌合时间不少于2 min，混凝土要均匀，随时检查混凝土的坍落度（10～12 cm）、和易性，注意拌合速度与混凝土振捣速度相配合，混凝土运输采用罐车运送到预制T梁现场，卸入料斗内，然后用龙门吊起吊横移到浇筑部位卸入模板内，料斗下口距梁顶面不大于40 cm，保证T梁混凝土在浇筑过程中不发生离析现象。混凝土浇筑时保证连续不间断的进行，要考虑到拌合能力、运输距离和浇筑速度相配合。
（3）混凝土采用分层浇筑，分层厚度不大于30 cm，分层距离控制在6 m左右。浇筑顺序为从一端向另一端，为了保证锚固区混凝土的密实度，当浇筑到距离另一端5 m左右时，再从另一端开始往回浇筑。为提高混凝土强度，在施工中采用附着式高频振捣器和振捣棒（50棒，30棒）联合完成，其中附着式高频振捣器振捣梁的马蹄部和腹部，振捣时间控制在50 s左右，附着式高频振捣器空载激振力4.75 kN，振动频率50 Hz。附着式振捣器只能振动相应投料区段的混凝土，不能空振，也不得使已初凝的混凝土再受振；插入式振捣棒振捣腹板和翼板部位的混凝土，在振捣过程中不能触及模板及波纹管。
（4）混凝土浇筑过程中，每片梁至少做4组试件（试模为15 cm×15 cm×15 cm）、1组标养，其余留在工地同步养护，作为拆模、张拉、吊装等工序的强度控制依据。
3拆模
当混凝土强度达到10 MPa时开始拆模，拆模时先松动对拉螺丝，抽出对拉杆，然后从先浇筑一端开始人工配合龙门吊机拆模，并用10 t倒链、方木等配合龙门吊拆模，拆模后及时打磨模板，堆放整齐。边梁拆模后要及时对翼缘板处用圆木进行支顶，以防梁体倾倒。拆模时要先将模板下落，最后缓缓侧拉，注意对成品混凝土的保护。
4混凝土的凿毛及养护
当混凝土强度达到设计强度的30%时开始凿毛（凿毛过早易破坏混凝土的棱角，太迟会给施工带来困难），T梁混凝土凿毛采用电锤与铁錾相配合法进行。首先将凿毛区画线，由外向内按45 °左右的斜纹用电锤进行凿毛。电锤未凿到的浮浆人工配合铁錾进行二次处理，直至浮浆全部凿除干净为止。凿毛完成后洒水冲洗干净，采用钢刷刷洗，将凿除区域的浮渣扫除干净。
为保证混凝土有适宜的硬化条件和防止不正常的收缩，根据气温情况及时进行浇水养护。拆模后顶板采用土工布覆盖洒水养护的方法，腹板及翼缘板底部采用塑料水管绕梁体一周的方法养护。具体做法是采用直径为2.5 cm的塑料管，在管壁上设置两排小孔，一排孔口向上用于养护翼缘板底部，一排面向腹板用于养护腹板，管口设置三通阀门，派专人负责。养护时间不少于7 d，每天浇水次数视具体情况而定，以保持混凝土处于足够的润湿状态为宜。
5张拉方法的选择
预应力张拉一般分为一端张拉和两端张拉两种形式。如果采用两端同时张拉钢N2、N3，需要两套张拉设备，而采用一端张拉无疑减少张拉设备的投入。因此，采用何种张拉方法则成为施工技术的关键问题。为了减少张拉设备投入，使一端张拉有可靠的技术保障，减少风险，我们进行了锚具变形、预应力回缩影响长度分析，并在计算锚具变形、钢筋回缩等引起的应力损失时，考虑了与张拉钢筋时的摩阻相反的摩阻作用，这样能更好地反映由锚具变形等引起的应力损失沿梁轴逐渐变化的实际情况。因钢绞线采用夹片式锚具，实测QM锚具在张拉端预应力钢材的回缩量△L＝4～8 mm，该△L影响长度的大小直接决定着张拉方法的选用。现以N2号钢束为例，对预应力钢束回缩影响长度的大小进行分析。
N2号钢束为曲线形状，AB段为直线段，BC段为圆弧段，CD段为直线段，并且以梁中心对称布置。以A为张拉端，根据规范JTJ041－89，参考预埋波纹管，取孔道局部偏差对摩擦的影响系数K＝0.001，预应力与孔道壁的摩擦系数μ＝0.19，从张拉端至固定端：
σA＝0.75RY b＝0.75×1 860＝1 395 MPa
σB＝σA•e－KL1＝1 395×e－0.001×3.701＝1 390 MPa
σC＝σB•e－（KL2＋μθ1）＝1 348 MPa
依次类推，可得出沿曲线长度方向钢束的应力分布图。假设张拉时正向摩擦与锚固时预应力筋回缩的反向摩阻相等（即正、反摩擦损失斜率相等），根据预应力钢束在锚固损失影响区段内的总变形与钢束回缩值（△L）相协调的原理，式中：
Ey：钢绞线弹性模量，Ey＝1.95×105 MPa；
△L：锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值，实测△L＝4～8 mm；
L：预应力筋的有效长度，mm；
W：锚固损失的应力图形面积。
假设锚固损失自圆弧C点影响至路中直线段长度为Lx，又设AB段应力下降的斜率为m1，则m1＝（1 395－1 390）/3.701＝1.35，同理可知：BC、CD段的应力下降斜率分别为m2＝10.03，m3＝1.34。
根据正、反摩擦损失斜率相等，可得出W1、W2、W3，代入有关公式可求出：
当△L＝4 mm，Lx＝8 453 mm
由此可求得预应力钢束回缩影响长度S：
S＝L1＋L2＋Lx＝3 701＋4 189＋8 453＝16 343 mm＞（L1＋L2＋L3）
通过对预应力钢束回缩影响长度分析结果可知：预应力组合T梁锚固时，钢束回缩影响长度超过跨中，若采用两端张拉，不但增加了张拉设备，而且跨中预应力值反而小于一端张拉时跨中预应力值，影响大梁使用性能。因此，采用一端张拉的方案既经济又可行。为验证一端张拉后固定端预应力值的建立，对每根梁的两束进行固定端补张拉，实测每束仅能补0.4 mm左右的伸长量。实践证明，该方案在实际运用中各项技术指标均满足设计和规范要求，效果较为理想。
6压浆封锚
张拉完成后，在24 h内进行压浆。压浆工艺采用真空辅助压浆法，水泥浆水灰比控制为0.45，掺加8%的膨胀剂，水泥浆稠度控制在14～18 s之间。现场采用倒锥法对水泥净浆进行测定，当试验合格后开始压浆。将准备好的水泥浆按先下孔后上孔的顺序依次压入孔道，水泥浆在压注前和过程中应经常搅动，水泥浆调制后，经常搅动并应在30 min内用完。压浆开始前，打开两端压浆（出浆）嘴阀门，然后由一端压入水泥浆，压力可在0.5～0.7 MPa，压注速度为6～8 m/min。为保证预应力束孔道全部冲浆，出浆口冒浆后（现场控制以出浆流出不含气体水沫且稠度与压注浆液相同的水泥浆为准），关闭出浆嘴阀门并加压，稳压期的压力为0.5 MPa，时间不少于2 min。压浆时每工作班组最少做3组试块（试模为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm）。为保证桥梁伸缩缝几何尺寸及混凝土线性，非连续端封锚在梁板吊装完成后进行。用砂轮锯去多余钢束，并保留4 cm，对非连续端焊接绑扎封锚钢筋支模板，用与梁体同标号混凝土浇筑封锚。中支点梁端不进行封锚，采用10号水泥砂浆将外露钢绞线、锚具及钢筋包裹，防止锈蚀。
7结束语
总之，在T型梁预制施工中，需要建设者和管理者统一协调、互相合作，严格遵守各项有关质量的法律法规和技术规范；从各个环节进行有效控制，采取积极有效的施工措施，把我国的桥梁工程质量提高到一个新水平。
参考文献
1 张耀军.后张法预应力T梁施工质量控制措施［J］.中国科技博览，2010（01）.
2 肖必勇、杨世兵.浅谈50 mT梁施工质量控制［J］.山西建筑，2009（04）.
Analysis of Prestressed Concrete T－beam Construction Quality Control
Wen Lvetong
Abstract: Bridge construction is an important part of highway construction, the quality of the project is directly related to the use of the bridge into effect, and thus will affect the entire road of the results. Therefore, in the bridge construction, the quality is the key. Articles for prestressed concrete T－beam construction quality control were discussed.
Key words: T－beam; construction technology; quality control
横向预应力混凝土梁 篇7
现代桥梁的跨径不断增大, 宽度亦不断加宽, 横断面形式也是日趋复杂。横向预应力的使用, 空间缆索等, 使得桥梁结构的受力状态愈来愈复杂, 其空间效应亦越来越明显, 如:剪力滞效应、截面的畸变和翘曲等问题。平面分析的结果已较难反映复杂桥梁的实际受力状况。但现在桥梁设计中仍采用基于平截面假定的平面杆系程序进行分析, 假定纵向应力沿横桥向均匀分布。这种计算方法与实际情况相差较大, 且在已经建成的桥梁中也出现了不少问题, 如混凝土开裂、下挠等。因此平面杆系程序用在大型复杂的桥梁设计中就显得有所欠缺, 有必要对桥梁结构进行三维空间分析, 对纵向应力沿横桥向的分布状况进行研究。
2 有效分布宽度的产因
在初等梁弯曲理论的基本假定中截面变形符合平截面假定, 不考虑剪切变形的影响, 因此, 正应力沿横桥向是均匀分布的。但是, 在箱形梁中, 产生弯曲的横向力通过腹板传递给翼缘板, 而剪应力在翼缘上的分布是不均匀的。在腹板与翼缘板的交接处剪应力最大, 随着离开腹板的距离增大而逐渐减小。因此, 剪切变形沿翼板的分布是不均匀的。这种由于翼缘板的剪切变形造成的弯曲正应力沿梁宽方向不均匀分布的现象称为“剪力滞”现象[1]。本文拟采用在实际工程中应用较为广泛的有效分布宽度来反映箱梁纵向应力沿横桥向的不均匀分布。
箱梁翼缘有效宽度的提出主要是由于在工程设计中, 如果精确的按照剪力滞的理论公式或空间有限元来计算截面上的正应力分布是很不方便的。因此工程上采用了一种偏保守的计算方法, 即翼缘有效宽度法。其计算的基本步骤为:先按梁弯曲初等理论计算截面内力, 对不同位置的截面, 按照规范要求用不同的折减系数进行折减, 然后按折减后的截面尺寸配筋。有效分布宽度的定义为:翼板上的实际正应力沿翼板横向积分与翼板上应力峰值的比值[2]。
其中, b为腹板至翼缘板边的距离;τ为上翼缘板的厚度;σ (x, y) 为翼缘板的正应力函数。
3 我国规范关于有效宽度的规定与计算
交通部颁布的JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[3]4.2.3条对箱形截面梁的翼缘有效宽度作出了规定:箱形截面梁在腹板两侧上、下翼缘的有效宽度bmi, 可按下列规定计算:1) 简支梁和连续梁各跨中部梁段, 悬臂梁中间跨的中部梁段:bmi=ρfbi。2) 简支梁支点, 连续梁边支点及中间支点, 悬臂梁悬臂段:bmi=ρsbi。其中, bmi为腹板两侧上、下各翼缘的有效宽度;bi为腹板两侧上、下各翼缘的实际宽度;ρf为有关简支梁、连续梁各跨中部梁段和悬臂梁中间跨的中部梁段翼缘有效宽度的计算系数;ρs为有关简支梁支点、连续梁边支点和中间支点、悬臂梁悬臂段翼缘有效宽度的计算系数。预应力混凝土梁在计算预加力引起的混凝土应力时, 预加力作为轴向力产生的应力可按实际翼缘全宽计算;由预加力偏心引起的弯矩产生的应力可按翼缘有效宽度计算。
4 工程实例分析
4.1 背景工程
以某矮塔斜拉桥为例, 主桥跨径布置为: (140+260+140) m。主桥为双塔双索面预应力混凝土矮塔斜拉桥, 双薄壁墩、双柱式索塔, 钻孔群桩基础, 而主梁采用预应力混凝土单箱三室流线型扁平箱梁。斜拉索采用环氧钢绞线斜拉索, 斜拉索在梁端采用混凝土齿块锚固结果, 在塔端采用分丝管索鞍锚固结构, 跨中截面如图1所示。
4.2 跨中节段模型
跨中节段模型利用有限元分析软件ANSYS建立空间实体单元模型, 进行空间结构弹性应力分布计算。混凝土和预应力钢束分别以Solid45单元和Link8单元模拟, 预应力效应使用初应变模拟, 建立的计算模型如图2所示。根据弹性力学中的圣维南原理, 建立较长的有索区段 (11号块~27号块) , 计算结果仅查看中跨1/4处和中跨无索区处的应力状况。按照实际位置布置预应力钢束, 计算中考虑张拉控制应力, 扣除损失后, 将剩余有效预应力施加到模型中。计算模型有限单元划分采用自由划分的方法, 边界条件采用在主梁一端固结约束, 在另一端施加杆系模型内力的方法进行模拟。
计算荷载分别考虑成桥阶段和运营阶段的荷载状况, 并将平面杆系有限元软件计算得到的内力结果施加在左右两侧主梁断面上。荷载组合为:自重+预应力+二期恒载+汽车荷载 (采用使主梁跨中应力最大的布载方式布载) 。
4.3 计算结果分析
根据中跨节段有限元计算模型, 选取与固结端有一定距离的主跨四分点处有索区20号块的应力状况进行分析。由于在有索区主梁边箱室处存在加劲肋影响, 为了明确加劲肋对于纵向正应力横桥向分布的影响, 分别选取2个关键截面进行分析, 如表1所示。
在正常使用状况下, 出于简化计算目的, 仅考虑汽车活载作用下的主梁受力状况。各个截面应力状况如图3, 图4所示, 其中压应力为负, 拉应力为正。
如图3, 图4所示, 在不设置加劲肋的1号截面处, 顶板纵向应力沿横桥向分布较为均匀, 最大纵向正应力与最小正应力相差均仅在0.5 MPa左右, 且直腹板处顶板纵向应力略小于边、中箱室中心处纵向应力, 存在不明显的负剪力滞效应。而在设置有加劲肋的2号截面处, 直腹板处顶板出现2号截面的最大纵向正应力为12.8 MPa, 该截面处存在明显的正剪力滞效应。
下面计算出各个不同截面的顶板正应力峰值、正应力横向积分值、MIDAS杆系模型正应力值以及对应的顶板有效宽度比, 如表2所示, 其中有效宽度比=有效宽度/全桥实际宽度。
由表2可知, 在边箱室存在加劲肋处顶板有效宽度较小;在远离加劲肋处有效宽度比趋近于1, 可不考虑有效宽度影响。
5 结语
本文对大型箱梁的横向分布有效宽度进行了介绍, 分析总结了箱梁应力在横向不均匀分布的原因。使用大型有限元分析软件ANSYS分析了某矮塔斜拉桥的中跨箱梁的有效分布宽度。计算结果表明, 活载作用下, 应力的不均匀更为明显, 活载有加剧箱梁剪力滞效应的效果。
参考文献
[1]刘明志.大跨度连续梁桥施工监控及剪力滞效应研究[D].长沙:湖南大学硕士学位论文, 2010.
[2]陈伟胜.矮塔斜拉桥宽幅箱梁剪力滞效应研究[D].长沙:长沙理工大学硕士学位论文, 2012.
横向预应力混凝土梁 篇8
所谓横向分段施工预应力混凝土斜箱梁的结构形式, 是通过采用分片预制工字梁→预应力张拉→吊装→现浇合成箱梁的施工方式形成的一种单箱多室斜箱梁结构 (如图1 所示) 。此施工方法既可减轻吊装重量、节省工程造价、缩短工期, 又使结构具备箱型梁桥良好的受力性能。
2 横向分段施工预应力混凝土斜箱梁的受力阶段
由于横向分段施工预应力混凝土斜箱梁是通过采用分片预制工字梁→吊装工字梁→现浇合成箱梁的施工方式形成的, 在整个施工过程中, 结构的受力主体和受力荷载经过以下几次的变化:
(1) 分片预制时, 结构的受力主体是预制工字梁, 受到的是结构自重和预应力作用。
(2) 吊装时, 结构的受力主体还是预制工字梁;受到的依然是自重和预应力, 但应考虑吊点位置和动力系数。
(3) 拼装成整体结构时, 需要现浇湿接缝的混凝土, 此时结构的受力主体仍是预制工字梁, 作用力有预制工字梁自重、预应力和现浇混凝土的自重。
(4) 当湿接缝混凝土达到强度标准值, 开始浇筑桥面铺装时, 结构截面形式发生变化, 由开口的工字截面转化成闭口的箱形梁截面, 截面的抗扭刚度显著增大, 结构承截能力加强;外荷载作用时, 汽车荷载的横向分布系数趋于均匀, 结构的受力主体由各预制工字梁转化成整体箱梁。
从上述分析可知, 横向分段施工预应力混凝土斜箱梁的施工过程是由集零为整来实现的, 达到了“施工上个体, 受力上整体”的目标。从结构受力特点来看, 横向分段施工预应力混凝土斜箱梁中的预制工字梁是采用预应力结构, 而施工现浇阶段混凝土箱梁的部分顶板和底板是普通钢筋混凝土结构;对于简支结构而言, 当外荷载作用时, 现浇部分的顶板受压, 底板受拉, 底板容易开裂。对于连续结构而言, 由于采用先简支后连续的工法, 在支点受拉区布置预应力筋, 此处现浇的顶板混凝土不易开裂, 但是在跨中截面及相邻范围内, 现浇部分的顶板和底板受力特性跟简支结构类似。
3 国内外的研究现状
3.1 分段施工的回顾
从1950 年到1965 年期间, 欧洲修建了300 多座跨径在250ft (76m) 以上的悬臂施工预应力混凝土桥梁。此后, 这种施工方法开始在世界其它地区盛行[1,2]。这段时间还发展了预制分段施工。1962 年, 让·米勒尔 (Jean Muller) 设计的巴黎南部塞纳河上的Choisy- Le- Roi大桥是完全应用预制块件分段拼装技术修建的桥。20 世纪60 年代, 法国工程师在节段悬臂浇筑施工方法基础上形成了预制节段悬臂拼装施工方法, 将节段预制与平衡悬臂施工相结合, 加快了施工速度, 提高了施工质量。
近30 年, 现浇或预制分段施工工艺已经在世界范围内得到了迅速的发展。在任何一种分段施工方法中, 都可以采用现浇块件或者预制块件, 或两者混合施工。因此, 目前几乎在任何工地条件下, 都可以借助各种设计方案和施工方法经济有效进行分段施工。
3.2 横向分段施工的研究现状
横向分段施工在世界各国运用了很长的一段时间, 近十几年, 北美、西欧、日本等国制定发布的许多桥梁设计和施工规范均有所涉及。
1989 年, AASHTO制定的有关装配式结构规范里规定装配式结构的标准截面形式、装配式结构采用联结方式的构造以及施工工艺等[3]。
1992 年, 欧洲制定了《预制混凝土构件和结构的附加准则》设计规范, 对装配式结构的设计提供了指导, 同时另有施工工艺规范对相应的施工进行一定的规定[4]。
《日本的标准预制预应力混凝土桥的设计与施工》规定四种国家标准型以及一种地方标准型日本公路桥的预制混凝土梁, 有组合式桥面体系和非组合式桥面体系两种装配式联结类型。《日本的标准预制预应力混凝土桥的设计与施工》还制定了一些关于装配式结构设计和施工条款。
对于装配式结构, 我国也制定了规范和进行过相关研究。
我国的相关规范对装配式结构的设计、构造以及施工要求都进行了详细的规定[5,6], 以保证装配式结构上部的整体性和结构的安全性。
东北大学的张文献、潘秀艳对装配式板桥加宽设沉降缝和不设沉降缝进行研究, 通过对沉降差异引起的板的受力变化, 以及对加宽后荷载横向分布系数进行了计算分析, 结果表明设沉降缝对旧桥受力不利, 设铰对旧桥和加宽部分都有利[7]。
合肥工业大学柳炳康、许谋奎对反复荷载作用下装配式大板结构结合部延性特征及接合筋的应力、结合部承载能力进行试验分析, 结果表明交界面是受力的薄弱环节。在反复荷载作用下, 结合部抗剪承载力下降, 其延性随结合部宽度、接合筋直径的增加呈增强趋势。但结合部的破坏属于剪切的脆性破坏, 其延性均较差。另外, 随着结合部宽度和接合筋直径的增加, 滞回曲线的捏垄现象出现得较晚, 结合部的耗能能力越强, 有利于结合部的抗震[8]。
中南大学的罗小勇, 周凌宇, 余志武对预制装配式预应力钢一混凝土组合梁桥进行了有限元分析和静动力荷载实验, 证明该桥型具有良好的使用性能[9]。
文献[10]针对梁板桥的设计, 对装配式梁板桥在高速公路上的应用情况、发展过程、存在的问题进行了阐述, 并结合新的设计理念, 对梁板桥发展趋势、设计思路作了思考, 最后提出建议。针对目前中小跨板桥, 采用预制安装, 横向连接不强, 使用时容易出现单板受力、桥面纵向易开裂等问题, 建议应在跨中和板端设置3 道预应力钢筋。
文献[11]针对装配式板梁桥, 企口混凝土铰处经行车运营后易开裂的弊病, 对原企口的联结形式进行了改进。完善后的企口联结提高了抗剪强度, 经5 年多座桥梁的使用验证, 证明该企口强度高、不开裂、整体性好。改进后的企口构造合理、工艺简单、操作容易。
文献[12]对装配式连续梁、板桥体系转换前后在结构自重作用下装配式连续梁、板桥控制截面的内力进行了分析计算;并对几种体系转换方法的优缺点及适用场合进行了比较。
文献[13]探讨了分段合成斜箱梁桥的特点, 以某大桥为工程背景, 对提出的分段合成斜箱梁方案进行验算, 结果表明该大桥在使用阶段荷载组合作用下能够满足受力要求, 并且可以节省项目投资。其分析方法对于整体结构过于保守, 没有考虑成桥最后阶段受力主体是箱形截面, 而不是工字梁, 而且无法计算湿接缝的内力。
3.3 斜箱梁的研究现状
根据所能查阅到的文献和联机检索 (1974 年至今) 所得资料, 国外对斜梁桥的研究时间跨度非常大, 最早的研究可以追溯到1948 年。直到现在, 对斜桥的研究也没有停止, 但尽管如此, 历史上也并没有在某一时期出现研究高潮。国内对斜桥的研究主要是在80 年代后, 而且研究单位相对少, 力量较分散。
文献[14]是迄今为止最为著名的斜梁桥试验。这一试验历时4 年 (1977 年~1980 年) , 耗资38.4 万美元。模型试验比例为1∶2.82, 二跨连续箱梁, 单箱4 室断面, 仅左孔设有阶梯型中隔板, 斜度为45°, 测试荷载包括恒载、使用荷载、超载 (即全过程测试) , 端支承为简支, 中支承为单点固结支承。作者用二种程序对试验结果进行分析:一为CELL单元, 计算结果视为精确;另一种程序为SAP, 单元模式为三维框架单元, 它把结构拟化为端部抗扭支承 (端横隔板抗弯刚度无限大) , 中支承为柱支承, 偏心荷载通过伸出的刚臂来传递。两种计算结果与试验数据对纵向效应来说都符合得很好。
文献[15]设计并制作了三跨斜交连续梁的1∶8 模型梁, 模型全长19m, 进行了多工况荷载作用下弹性试验、开裂和破坏试验。得出模型的位移、应力和反力分布情况、荷载—位移全过程曲线、混凝土裂缝分布图和破坏特征等。这些试验结果对于认识和进一步研究斜交箱形连续梁的弹塑性性能具有重要意义。
另外, 国内还有一些学者作了一些试验研究[16,17], 只是这些试验规模相对较小, 研究成果适用于小部分特殊桥型的斜箱梁桥。
周世军在其博士论文[17]及文献[18- 20]中, 对钢筋混凝土斜箱梁的线性和非线性结构性能从理论和试验两个方面进行了研究。将箱梁当作一般梁进行研究, 讨论了一般梁结构分析中的两个需要研究的特殊问题;将箱梁按一般薄壁结构对待, 推导了能同时适用于开口与闭口薄壁结构考虑几何非线性分析的薄壁梁单元的刚度矩阵和几何刚度矩阵, 还建议了能处理特殊边界条件的有限元分析方法;对钢筋混凝土箱梁从开始加载、开裂、受压屈服直至破坏的全过程作了理论研究和试验验证。
4 研究存在的问题
综上所述, 虽然国内外对于横向分段施工结构分析开展了一定的研究, 但对于分段合成斜箱梁这样在工字梁上施加预应力, 在施工后形成箱梁的结构, 还没有合适的方法计算截面应力, 也没有湿接缝应力的计算公式;从查阅到的资料来看, 国内外没有相关的试验或研究文献表明这样的结构与全预应力截面的斜箱梁在受力上的区别。
预应力混凝土连续梁施工分析 篇9
1 原施工设计方案
原设计方案采用塔吊配合自锚三角挂篮施工。由于桥长703.95 m, 加上塔吊作业半径的局限性, 需要在场内布置多台塔吊, 严重影响了经济效益, 同时由于现场设备多, 难于管理, 也存在安全隐患。自锚三角挂篮存在用钢量大、移动困难、造价高等缺点。
2 优化后施工方案
基于以上问题, 对原方案进行优化设计。优化设计后的方案采用缆索吊配合菱形挂篮施工。采用自行设计的缆索吊负责起重、运输等工作, 连续梁悬灌施工的主要设备采用菱形挂篮。自行设计的缆索吊的特点:现场只需安装一台, 且易管理、造价低。菱形挂篮的特点是:体积小、用钢量少, 造价低、移动方便, 作业空间大, 模板支立快速, 可以大大提高施工速度。
3 优化后施工方案的实施
悬灌梁工艺控制复杂, 关键应注意控制以下几个方面:①因结构设计上0#段较高, 达到了8.8 m, 因此, 砼供应、捣固等成为关键问题;②梁部悬灌过程中的应力监测和线型控制问题;③合拢和体系转换问题。
3.1 预应力混凝土连续钢构0#梁段施工
0#段是连续梁悬臂施工的基本梁段, 是整个钢构施工的基础。本桥采用在已成型墩身上预埋型钢杆件, 利用M型万能杆件组拼承力托架, 在托架上整体一次性立模浇筑0#段混凝土。大桥梁高8.8 m高, 采用一次灌注方案, 采取墩旁托架施工。外模采用大块钢模板, 内模用木模、组合钢模板。
1) 0#段托架及模板设计施工。
0#段采用墩顶托架的施工方案。托架采用M型万能杆件组拼, 拼装高度4.0 m。根据托架布置形式, 每个墩柱上竖向布置3排预埋件, 每排4组, 具体是在接近墩顶部分, 按设计位置准确安装各种预埋件, 预埋件采用槽钢组拼, 沿着桥的方向置于墩柱内, 两端伸出墩柱外, 与托架连接。最下排预埋件上设分布梁, 托架的底端支撑于该分布梁上, 上部分别与上两排预埋件连接固定, 形成承力托架。在托架上即可进行布设分布梁、组装模板、绑扎钢筋、浇筑砼等施工。
模板设计本着尽量通用的原则, 将外侧模板设计为大块钢模板, 面板用高强竹胶板, 骨架桁架采用角钢和槽钢组成, 以两墩柱内边缘为界, 将外模板顺桥方向分成3段, 中间段长5 m, 两端段长4.5 m, 以满足悬灌节段的长度要求。结合梁高变化, 为减小悬臂施工中临时结构重量, 将外模板竖向分为三段, 下部两段长分别为2 m, 当悬灌至5#梁段、12#梁段时, 分别拆除下部2 m段模板。因0#段内部变化较大、变截面较多, 内模板采用木模板和组合钢模板相结合的组合结构, 内模支撑以木支撑为主, 配合脚手钢管进行加固。底模板在两墩柱间利用墩身施工模板、组合钢模板组拼, 悬臂部分底模板利用钢板后附槽钢做肋板制成整体钢模板。
2) 0#段混凝土浇筑。
0#段混凝土采取整体一次性浇筑工艺, 混凝土输送利用输送泵自搅拌站直接送至梁上作业区。0#段作为钢构施工的基本段, 梁较高、管道较密、变截面较多, 混凝土施工难度较大, 为保证砼浇筑质量, 在原材料选择、混凝土拌和、技术工人培训、设备保障上严格把关, 保证设计意图的有效实施。梁体砼浇筑分为底板、腹板、顶板3个部分。
两墩柱间底板混凝土通过自制串筒自梁顶下料, 两端悬臂部分, 串筒直接从梁端将砼导入梁内, 再由人工进行布料, 砼振捣采用插入式振捣器完成。
腹板部分相对较高, 钢筋及预应力管道密集, 混凝土浇筑质量不易控制是0#段混凝土施工的关键。腹板混凝土入模仍通过串筒完成, 由于预应力管道等影响, 串筒布料点采用2.5 m间距, 整个0#段布设串筒下料口在10～12个。
顶板混凝土施工按常规工艺进行, 振捣时应切实保证预应力管道不被移动。浇筑完成后及时清除梁顶多余的混凝土, 保证梁顶的平整度。顶板混凝土采用插入式振捣器和平板振捣器联合振捣。
3.2 预应力混凝土连续钢构悬灌段施工
0#段施加预应力结束后, 在梁段上组拼菱形挂篮, 然后将底模板、外模板悬吊于挂篮上, 形成悬臂施工作业平台, 即可在此平台上进行悬臂节段的钢筋绑扎、混凝土灌注、预应力张拉及压浆等工作。
主墩顶部13 m梁段施工结束后, 将挂篮按走行轨道安装并锚固在梁体竖向预应力钢筋上, 然后在梁顶组装菱形挂篮。利用缆索吊机将在加工厂部分组拼完成的挂篮部件吊至梁顶进行组装, 主要完成挂篮的横向连接及加强、锚固等工作。
3.3 预应力混凝土连续钢构端部梁段 (边跨段) 施工
边跨现浇节段应在悬灌节段施工后期同步进行。采用在边墩侧利用预埋件搭设托架进行施工。托架系采用M型万能杆件组拼而成, 在托架平台上铺设分布梁、底模板等, 然后进行钢筋绑扎、混凝土浇筑等工作。为保证边跨合拢时温度应力的有效释放, 在底模板与分布梁间设滑板。托架应保证伸入合拢段不少于0.5 m。托架使用前用自制水箱加载预压, 以消除其非弹性变形, 并为现浇梁段底模板预留下沉量获得数据。
3.4 预应力混凝土连续钢构合拢段施工及体系转换
悬臂施工至16#节段结束后, 暂时停止悬臂施工, 利用挂篮搭设跨中合拢段支架, 将跨中合拢段临时锁定, 进行钢筋、混凝土等工序施工。待结构强度达到设计要求后, 张拉预应力钢束, 拆除临时锁定设施, 完成跨中合拢段施工。跨中合拢施工时按设计要求在边跨同步施加配重。合拢施工应在一天内气温较低时进行, 施工最高气温不超过18℃。
比较合拢段相邻两个梁端的顶面标高, 如果其高差△≤15 mm, 则着手下一步施工, 如果△>15 mm, 则运行线形控制软件, 计算使△≤15 mm时的水箱配重所需的重量及布置位置, 按运算结果, 调整△, 使其达到要求后, 再进行合拢段施工。
中跨合拢段混凝土强度达到设计强度的90%时, 预应力束按先顶板后底板、先短束后长束、顶板与底板交错进行、先张拉50%控制应力 (预应力束剩余伸长量小于千斤顶最大行程) 、第二次张拉至设计控制吨位的顺序和方法进行张拉。在边跨合拢段预应力束张拉前后各测量一次与该合拢段相邻T构上观测点标高, 留着供合拢段施工时控制参考。
临时支撑:合拢段设4个临时支撑, 每个由2根I22工字钢焊接而成。安装时先将其一端焊牢, 另一端加楔子, 并略打紧, 在合拢段钢筋、预埋件安装完成后, 临时索张拉前用力打紧楔子, 再将支撑与楔子、楔子与预埋钢板间断焊。
临时锁定:在钢筋、管道绑扎安装完毕, 支撑打紧焊牢后, 张拉顶板、底板临时钢束, 完成合拢段临时锁定。合拢段混凝土达到张拉强度后, 拆除顶板临时束, 将底板临时束张拉力补至后期束设计张拉力。
后期钢束张拉:当全桥全部合拢后, 即开始张拉后期钢束, 后期钢束一次张拉完成, 不拖延、间断, 张拉完成后即开始压浆, 一次全部压完。后期钢束认真按设计的顺序张拉, 每一编号的钢束张拉顺序为先中后边。
体系转换:在合拢段混凝土灌注完成, 次日早晨开始进行, 形成连续钢构。
4 结束语
本文对某大桥预应力砼连续钢构优化施工方案进行了优化设计。优化后的设计方案己被施工采用, 节约工期5个月、资金230多万元, 取得了良好的社会效益和经济效益, 并为今后的同类桥梁工程施工积累了经验。
摘要：在分析总结国内外预应力混凝土连续钢构施工发展现状基础上, 对某大桥预应力混凝土连续钢构优化施工方案进行优化设计, 将原设计方案中采用塔吊配合自锚三角挂篮施工优化为缆索吊配合菱形挂篮施工。实验证明, 优化后的施工方案可以节约资金, 节省工期。
关键词：预应力,混凝土施工,方案,优化设计
参考文献
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预应力混凝土梁质量控制要点 篇10
预应力钢筋混凝土构件:是对钢筋混凝土预先施加使其在跨中产生负弯矩的力, 以抵消或部分抵消构件在使用中的正弯矩, 避免钢筋混凝土结构过早出现裂缝, 充分利用钢筋及混凝土的性能;改善结构构件的裂缝和变形性能, 使得混凝土的受力更为合理的新型构件。其应用的预应力低松弛钢铰线的抗拉等级比普通钢筋钢的抗拉强度高出四倍还多, 而价格则只比普通钢筋高很少, 根据等强度使用原理用钢铰线代替部分受力钢筋会使构件更加经济。随着技术的不断发展, 预应力构件的应用也日趋广泛。现今其构件主要应用于: (1) 要求裂缝控制等级较高的结构; (2) 大跨度或受力较大的构件; (3) 对结构的刚度和变形控制要求较高的构件。
预应力钢筋混凝土梁是其中广泛应用于现代桥梁技术的一种简支梁。相对于其它类型的桥梁其具有跨度较大、重量轻、载重量大、施工工期短和造价低等优点。以下就预应力钢筋混凝土梁工程施工中的质量控制的几个要点作简要分析。
2 预应力混凝土梁的材料控制
2.1 预应力筋控制
⑴强度要求高。因为预应力的张拉应力在构件的使用过程中, 会发生混凝土的收缩和徐变, 钢材的松弛等, 这些都会预应力损失, 而强度越高的钢材, 这种损失越小。有良好的塑性、较低的松弛率和良好的加工性能, 以满足在施工中预应力筋需要弯曲和转折, 以及在锚夹具中受到较高的局部应力等。
⑵外形尺寸上需要均匀, 横断面特征值的误差要小, 防腐性能良好。因为预应力筋的腐蚀数量级及后果比普通钢筋严重得多。这不只因为强度高的钢材对腐蚀更加敏感, 主要是预应力筋的直径都较小, 即使是一个小小的锈点也能显著的减小钢材的横断面, 引起应力的集中, 最终导致结构提前破坏。因此不但要求预应力筋本身外形尺寸上需要均匀和对腐蚀不敏感, 而且在使用前需要对其外观检查和力学性能检验, 并且要加强对其的合理保管与存放。
2.2 锚固体系的控制
锚固体系包括:预应力筋、锚具组装件。要求预应力筋——锚具组装件的锚固性能安全可靠。如果锚固体系出现了质量问题, 会造成预应力值达不到设计要求, 可能发生锚具破坏先于预应力筋, 从而不能保证其静载和动载的锚固性能符合规范和设计要求。因此锚具的选用必须严格按照设计要求选用。进场验收必须经外观检查、硬度和锚固性能检验合格, 同时要加强存放管理。
2.3 混凝土控制
首先, 同预应力筋、锚具组装件一样要求其本身的强度要高。只有这样才能与强度高的钢材相匹配, 并保证其在受拉和受剪以及粘结握裹力和承压等方面有较高的抗力。保证预应力筋、锚具组装件充分发挥作用。满足锚头附近过大的应力, 并能合理有效的减小构件截面尺寸、减轻自重。其次, 要求混凝土强度分布必须均匀, 因为预应力混凝土结构中产生应力的情况较多, 在荷载减小和增大时截面上都会有高应力出现。另外, 为了加快施工进度, 增加设备和模板的利用率, 提早对混凝土进行张拉, 提高经济效益, 都要求混凝土具有高强度和早强性能。与此同时还要采取多种多样的措施, 控制制施工质量, 精心对其进行养护, 降低混凝土收缩徐变值, 尽可能的减预应力损失。
3 施工时控制
影响预应力钢筋混凝土梁质量的施工因素有很多, 这里我们主要考虑反拱值的控制。
3.1 反拱值设定的意义
钢筋混凝土梁在预应力筋及混凝土收缩徐变等因素的影响下, 不可避免地要产生向上的挠度即反拱。过大的反拱值将影响梁的使用刚度, 导致行车时加大对桥梁的冲击, 引起剧烈振动;同时由于反拱的存在, 可能使桥面铺装层厚度不均。若设计和施工时忽略了反拱的因素, 则可能导致桥面铺装层厚度不够, 从而影响到桥梁的结构安全。
3.2 反拱度的基本组成
预应力钢筋混凝土梁反拱度基本组成为:
⑴结构恒载自重作用下的总挠度fg+△fg;
⑵梁在预应力筋初始张拉力作用下的短期挠度fy;
⑶预应力筋加载至时刻t时刻由于预应力筋松驰、收缩等因素引起的预应力损失所导致的挠度改变△fy1;
⑷在持续预应力作用下由于混凝土收缩徐变所产生的挠度改变△fy2。
3.3 基本挠度计算公式推导
根据反拱度的基本组成, 梁跨在预应力筋加载 (混凝土龄期τ) 到任意时刻t (混凝土龄期t) 时挠度ft可表示为:
若时刻t预应力筋由于松驰、收缩等因素引起的应力损失后的有效拉力为Pye, 相应的△fy1为:
式中fye为Pye产生的挠度, 代入⑴式有, 挠度计算的基本公式为:
3.4 挠度计算
3.4.1 梁在自重作用下产生的挠度计算
梁在自重作用下产生的挠度fg及时刻t在梁自重作用下由于混凝土徐变产生的挠度△fg计算, 对于简支梁, 其自重作用下的跨中挠度为:
式中:
g——自重分布
l——力筋有效长度
EI——计算抗弯刚度, 按《混凝土结构设计规范》取值EI=0.85EhI0, Eh为混凝土弹性模量, I0为换算截面惯性距
φ (t, τ) ——加载龄期等于τ至t时的徐变系数。
3.4.2 梁在预应力筋弯矩作用下的挠度fy。
式中:
ey——预应力筋重心至换算截面重心的距离
σy-——预应力筋减去应力损失后的有效值。
3.4.3 σy值的确定
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》预应力损失有六个因素, 这里主要考虑其中的四种主要损失。
⑴张拉端锚具变形和钢筋内缩和接缝压缩引起的应力损失σL2
直线部分σL21= (∑△L/L) ·ES
曲线部分σL22可参照《桥涵设计规范》附录D计算。
⑵混凝土弹性压缩引起的应力损失σL4
σpc——在计算截面钢筋重心处, 由钢筋产生的混凝土法向应力,
aep——预应力钢筋与混凝土弹模之比;
σpc可由公式计算, σpc=Ny0/A0+e2y·Ny0/I0
式中:
Ny0——混凝土应力为零时预应力筋的预加力, 取Ny0=Ay (σk—0.5σL5) ;
⑶预应力筋松驰引起的预应力损失σL5
现在预应力混凝土梁的预应力钢筋基本上采用低松弛钢绞线, 松弛率一般低于4.5%。应力损失σL5按下式取值, σk为钢筋张拉时的控制应力。
当σk≤0.7fptk时
⑷预应力加载后混凝土收缩、徐变引起的应力损失σL6
先张法σL6= (45+220σpc/fcu) / (1+15ρ)
后张法σL6= (25+220σpc/fcu) / (1+15ρ)
确定预应力筋上述四项预应力损失后, 由此可得永存预应力值。
时刻t在持续压力下由于混凝土徐变产生的挠度△fy2计算
3.4.4 跨中挠度ft
将上述各计算式的计算结果代入式⑵即可得, t时刻梁跨中挠度ft计算式为:
l——预应力筋的平均有效长度。需要指明的是, 由于梁板内预应力筋有效长度各不相同, 故应先计算预应力筋的平均有效长度, 最后用平均有效长度计算得到总挠度值。
3.4.5 混凝土徐变系数φ (t, τ) 的取值问题
混凝土徐变系数φ (t, τ) 可参阅《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》附录F (徐变系数φ (t, τ) 计算) , 但其计算公式较复杂, 且要查阅许多图表。因为我们现在主要的应用在于计算梁的反拱值, 精度要求并不是十分高, 其相应的值我们从附表中直接查阅使用即可。
4 实例应用
广州南沙港某石油化工码头输油栈桥, 为20米先张法简支箱梁。梁预制长度19.96m, 预应力筋平均有效长度l=18.6m, A0=0.436m2, I0=0.036m4, C40混凝土。Eh=3.25×104MPa。钢绞线φj15.24共14束, Ey=195×105MPa, σk=1395MPa, Ay=14×140mm2, ey=0.38m。ρ=048%, g=14.5kn/m, 根据工期计算出梁板存放期约为60~90天。按90天算, 查表得混凝土龄为t=90d时的φ (t, τ) =1.76。
4.1 计算σy
⑷先张法梁有σL6= (45+220σpc/fcu) / (1+15ρ)
代入公式⑹有
根据计算设定反拱值为3cm, 经过实际测定梁的反拱度基本控制在±10mm内, 达到良好的控制效果。
5 结语
预应力梁的制作质量是受到多种多样因素的影响, 本文通过对材料、制作时反拱度有控制。能较好地滿足工程的需要达到良好的质量控制效果。
参考文献
[1]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62——2004)
[2]《混凝土结构设计规范》 (GB50010——2002)
横向预应力混凝土梁 篇11
关键词：预应力混凝土 盖梁 施工 质量控制
宁波市北环快速路工程高架桥采用预应力混凝土现浇箱梁、预制小箱梁简支转连续、钢箱梁及钢-混叠合梁体系等多种箱梁上跨结构。主线高架桥预制小箱梁的支承结构为双柱悬臂式变截面预应力混凝土盖梁。预应力混凝土盖梁采用C50混凝土，盖梁长度均为24.04m，宽度2.2m，中心高度根据预制小箱梁跨度设计为2.5m、2.8m、3m。
一、施工准备
施工前根据现场的实际情况编制施工方案，并按程序组织专家评审。然后由项目技术负责人、专职安全员、质检员对班组操作工人及主要管理人员进行书面交底。
对盖梁支架基础进行换填硬化，宁波城区一般采用60cm厚塘碴（分两层）换填并碾压密实，其上浇筑20cm厚C20商品混凝土。基础硬化应做到“底实面平”，基础平面高差不宜过大，尽可能保证同一平面，不应设台阶或斜坡。选择典型部位，采用“浅层平板静载试验”的方法对支架地基承载力进行复核。
根据相关规范和设计文件要求，对包括钢筋、钢绞线、波纹管及锚夹具在内的原材料进行检测，对混凝土及水泥净浆配合比进行验证，对承重支架和钢构扣件进行检测，最后选择合适的张拉千斤顶并进行标定。本工程选用HR100A重型可调门架作为承重支架，根据《门式钢管脚手架》（JG13-1999），送检8榀重型可调门架，对基本尺寸、立杆抗压性能、横杆跨中挠度及锁销承载力进行了检测。
二、主要工序及施工流程
1、盖梁承重支架搭设
支架地基硬化完成后，根据施工方案进行实地放线，确定支架搭设的平面位置和间距。本工程采用HR100A重型可调门架作为支模架，门架立杆承载力可达75kN。
门式支架的搭设，应自一端延伸向另一端，自下而上按步架设，并逐层改变搭设方向，减少误差积累。门式支架搭设的顺序：铺设垫木（板）+安放底座→自一端起立门架并随即装交叉支撑→安装水平加固杆→照上述步骤逐层向上安装→按规定位置安装剪刀撑→采用钢管扣件与墩柱抱紧→装配人行通道和护栏。
图1 盖梁支架平面布置示意图
2、模板安装
盖梁模板分底模、侧模和端头模板，根据不同的位置及不同外观要求，采用不同模板，以满足设计外观要求并降低施工成本。盖梁底模及端头模板采用15mm厚竹胶板，以确保盖梁的外观平整、光滑、美观；盖梁侧模则统一采用定型钢模。
3、混凝土及预应力施工
盖梁混凝土强度等级要求为C50，施工配合比可采用：水泥∶粉煤灰∶礦粉∶砂∶石∶水∶减水剂=370∶40∶90∶623∶1101∶160∶5。
当混凝土龄期不小于7天，且强度达到设计要求时，开始进行预应力张拉。盖梁预应力束分两批张拉，85%设计强度后进行第一批预应力张拉并压浆，第二批预应力施工在预制小箱梁安装完成后实施。张拉工作须秉持“先长束、后短束，先边后中，对称张拉”的原则。孔道压浆严格采用“真空辅助压浆”技术，孔道压浆强度要求为M40。
4、落架
盖梁张拉压浆完毕后，待浆液强度（同条件试块）达到15MPa时，一般为3～5天，即可脱离底模并拆除承重支架。模板、门架、三角托架及其他配件的拆除严禁抛掷。架体的拆除应按“先搭后拆、后搭先拆”的原则实施，人行通道与架体须同步拆除。
图2 盖梁施工工艺流程图
三、施工过程质量控制及验收
1、地基处理须严格控制其塘碴换填层的厚度和压实度。承台面、硬化层及老路面变化段建议采用[28a槽钢垫平，以分散荷载减少不均匀沉降。
2、重型门式可调支架搭设
① 支架底托外露不应超出20cm，顶托不宜大于30cm，否则应采用槽钢或方木进行垫起。门架顶托及底托应在支架验收前检查拧紧，以确保所有立杆都均匀受力。
② 门架立杆应确保垂直度，用于固定门架的交叉支撑必须与门架锁扣扣紧，防止脱出。交叉支撑应扣在同一排锁扣上，确保受力的均衡。调节钢管外露长度不宜超出90cm，锁销固定时必须穿透。
③ 水平加固杆应每步、每排门架设置，每1.2m设置纵向水平加固杆连接，调节杆伸出长度超过60cm时应设置上下两道纵横向水平加固杆。水平杆的接长必须连续搭接两道门架横杆。水平加固杆一端与墩柱抱紧，外侧应伸出架体30cm。
④ 门架水平向每4步设置一道剪刀撑，顶部必须设置剪刀撑，纵向每6～8m设置一道剪刀撑，横向外侧设置一道剪刀撑。剪刀撑应与调节杆、门架横杆及水平加固杆进行扣接。剪刀撑应上到顶、下到底，剪刀撑钢管的搭接长度不小于1.0m，搭接应采用3个扣接。
⑤ 人行通道宽度不小于1.0m，踏步应采用木板满铺，并设置防滑条。人行通道两侧均须设置扶手高度1.2m，下设踢脚杆和踢脚板。人行通道及工作平台的外侧及底部均应满挂安全网。
⑥ 支架搭设完成后，应由项目经理组织验收，验收合格后填写《模板支架搭设分项检查验收表》和《模板工程安全技术要求和验收表》，悬挂“支架验收合格牌”，并经市政安监站备案。
3、钢筋主筋连接采用机械连接，螺纹应正反丝设置，有利于拧紧，接头拧紧后两端应留有1～2丝。
4、预应力管道直线段每1.0m设置一道U型定位钢筋，曲线段每0.5m设置一道U型定位钢筋。波纹管的接头套管采用塑料胶带进行缠绕保护。两端钢绞线外露部分应采用套管或彩条布包扎保护，以免锈蚀。
5、底模铺设应考虑支架及地基的变形，设置10～20mm的预抛高。盖梁侧模（钢模）安装前应进行全面的除锈并抛光，并均匀涂抹脱模剂。
6、盖梁混凝土浇筑必须分层，每层厚度不大于30cm。混凝土浇筑过程中应检查坍落度、和易性，坍落度建议控制在150～180mm。
7、混凝土浇筑24小时后，拆除盖梁侧模，拆模后应及时对小气泡进行修补，盖梁养生应采用保养布进行包裹，湿润养护时间不少于7天。
8、预应力张拉前千斤顶和压力表必须配套使用。张拉顺序应严格按照设计要求，张拉时两端应做好防护措施。钢绞线的伸长量应及时计算和核对，如超出计算伸长量±6%范围，则应分析原因。张拉完成后应及时封锚，外露钢绞线应采用砂轮锯进行切割，严禁采用电焊或乙炔火焰。压浆前，使用不含油的压缩空气将孔道内的积水吹出。采用真空泵抽真空，使管道内保持0.1MPa的负压，然后从另一端进行压浆，压浆的压力宜为0.5～0.7Mpa。
四、结束语
盖梁施工是宁波市北环快速路工程高架桥施工过程中的重要环节，通过对盖梁施工过程和质量控制要点进行总结，希望形成规范性的作业流程，对以后类似工程的盖梁施工能够有所借鉴。
参考文献：
[1] 浙江省交通运输厅.桥梁支架安全施工手册[M].人民交通出版社，2011.6.
大跨度预应力混凝土梁试验研究 篇12
与同等跨度和载荷的静定预应力混凝土结构相比, 超静定预应力混凝土结构具有以下优点:跨中设计弯矩小, 结构内力在跨中与支座处的分布较为均匀, 刚度增大, 挠度减小, 在超载情况下可进行内力重分配, 提高承载力。本文的预应力梁为连续两跨超静定结构, 预应力钢筋采用波浪形, 这样同一根预应力钢筋既可用作正弯矩筋又可用作负弯矩筋, 不但受力合理, 且只需要较少的锚具, 张拉的施工费用也大大减少。具有较好的整体性和抗震性能[1]。以上的优点在实验和有限元分析中得到验证。
1 工程概况
延安火车站位于延安市南郊, 其站房设计为混凝土框架结构, 该工程地下1层, 地上主体结构是二层框架, 局部为三层, 建筑总高度为25.7m, 平面布置如图1所示。我们对站房预应力工程中C区二层的CYKL209、CYKL211预应力混凝土梁进行检测, 如图2所示。梁的混凝土设计强度等级为C40;预应力筋采用低松弛钢绞线, 直径为15.2mm, 标准强度fptk=1860MPa, 弹性模量Ep=1.95×105MPa;每根预应力筋由12束钢绞线组成, 张拉端锚具采用OVM系列锚具, 如图3所示, 固定端采用OVM系列埋入式挤压锚;预留孔道采用圆形镀锌金属波纹管;预应力筋的张拉控制应力为σcon=0.70fptk=1302MPa。
本文对其中的一根梁CYKL211进行实验研究和有限元分析, 由此得到的结论应用于梁CYKL209。预应力梁CYKL211由两跨构成, 大跨为28.8m, 小跨为7.2m, 截面尺寸为1.2m×1.6m, 如图4所示;预应力筋采用曲线布置, 如图5所示。
2 实验研究
2.1 实验内容
(1) 预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数μ, 孔道局部偏差的摩擦系数k
(2) 锚具变形和钢筋内缩值
(3) 柱顶水平变位和梁的反拱值
把位移计, 如图6所示, 安放在柱顶相应位置处, 测读张拉后的柱顶水平变位。梁的反拱值测试采用仪器为挠度传感器, 如图7所示, 在梁跨中、两端放置三个传感器, 量测相应工况下梁的反拱值。
(4) 梁跨中及支座截面在施工过程中的应变分布
使用仪器为7V08应变仪, 如图8所示、位移传感器、应变片。在梁跨中安放位移传感器, 如图9所示, 梁两端粘贴应变片, 如图10所示, 记录每种施工工况下的应变。
(5) 混凝土梁局部承压下的裂缝观察
采用目测、裂缝镜、照相设备进行观测。
2.2 CYKL211梁检测仪器的布置[2]
2.2.1 预应力筋的张拉顺序
预应力筋的张拉顺序为逐根张拉, 先依次张拉中间两根预应力筋, 然后张拉两边的预应力筋, 如图11所示。
2.2.2 位移计及挠度计安装位置
用于检测柱顶水平变位的位移计安装于CYKL211梁最西端梁轴线延伸到柱外侧位置, 如图12所示;用于检测梁反拱值的挠度计安装于CYKL211梁大跨的梁跨中及梁端, 梁端挠度计距柱内侧水平距离20cm, 如图13所示。
2.2.3 测试截面及梁跨中位置测应变所用传感器安装位置及编号
测试截面如图14所示, 梁跨中位置测应变所用传感器安装位置及编号如图15所示。
2.2.4 梁端应变片粘贴位置及编号
梁端应变片粘贴位置及编号如图16所示。
2.3 CYKL211梁检测结果及计算分析
2.3.1 预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数 (及孔道局部偏差的摩擦系数k
通过量测预应力束在0.0σcon、0.1σcon、1.0σcon、1.03σcon状态下的长度L及相应的伸长值ΔL, 确定预应力损失。孔道局部偏差的摩擦系数k=0.0015, 取值于《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002) (以下简称“规范”) , 通过计算得到的 (值, 如表1所示, 其值小于规范中给出的值0.25, 由于我国规范预应力筋张拉锚固后实际预应力值与工程设计规定检验值的允许偏差为±5%, 所以规范给出值是合理的。
2.3.2 锚具变形和钢筋内缩值
通过量测预应力束在1.03σcon和锚固状态下相应的伸长值ΔL, 计算得到锚具变形和钢筋内缩值, 如表2所示。
2.3.3 柱顶水平变位和梁的反拱值
(1) CYKL211梁张拉锚固后, 梁西端中心线与柱中心线相交处向东水平位移为0.041mm, 远小于层间弹性位移限值 (16mm) 。
(2) 张拉每一根钢筋时, 我们分别测出梁跨中和两端100%σcon、103%σcon、锚固放张后三种情况下的挠度 (为与ANSYS计算结果相对应, 设向下的挠度为负) , 其变化曲线如图17~19所示。由图可知:三种情况下随张拉顺序变化较小, 张拉完毕后各个挠度计的数值基本相等, 所以我们以锚固放张后各截面的挠度为例, 作出挠度随张拉顺序变化曲线, 如图20所示, 由图可知:跨中挠度较大, 且增长较快;两端挠度较小, 且增长较慢。
2.3.4 施加预应力过程中梁跨中及支座截面应变
跨中截面应变曲线如图21所示 (受压为负, 受拉为正, 下同) ;其中8#传感器出现问题无读数。支座
截面应变曲线如图22所示。沿负方向, 四条曲线分别代表张拉完第一、二、三、四根预应力筋各个截面应力变化曲线。由图我们得出:跨中和支座截面的应变均为负值, 混凝土处于受压状态, 梁跨中截面的顶部应变小于底部应变, 梁支座截面的顶部应变大于底部应变。
2.3.5 局部承压下的裂缝观察
经目测、裂缝镜、照相等手段观察, 均未发现局部承压下的裂缝。
2.3.6 梁混凝土回弹检测结果
CYKL211梁现场回弹实测, 混凝土强度为54.8MPa。
3 有限元分析
通过现场实验, 得到大跨梁两端部和跨中的挠度以及应力。为了验证实验结果的正确性, 用ANSYS软件对结构进行非线性有限元分析, 并对照实验测量的结果, 分析结构的安全性同时阐述ANSYS在模拟预应力混凝土梁中的应用。
3.1 模型的建立及单元类型的选取
混凝土采用SOLID65单元, 预应力钢筋用LINK8单元模拟;非预应力筋因为分布较为均匀, 可以通过设定混凝土材料的配筋率来模拟钢筋, 假定钢筋均匀分布在混凝土梁截面上, 本混凝土梁的非预应力纵筋的配筋率为0.005;混凝土柱不考虑预应力筋。
3.2 材料的本构模型和破坏准则
3.2.1 混凝土
混凝土材料的非线性模型采用多线性各向同性强化模型 (MISO) , 在混凝土应力不是很高且单调加载的情况下可以取得较好的结果[1]。混凝土的单轴受压应力-应变曲线, 采用清华大学过镇海[3~4]和设计规范[2]所采用的分段式曲线方程[公式 (1) ]。
式中, fc为混凝土棱柱体单轴抗压强度, N/mm2;εc为与fc对应的峰值压应变, 可按下式计算:
SOLID65单元的破坏面为改进的Willam—Warnke5参数破坏曲面;当围压较小时, 失效面可以仅通过两个参数即单轴抗拉强度和单轴抗压强度来确定, 其它3个参数采用模型默认值[5]。由于该混凝土梁的挠度很小, 经目测、裂缝镜、照相等手段观察, 均未发现有裂缝产生, 所以, 在SOLID65单元中不设置裂缝的剪切传递系数。
3.2.2 钢筋
非预应力钢筋采用理想弹塑性的应力-应变关系, 理想曲线的方程如公式 (2) 所示:
对于预应力钢绞线, 其拉伸曲线没有明显的屈服台阶, 但是本工程中预应力钢筋应力值较低, 不会达到比例极限, 我们也采用理想弹塑性模型, 即公式 (2) 的本构关系, 对计算结果没有影响。
3.3 预应力钢筋
3.3.1 预应力钢筋的处理
采用节点耦合法模拟预应力筋, 对于直线段预应力筋, 由于在张拉阶段时Z向可以自由滑动, 故将预应力钢筋与板体的X、Y方向约束耦合, Z方向自由。对于抛物线段预应力筋, 则需要旋转相应节点坐标系, 使得预应力筋与板体X、Y方向约束耦合, 沿预应力筋抛物线切线方向自由。另外还需要耦合梁端部与柱体在竖向的位移。
3.3.2 预应力施加
预应力钢筋的预应力荷载通过等效温度的方式施加。等效计算公式为, 式中, T为施加的温度F为实际施加的力;E为钢筋弹性模量;A为钢筋面积;δ为钢筋的线胀系数。利用上式可将预应力扣除损失之后等效成各种温度施加到预应力钢筋上, 其中预应力的摩阻与锚具损失通过试验测得。
预应力的损失包括短期损失与长期损失。短期损失主要包括锚具损失及摩擦损失;长期损失包括混凝土压缩与徐变、钢筋松弛等。在张拉阶段主要考虑短期损失。
3.4 ANSYS计算结果与实验测量结果的对比
预应力框架的有限单元划分如图23所示, 采用曲线布置预应力筋。ANSYS分析得到的跨中及两端截面挠度计算值与测量值 (指锚固放张后的值, 下同) , 如表3所示, 可以看出, 两者挠度的相对误差较小, 与计算值相比, 测量值偏小, 但误差在许可范围内, ANSYS能很好的模拟预应力梁的施工过程;梁跨中及支座截面中部应变的计算值与测量值对比见表4, 可以看出, 梁跨中的应变值较小, 远远没有达到峰值压应变。且混凝土基本处于受压状态, 梁顶和梁底均未出现拉应力, 可以判断本梁为全预应力混凝土结构, 处于弹性工作状态, 安全储备较大。由ANSYS分析结果可以知道, 在全部预应力钢筋张拉完毕后, 混凝土的应力应变值仍然较低, 没有出现因为混凝土的拉断或压碎破坏而产生的裂缝, 与实验结果相吻合。
4 结论
(1) 通过实验和有限元分析可知, 无论是混凝土的应变、梁的挠度, 还是预应力筋的应力, 都随着荷载步的增加而近似于线性增加, 且梁的应力应变值均较小, 梁基本处于弹性工作状态。
(2) 对梁跨中及支座处的挠度和应变的计算值与测量值进行的对比分析表明, 两端截面的挠度计算值大于测量值, 说明实验值可能偏小;而应变的计算值与侧量值能很好的吻合。张拉完毕后, 局部承压下梁的压应力值最大值为48.1MPa, 仍小于混凝土强度实测值54.8MPa, 没有达到混凝土的抗压强度极限, 所以无裂缝产生, 和实际观测和检验的情况相符合。
(3) 通过对梁跨中及支座处的挠度和应变的计算值与测量值的对比, 可以看出, 用ANSYS较好的模拟了预应力梁的张拉施工过程, ANSYS有限元计算弥补了实验的不足, 整个结构随预应力筋的张拉, 应力和应变的变化情况, 为复杂结构的分析计算提供有效的方法和途径。
摘要：通过现场测试, 得到了预应力混凝土梁和柱的位移及应变。在此基础上, 利用大型有限元软件ANSYS对某榀框架进行了有限元分析。通过比较可知, ANSYS计算值与试验值吻合较好, 为预应力混凝土结构的分析提供了较好的途径和方法。
关键词：预应力混凝土,有限元分析,实验研究,ANSYS
参考文献
[1]宋玉普.新型预应力混凝土结构[M].北京:机械工业出版社, 2005.
[2]王正飞.预应力混凝土结构实验研究和有限元分析[M].太原:太原理工大学硕士学位论文, 2008.
[3]过镇海, 时旭东.钢筋混凝土原理和分析[M].北京:清华大学出版社, 2003.
[4]过镇海.混凝土的强度和本构关系-原理与应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.