箱梁底板（精选3篇）
箱梁底板 篇1
箱梁截面具有以下特点:1) 截面抗扭刚度大, 结构在施工与使用过程中都具有良好的稳定性;2) 顶板和底板都具有较大的混凝土面积, 能有效的抵抗正负弯矩, 并能满足配筋的要求, 适用于产生正负弯矩的结构;3) 适合于现代化施工方法的要求;4) 承重结构与传力结构相结合。所以预应力混凝土连续箱梁得到了广泛的应用, 由于设计、施工等各方面的不合理因素, 导致了裂缝的频频出现, 而且形式多样。
本文针对正在施工中的宽幅变截面连续箱梁底板纵向裂缝的产生原因定性和定量进行分析, 提出适当的解决措施。
1 工程概况及裂缝情况
本桥为预应力混凝土变截面连续箱梁, 跨径布置为34 m+64 m+34 m, 单箱三室, 桥宽23.5 m, 顶板厚度25 cm, 腹板由墩处65 cm变化至跨中50 cm, 底板从50 cm变化到22 cm, 挂篮悬臂浇筑施工方法。0号, 1号块为支架现浇, 当浇筑完3号块时发现2号块底板出现不同程度的纵向裂缝, 长度为1 m左右, 由1—1截面向2—2截面延伸。
2 裂缝成因分析
1) 箱梁的横向刚度不足, 横向挠度过大会在底板引起纵向裂缝。这种情况往往出现在宽跨比大的桥梁中。
2) 0号, 1号块和2号块施工时间间隔较长, 常因混凝土收缩差而在2号块产生纵向裂缝。
3) 由于日照和环境温度, 使箱梁内外产生温度差引起裂缝。
3 数值模拟计算
用ANSYS进行施工工况数值模拟, 将荷载分为两部分:一部分为结构自重和预应力产生的2号块应力分布, 另外一部分为2号块收缩应变引起的收缩应力, 最终将两种结果线性叠加得出2号块总体应力。
3.1 收缩应变的计算
根据我国公路桥规给出的混凝土收缩应变表达式如下:
一般表达式:
εcs (t, ts) =εcso·βs (t-ts) (1)
名义收缩系数:
εcso=εs·fcm·βRH (2)
其中,
εs·fcm=[160+10βsc (9-fcm/fcmo) ]·10-6 (3)
βRH=1.55[1- (RH/RH0) 3] (4)
收缩随时间发展的系数βs:
其中, t为计算考虑时刻的混凝土龄期, d;t0为收缩开始时的混凝土龄期, 取值为4 d;εcs (t, ts) 为收缩开始时的龄期为ts, 计算考虑的龄期为t时的收缩应变;βsc为依水泥种类而定的系数, 对于一般硅酸盐类水泥或快硬水泥, βsc=0.5;RH为环境年平均湿度, %;h为构件理论厚度, mm;fcm为混凝土立方体抗压强度, MPa;将RH0=100%;h0=10 mm;t1=1 d;fcmo=10 MPa;t=15 d, 代入以上各式求得εcs (15, 4) =2.136×10-4。
在实际工程中, 都是把收缩变形转换成等量温差Ty (t) , Ty (t) =εcs (t, ts) /α, 其中, α为混凝土线性膨胀系数, 取1.0×10-5/℃, 所以Ty (t) =21.36 ℃。
3.2ANSYS计算模型
根据混凝土在自重和温度效应下的计算原理, 应用有限元分析软件ANSYS10.0, 采用三维实体模型对结构进行分析, 规定箱梁长、高及宽方向分别为z, y及x轴。在实际模拟过程中, 混凝土单元采用四面体Solid187, 预应力钢筋单元采用Link8, 收缩变形按3.1节计算的等量温差施加温度荷载, 降温法施加预应力, 混凝土单元尺寸为0.03 m。
在实际施工中, 主墩处设8个临时墩, 全部使用钢护筒焊接在箱梁底板预埋钢板上, 另外由于施工悬臂长度较短, 可以近似认为2号块横向位移ux=0。在2号块张拉拆模后, 用桥梁博士软件进行了竖向位移和截面转角分析计算, 得出结果见表1。
但对于此工况下, 2—2截面可以自由伸缩, 计算模型中不加任何约束。将表1中1—1截面数值施加到ANSYS计算模型位移和转角约束中, 用等差温度荷载代替实际收缩应力, 重力加速度取9.8, 混凝土弹性模量3.45×104MPa, 泊松比0.2, 密度2 500 kN/m3, 线性膨胀系数1.0×10-5/℃。
3.3ANSYS计算结果及分析
从图1可以看出, 在自重和纵向预应力效应下, 2号块段施工完毕后, 1—1截面的底板基本上处于受压状态, 只有在2—2截面端处, 底板中间部位有大约0.4 MPa～0.5 MPa的拉应力, C50混凝土设计抗拉强度值为1.83 MPa, 所以在此荷载作用下2号块底板任意部位是不可能出现裂缝的。
将收缩变形值得到的等量温差作为外加荷载, 施加到1—1截面上, 得到图2。如图2所示最大局部拉应力达到2.25 MPa, 而在自重和预应力作用下这些位置是受压的, 据图1结果显示, 最大压应力达到0.5 MPa, 顶板的普通钢筋配置比底板多了近1/2。
在底板和顶板的大部分区域, 拉应力都在1.7 MPa以上, 可以看出的是收缩应力大大超过了横向受弯所产生的应力。
把以上两种荷载同时加载, 在1—1截面底板处基本上都达到开裂荷载, 顶板由于横向束的作用, 基本上处于受压状态, 上述提到底板普通钢筋配置相对顶板来说比较少, 所以在此荷载作用下出现裂缝也是符合理论分析的, 裂缝出现的位置和延伸方向与实际情况比较吻合。
在3号段施工结束后, 没有发现底板有类似裂缝。为了验证上面的分析是否正确, 笔者对3号块ANSYS建模分析, 在计算收缩应变时, 因为2号和3号两块段施工时间差只有10 d, 相对变形值也就较小, 经计算只有0.741×10-4。从应力计算看出, 在底板钢筋加强区域只有1.1 MPa, 底板其余部位在0.5 MPa～0.8 MPa之间, 远小于开裂荷载, 这与后续施工结果也是吻合的。通过ANSYS计算分析, 以后各块段浇筑间隔在10 d左右, 在底板是不会出现这种纵向裂缝的。
4 结论与对策
1) 采用ANSYS软件对2号块在各种荷载作用下的应力场进行仿真模拟, 可得到混凝土内部的受弯拉应力、收缩应力及裂缝出现的大致位置, 而且施工初期的每一块段, 收缩应力对裂缝产生的影响占很大部分。2) 对于宽幅变截面连续箱梁, 挂篮施工块段与支架现浇块段要尽量减少时间间隔, 减少相对收缩量来降低收缩变形引起的应力。3) 宽幅三向预应力结构, 底板应加强普通钢筋的设置, 以抵抗收缩徐变带来的附加应力。4) 在施工过程中应注意对底板的养生, 使其水化反应充分, 强度达到设计标准。
参考文献
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箱梁底板 篇2
本文以一座(47 m+75 m+47 m)预应力混凝土连续刚构桥为例,采用空间有限元程序比较分析了在中跨跨中设置与不设横向加劲肋箱梁底板的受力性能,计算时采用的荷载工况均为中跨合龙束张拉完成阶段。
1 工程概况
某主桥为3跨(47 m+75 m+47 m)预应力混凝土变截面单箱单室截面连续刚构桥,采用悬臂施工,共设9个悬臂施工阶段,箱梁截面如图1所示。单箱顶宽为16.5 m,底板宽8 m,翼缘板长4.25 m,支点梁高为4.2 m,合龙段梁高2.0 m,梁底缘按1.5次抛物线变化,腹板变厚度为40~50 cm,底板变厚度25(支点)~50 cm(跨中)。
箱梁采用三向预应力体系,纵向预应力束采用ASTMA416-87a标准,270级高强度低松弛钢绞线,公称直径15.24 mm,顶板束为19根一束,中跨底板束为19根一束,共11对,底板合龙束布置图如图3所示,顶板合龙束为15根一束,共4对,预应力束张拉控制应力均为1 395 MPa,中跨合龙束一次张拉完成。箱梁段采用C50混凝土,桥墩采用C30混凝土。
2 模型的建立
2.1 计算参数及计算工况
该桥的混凝土结构均采用solid45实体单元,预应力筋钢绞线采用link8杆单元模拟,用初应变的方法来模拟施加预应力作用,主要计算参数如表1所示。
为了比较分析跨中增设与不设横向加劲肋的箱梁底板的局部应力情况,必须先确定计算工况,计算工况为张拉中跨合龙束后,二期恒载施加前。计算荷载主要是箱梁自重以及预应力作用,未考虑施工中的温度以及混凝土收缩徐变效应。
2.2 计算模型
根据该桥在纵向、横向均对称的结构特点,预应力束亦在纵横向对称布置,在中跨合龙段交界处设置2道横向加劲肋,根据对称性原理,只需取纵向半桥进行空间实体有限元分析。
在空间有限元模型中,箱梁顶板、腹板、底板高度完全采用设计图尺寸,同时,由于有限元模型模拟的是成桥后期箱梁的受力状态,没有考虑钢绞线和混凝土之间的滑移,钢绞线和混凝土之间按有粘结处理。
根据在跨中增设与不设横向加劲肋2种情况,相应的计算模型也有2种,整体有限元模型如图4所示,局部有限元模型如图5所示。模型中坐标方向定义为:箱形截面横向为X坐标,竖向高度为Y坐标,顺桥向为Z坐标。
3 计算结果分析
根据上述有限元计算模型,可计算得出全桥各混凝土节点的应力,限于篇幅,本文仅对中跨跨中主要的9#梁段前后截面的底板纵向应力与底板截面横向应力进行研究分析。
3.1 底板纵向应力
根据悬臂施工顺序,当边跨合龙完成后,最后进行中跨合龙块混凝土浇筑以及张拉合龙束,此时,全桥截面在纵向基本处于受压状态。根据跨中设置与不设横向加劲肋2种有限元模型,中跨跨中9#梁段前后截面纵向应力计算结果如图6所示。
根据箱梁底板纵向应力的横向分布图可知,在张拉底板合龙束后,9#梁段前后截面底板底缘纵向应力的横向分布类似,比较图6(a)与图6(b)可得出以下结论:
(1)对于未设置横向加劲肋模型,由于张拉吨位较大以及底板较薄的缘故,纵向压应力数值偏大。
(2)在跨中设置横向加劲肋后,跨中底板的纵向应力横向分布较规律,即腹板附近的应力较大,正剪力滞现象明显;而未设置横向加劲肋时底板纵向应力分布波动较大,可见,设置横向加劲肋对箱梁底板的纵向受力有一定的影响。
(3)设置横向加劲肋后纵向应力值大小总体有所减小,减小幅度在1 MPa左右,说明设置横向加劲肋对纵向应力有一定的减小作用。如跨中底板的压应力储备小,则不应设置横隔板或加劲肋,以免压应力储备不够,在使用阶段出现横向裂缝,如为防止底板压应力储备较大或增加箱梁的刚度,可考虑在箱梁底板上设置横隔板或加劲肋。
3.2 底板横向应力
中跨跨中9#梁段横向应力计算结果如图7所示。
张拉底板合龙束后,由于预应力束的径向力作用,在箱梁底板处产生一定的横向弯矩,如底板厚度不足、张拉预应力吨位过大或预应力布置不够合理,则因横向弯矩较大而产生较大的横向拉应力,根据底板横向应力的横向分布图,可得出以下结论:
(1)无论在箱梁设置横向加劲肋与否,底板的横向应力中有压应力亦有拉应力,其中在腹板区域为压应力,在预应力束布置区域底板的拉应力较大,底板中间位置次之。可见,在预应力布置时应严格按照靠近腹板布置的原则,避免出现较大的横向拉应力。
(2)设置横向加劲肋时的横向应力明显减小,横向拉应力以及压应力均减小近2 MPa,说明设置横向加劲肋可改善底板的受力性能。
4 结论
本文通过对某刚构桥在跨中设置与不设横向加劲肋2种情况的空间有限元计算分析,得到如下结论:
(1)箱梁桥的受力是非常复杂的,特别是宽箱梁桥,其局部应力问题较为突出,在设计时仅采用平面杆系程序进行分析是不够的,应采用空间有限元的方法进行一些局部应力验算分析。
(2)在悬臂施工连续梁或刚构桥中,在中跨合龙束张拉阶段,如底板挖空率较大,预应力束吨位较大时,箱梁底板将产生很大的横向应力,跨中底板可能出现施工崩裂现象,需采取一定措施减小横向应力。
(3)跨中箱梁增设横向加劲肋或横隔板可以显著增大底板横向刚度,减小横向拉应力,抑制底板纵向裂缝的产生,可见增设横向加劲肋或横隔板对底板的横向受力是有利的。
(4)跨中箱梁增设横向加劲肋或横隔板可以增大桥梁的整体刚度,减小一定的纵向压应力,在某种程度上可防制底板的压应力过大,同时增大桥梁的整体刚度,减小跨中下挠变形。
(5)在跨中增设普通横隔板会增加施工难度和工程造价,而在跨中增设加劲肋既满足了箱梁的受力需要,且比一般横隔板的施工简单,具有一定的优越性。建议在大中连续箱梁桥的跨中区域增设几道横向加劲肋,以改善跨中箱梁的局部受力。
参考文献
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箱梁底板 篇3
某桥全长318米, 主桥上部结构采用51+90+51米三跨预应力混凝土变截面连续箱梁, 梁体采用单箱单室箱形截面, 根部梁高5.2米, 高跨比1/17.39, 跨中梁高2.4米, 高跨比1/40, 箱梁顶板宽12.5米, 底板宽6.5米, 翼缘板悬臂长3米, 箱梁高度从跨墩中心1.8米处到跨中合龙段按二次抛物线变化, 采用纵竖双向预应力体系, 合龙段底板厚度为26cm, 墩顶底板厚度为100cm, 边跨合龙段共布置8束φj15.2-17钢束, 箱梁采用50号混凝土, 桥梁布置如图1。施工工序为先合拢边跨, 后合拢中跨, 当主桥边跨合龙段张拉纵向合龙束预应力筋后, 邻近边跨合龙段节段箱梁 (11号块) 预应力束区域底板底面的混凝土出现局部崩落 (浅层掉块) ;中跨合拢段混凝土已浇筑, 预应力束未张拉。
2 原因分析
为了解桥梁在病害发生后当时阶段的应力情况 (即中跨已合龙, 合龙段钢束未张拉) , 判定桥梁安全状况, 对桥梁进行了结构整体施工仿真分析, 采用ansys、miads计算软件对桥梁结构按当时阶段的状况进行应力检算, 分析病害发生的原因。应力检算结果表明, 在正常施工状况下, 该阶段边跨11号块处于受压状态, 顶底板储备有一定的压应力, 储备应力范围为1.0-8.7mpa, 中跨合龙段由于合龙束预应力筋未完全张拉, 底板出现了0.9mpa的拉应力。
由于边跨11号块底板混凝土崩落发生在张拉合龙段预应力钢束之后, 因此, 本阶段的桥梁结构内力状况如何是主要关注的重点, 应力检算结果表明, 边跨11号块底板混凝土崩落掉块后, 崩落区域截面出现削弱, 应力有所增大, 桥梁结构在横载 (自重+预应力) 、施工临时荷载作用下, 中跨合龙段底板仍然为拉应力, 应力值为1.2mpa, 边跨11号块底板压应力由8.7mpa增大到13.5mpa, 如图2, 这表明原设计的应力水平均控制在规范允许的范围之内, 在底板出现病害的状况下, 全截面上下缘应力均满足规范要求, 梁体应力分布处于安全状况。
经检查相关资料, 梁体混凝土的质量控制 (张拉时的强度、龄期等) 均满足规范要求。通过现场检查情况和局部有限元计算分析, 认为病害产生的原因可能有以下几个方面:
(1) 对预应力波纹管的定位不准确, 固定约束不够, 引起部分波纹管上浮、移位, 预应力筋形成折点或小半径弯曲, 张拉时对混凝土产生较大向下径向拉力, 导致保护层混凝土脱落。
我们知道, 当梁底曲线为圆曲线时, 向下的径向力q与曲率半径R及钢束预加应力F有关, q=F/R, R越小, 径向力越大;当为折角时, q=Fθ, 如图3。在本桥分析中, 将11号块箱梁底板 (靠近边跨合龙段) 简化模拟成圆滑曲线, 通过计算可得出其曲率半径为320m (按11号块长4m, 梁高渐变0.025m计算) , 根据现场检查该桥箱梁底板破坏处情况, 波纹管在局部2m范围内上凸了5cm, 如考虑到预应力束与管道的偏差, 按上凸4cm计算, 其相应半径R1=12.5m, R/R1=25.6。通过计算可知, 预应力管道定位偏差上浮, 使得局部预应力钢束半径减小, 钢束引起的局部向下径向力大大增加, 后者甚至达到了正常径向力的25.6倍。因此, 管道定位误差对钢筋向下径向力产生主要作用, 且高度敏感, 有杆杠放大作用。
(2) 在施工中由于对底板防崩钢筋 (拉筋) 认识不到位, 钢绞线拐弯处防崩钢筋数量不足以及安装位置有偏差, 在施工中误设置成架立钢筋, 使之无法充分起到联系上下层钢筋网及承担预应力钢束径向力的作用, 在预应力张拉时抵抗向下径向力不足, 梁底混凝土出现崩落。
(3) 箱梁空间受力复杂, 纵桥向的预应力较多, 在崩裂处底板的压应力水平较高, 由于泊松效应, 会在混凝土底板上产生竖向拉应力, 与波纹管向下径向力共同作用, 加快了底板混凝土的碎裂。
(4) 箱梁底板合拢段为直线, 与相邻节段 (11号块) 存在竖向转角, 导致该区域内的向下径向力增大, 这也是底板混凝土崩落发生在靠近合拢段的原因。
综上, 该桥的破坏过程可能是:由于波纹管定位偏差 (上凸及偏位) 产生局部弯曲, 钢束半径减小引起的下崩力相应增大, 同时底板压应力水平较高, 在底板上产生竖向拉应力共同作用, 随着张拉力的不断加大, 径向力随之增大, 由于底板上下层拉筋设置缺失 (或设置不当) , 当局部区域竖向拉应力超过混凝土的抗拉强度时 (50号混凝土标准抗拉强度为2.65mpa) , 混凝土不能克服相应的拉力而被拉裂, 底板产生崩落掉块;而合拢段相邻节块 (11号块) 的受力最为不利, 破坏最先出现在该区域。
3 处理措施
3.1 总体处理方案
根据计算结果以及相关设计检测部门的论证, 表明各跨合拢段的内力较小, 混凝土纵向正应力水平较低, 可以通过对合拢段及临近节段混凝土破坏位置进行补强, 从而使结构满足使用要求。最终确定的修复处理措施分为两部分, 一是对预应力束已张拉并注浆、混凝土已受损的边跨箱梁底板进行修复处理, 如图4;二是对还未进行预应力张拉的中跨箱梁底板进行预加固处理, 通过增加底板整体性方式, 抵抗预应力张拉时的径向力。方案通过施工和运营的检验, 效果良好。
3.2 边跨修复措施
3.2.1 11号块凿除区修复
对边跨11号块出现底板底面混凝土崩落的区域凿除后, 用补强筋补强并重筑混凝土, 实施步骤如下:
(1) 先按锯齿状将崩落掉块处底板混凝土全部凿除, 并对混凝土凿除面进行处理。
(2) 对底板横向绑扎连续的钢筋重新进行焊接连接, 增加横向刚度。
(3) 同时增设底板上下层钢筋网之间的拉筋以及预应力管道的定位钢筋。
(4) 钢筋补强完成后在边跨11号块范围内桥面分级施加配重, 浇筑修复混凝土。
(5) 对混凝土进行养护, 达到设计强度的80%后, 卸掉桥面临时配重荷载, 使后浇筑储备一定的压应力。
3.2.2 施工注意事项
(1) 修复底板混凝土崩落区时应一块一块逐步进行, 不能同时将整个断面凿穿, 确保底板受力均衡安全, 对每一块崩裂区应遵循:凿除→焊接横向钢筋→增设防崩拉筋及波纹管加强定位钢筋→立模→加载配重后浇筑修复混凝土→对混凝土养护→达到强度后卸载。待这一施工工序完成后再进行下一崩落区的修复。
(2) 凿除区域底板混凝土采用人工手提风镐凿除及人工凿除的方法, 凿除区域边界设置为锯齿状, 整体成矩形状, 齿深20cm, 目的是充分利用齿面机械咬合力, 同时使新老混凝土充分结合, 共同承受剪力作用。
(3) 对底板受损混凝土部位开凿时应避免损伤原梁桥钢筋, 按设计位置凿开底板混凝土后, 进行边缘处理, 凿除面凿毛, 并在混凝土构件粘结面用硬毛刷粘高效洗涤剂刷除表面污物, 直至完全露出新面。
(4) 钢筋的安装必须严格按照规范要求操作, 原绑扎搭接的横向钢筋应焊接牢靠, 增设B12拉筋 (防崩钢筋) , 按梅花状布设, 设置成“[”型, 两端做成弯钩, 在钢筋加工时, 一个端头加工成180度弯钩, 另一端成90度弯钩, 布筋时确保两端弯钩勾住底板双层钢筋网的上下缘横向钢筋, 再将90度弯钩用扳手扳成180度弯钩, 勾住横向钢筋, 使上下层钢筋形成整体共同受力。
(5) 预应力管道定位钢筋应与原箱梁钢筋焊接牢靠, 焊接时应避免损伤原波纹管。
(6) 对边跨底板崩落修复区进行临时荷载配重时, 分两级施加配重, 同时要注意保证两侧加载区同步配重, 加载采用预制块, 预制块尺寸按130×65×8cm, 单块重量160kg, 加载总重量80T, 堆载区分布如图5。
(7) 保证新浇筑的混凝土与原结构混凝土结合良好并共同受力, 凿除面进行凿毛及清洗处理, 由于原结构混凝土已基本收缩完成, 因此采用同标号C50微膨胀混凝土作为底板修复材料, 减少新老混凝土收缩差, 在混凝土拌合时, 要控制好塌落度, 避免塌落度过大引起新浇筑混凝土收缩量过大。
(8) 凿除后, 采用钢板条对底板上下夹持, 钢板之间采用螺栓连接, 立模后浇筑混凝土, 并做好新浇筑混凝土的养生。
3.2.3 配重加载应力验算
通过有限元计算对边跨配重加载作用进行应力分析, 用于指导加固施工, 计算结果表明, 边跨11号块底板崩落区混凝土凿除后, 按照80T堆载并考虑桥面现有挂篮重量作用下, 11号块底板底面产生1.5mpa左右的拉应力, 顶板底面产生0.1mpa左右的压应力;混凝土浇筑并卸载配重作用后, 11号块底板最大可储备1.02mpa压应力, 顶板产生0.2mpa拉应力。加载及卸载时的应力均控制在合理范围之内。
3.2.4 1-10号块修复
对未出现底板底面混凝土崩落的1-10号块, 采用B16的U型锚固钢筋加强上下层钢筋网的联系。边跨11号块凿除区范围外也采用U型钢筋加固, 并将加固范围延伸至合拢段内1米。
施作时在U型锚固钢筋布置位置, 将箱梁底板底面开出一条凹槽 (3.5cm深) , 在底板混凝土上钻孔, 底板顶面安放钢板, 将U型钢筋两个顶端车出螺纹, 穿过底板孔洞和钢板后用螺母锚固在底板顶面钢板上, 钢筋与钻孔间隙用环氧树脂填充密实, 待钢筋定位锚固后, 用环氧砂浆修补料将凹槽修复。
3.2.5 施工注意事项
(1) U型锚固钢筋布置时应兜住底板上下层纵、横向钢筋及波纹管, 确保对上下层钢筋网和预应力筋的有效约束, 如图6。
(2) 底板钻孔时应注意不钻到张拉钢束的波纹管和纵、横向钢筋, 钻孔前可先对纵横向钢筋和波纹管的位置进行探测, 如有冲突, 应适当调整钻孔位置, 然后用记号笔在孔位所对应的混凝土表面做记号, 用电锤在记号上钻孔, 钻孔完成后用高压风吹孔并用干净棉布沾丙酮或酒精清洗孔道内部, 植螺杆时保持孔内无尘、干燥。
(3) 底板顶面钢板与混凝土采用粘贴工艺, 粘贴钢板遵循:钢板除锈清洗→底板顶面混凝土表面处理→钻孔定位、清孔→钢板安装→注胶、排气管安装→周边封闭→压力注胶→防腐处理。
(4) 钢板粘贴前经除锈及清洗, 后在钢板面上画线定位开孔, 与U型锚固钢筋螺杆进行对孔安装, 安装过程中, 若开孔与个别已植螺杆有偏差, 应避免大力锤击钢板或螺杆以免损伤钢板, 砸断或震松螺杆, 应将存在偏差的孔口标记后, 将钢板卸下, 对存在偏差的孔进行扩孔后重新安装, 钢板安装到位后, 为保证注入的结构胶厚度均匀, 在钢板与结构胶对应螺杆位置放进与结构胶厚度相等的垫片, 再将螺母拧紧。
(5) 严格结构胶注胶作业, 施工时在混凝土表面和钢板表面分别涂刷约2mm厚, 中间厚边缘薄, 为防止流淌, 边缘可加一层脱蜡玻璃丝布, 注胶时选择从每片钢板的最低点开始注胶, 以利注胶空腔内空气排出。
(6) 钢板采用C50细石混凝土封闭, 提高构件耐久性。
3.3 中跨预加固
3.3.1 补强钢筋及重筑混凝土
对未进行预应力束张拉的中跨进行预加固, 其中将易出现底板混凝土崩落的11号块以及10号块预应力管道位置底板混凝土凿除, 在底板上下两层钢筋网之间增设拉筋和波纹管定位钢筋, 钢筋布置数量及定位根据设计计算结果确定, 完成后浇筑C50微膨胀混凝土恢复底板。对1-9号块采用U型锚固钢筋加强联系。具体施作方法与边跨加固相同。
3.3.2 张拉原设计底板钢束
待新修补的混凝土达到设计要求后 (达设计强度90%, 弹模达90%) , 方可进行预应力补张拉和注浆, 为确保预应力施工正常进行不出现边跨11号块的状况, 对中跨合拢段钢束采用隔根张拉, 分批进行, 在上一批钢束张拉完成并注浆, 浆体达到90%设计强度后再张拉下一批钢束, 张拉时控制油顶进油速度, 适当增加中间停顿次数。
为评价桥梁结构的安全承载能力, 对该桥进行动静载试验, 试验结果表明, 该桥承载能力满足设计荷载等级和安全使用要求。
4 施工预控措施建议
通过对底板病害原因的分析, 要预防底板病害的发生, 在施工中应重点加强对变截面连续箱梁关键部位和环节的过程控制, 做好相应预控措施:
(1) 重视底板防崩钢筋的设置。为使抗衡梁的下挠, 预应力箱梁设计上往往需在较小的底板厚度内布置大吨位、多孔道的预应力钢束, 使底板截面削弱较多, 同时承受的径向力太大, 对底板下崩作用明显。要防止混凝土张拉崩落, 使底板双层钢筋网与混凝土组成的联合受力体系非常重要, 防崩钢筋的设置要注意两点:一是要准确计算钢筋的数量, 使其有足够的应力储备来抵抗向下径向力;二是钢筋按设计意图准确定位, 在设计说明中要强调该钢筋为受力钢筋, 不得随意去除或改变钢筋位置, 避免将受力钢筋按照构造钢筋进行布置, 防崩钢筋端头弯钩以大于135度为宜, 布筋时确保两端弯钩勾住底板双层钢筋网的上下缘横向钢筋, 使其与上下层钢筋网构成整体骨架并与混凝土整体受力。
(2) 做好预应力束的准确定位。预应力钢束径向力是导致梁底混凝土崩落的主要因素, 在布束时要尽量使预应力钢筋的线性平顺, 不能在竖向及横向上出现偏位, 要严格对预应力管道进行准确定位, 减小定位偏差, 避免出现局部径向力的集中。《公路桥涵施工技术规范》规定波纹管的定位钢筋间距不宜大于80cm, 对于曲线管道宜适当加密;鉴于管道定位误差对变截面箱梁底板向下径向力的高度敏感、杆杠放大效应, 在施工控制中应给予从严, 建议定位钢筋在直线段间距以不大于50cm为宜, 在曲线段上以不大于30cm为宜。同时在混凝土浇筑振捣时注意对预应力管道的保护, 避免管道受振左右偏位及上浮。
(3) 严格挂篮施工节段标高和模板拼装精度的目标控制。悬臂施工各节段间折角、错台以及合拢段高差, 均会影响预应力管道顺接的准确性, 使节段接头处管道形成折点或局部弯曲, 加剧底板径向力效应 (折角形成Fθ的集中力, 折角θ越大, 径向力越大) , 必须在施工中对此提出严格的控制目标。首先箱梁底模要精确制作, 模板按照设计的曲线自然衔接, 平滑过渡, 避免节段间形成折线。其次要严格进行施工监控, 一是要准确计算挂篮预压变形值, 在挂篮安装完成后, 必须对挂篮进行预压, 并将预压获到的弹性变形值数据作为施工控制标高的重要参数;二是通过施工监控控制好各节段的预留标高, 及时调整节段标高 (通过对坐标标高+弹性变形值的准确控制) , 避免节段间出现错台, 减少合拢高差。在出现错台和较大合拢高差的情况下, 预应力管道应按照设计坐标弧线安装, 保证管道纵向的衔接平顺, 并对钢束局部调整状况进行受力检算, 不得将错就错使管道在节段处形成折点。
(4) 在施工中注意加强底板混凝土的浇筑质量控制和张拉时机选择。底板由于钢筋密布、预应力管道集中, 混凝土局部振捣不到位, 浇筑质量往往较差, 表现为局部密实度不够、强度不足, 与标养及同条件养护试块所反映的数值往往有较大偏差, 因此, 在施工阶段要采取各种措施提高底板混凝土的浇筑质量。另一方面, 由于混凝土早期弹性模量的增长滞后于强度的增长, 加载龄期越短, 混凝土徐变系数越大。混凝土龄期不足, 必将导致混凝土早期弹性模量偏低, 施加预应力, 混凝土徐变加大, 使底板变形过大, 加速底板的崩裂破坏, 因此在混凝土强度满足设计张拉强度的基础上, 还要符合龄期要求, 保证混凝土有足够的弹性模量。
(5) 设计单位要在设计文件中对箱梁底板钢筋布置等关键部位和工序进行重点说明, 有条件时应在现场进行技术指导。同时施工、监理单位施工过程必须对关键部位严格按规范要求做好检查验收, 使实际施工符合设计意图。
摘要：预应力混凝土变截面连续箱梁在施工及使用阶段容易发生底板混凝土崩落病害, 本文以笔者参建的某变截面连续箱梁为例, 简要分析了预应力张拉后临近合拢段产生底板混凝土崩落的原因, 介绍了修复处理措施和注意事项, 并对预防底板破坏提出了一些施工建议。
关键词：变截面箱梁,预应力张拉,崩落,修复处理
参考文献
[1]公路桥涵施工技术规范 (JTJG F80/1-2004) .北京:人民交通出版社, 2004.