預(yù)防大跨PC 梁橋開裂和下?lián)系拇胧?/h1>
2015-12-02 01:44:50國(guó)家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計(jì)院云南昆明650216
江西建材 2015年18期
■喬 江 ■國(guó)家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計(jì)院，云南 昆明 650216
通過對(duì)國(guó)內(nèi)和國(guó)外大跨PC 梁橋開裂和下?lián)系脑蜻M(jìn)行分析證明，PC 梁橋出現(xiàn)開裂和下?lián)现饕且驗(yàn)轭A(yù)應(yīng)力過于損失以及混凝土收縮徐變?cè)斐傻?。本文通過實(shí)際案例，對(duì)PC 梁橋開裂和下?lián)系脑蜻M(jìn)行了分析，然后提出了預(yù)防大跨PC 連續(xù)剛構(gòu)橋開裂和下?lián)系念A(yù)防措施，并對(duì)其實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行了分析。
1 工程實(shí)例
某PC 連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)橐蛔?09m +168m +109m 預(yù)應(yīng)力混凝土的橋梁，引橋使用30、35m 跨預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，主引橋使用薄壁墩作為下部結(jié)構(gòu)，主梁為單箱雙室界面，主梁底部寬度為13.25m，頂部寬度為20.25m，根部梁的高度為7.5m，跨中梁的高度為3m，使用C50 混凝土澆筑。下部單肢薄壁墩使用C40 混凝土，主梁采用縱向預(yù)應(yīng)力進(jìn)行布置，使用精軋螺紋鋼體力。主梁的空間梁?jiǎn)卧?04 個(gè)，節(jié)點(diǎn)有129個(gè)。
2 PC梁橋出現(xiàn)開裂和下?lián)系脑?/h2>2.1 底板縱向裂縫出現(xiàn)的原因
由于底板一般不設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力鋼束，在各類荷載的影響下，底板就會(huì)產(chǎn)生縱向裂縫。在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，為了降低結(jié)構(gòu)自身的重力，跨中位置箱梁設(shè)計(jì)會(huì)比較薄弱，而在底板位置設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力束則比較多，在對(duì)預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行張拉時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生比較大的應(yīng)力，由于底板處布置的鋼筋比較少，就會(huì)出現(xiàn)開裂的情況。另外，混凝土的收縮徐變以及溫差應(yīng)力也是造成底板縱向裂縫的一個(gè)主要原因。
2.2 腹板裂縫出現(xiàn)的原因
腹板裂縫屬于結(jié)構(gòu)性裂縫，是一種比較常見的箱梁裂縫，大多數(shù)的裂縫會(huì)順著梁軸線的25°～50°開裂，裂縫也多出現(xiàn)在剪應(yīng)力比較大的支座周圍，隨著時(shí)間的不斷增加，裂縫會(huì)上下延長(zhǎng)，并發(fā)展至跨中受壓區(qū)域，直到其寬度、長(zhǎng)度和數(shù)量穩(wěn)定后停止發(fā)展。另外一種腹板斜裂縫主要是在施工過程中張拉腹板下彎束造成的，裂縫一般會(huì)和彎束管道的走向平行，從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，內(nèi)腹板產(chǎn)生的裂縫要比外腹板裂縫更加嚴(yán)重。
2.3 梁體下?lián)铣霈F(xiàn)的原因
(1)在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，為了降低結(jié)構(gòu)自身的重量，一般會(huì)根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造來(lái)確定箱梁橋腹板的厚度。但是在實(shí)際應(yīng)用的過程中，由于梁底曲線和腹板較薄導(dǎo)致混凝土持久抗剪切儲(chǔ)備能力達(dá)不到要求，出現(xiàn)自重誤差，加大了恒載變形。
(2)預(yù)應(yīng)力損失。當(dāng)PC 梁橋預(yù)應(yīng)力損失后，會(huì)增大混凝土的彈性變形，徐變變形也隨著增加，增加的變形會(huì)進(jìn)一步加大預(yù)應(yīng)力損失，重復(fù)多次后，隨著預(yù)應(yīng)力損失越來(lái)也嚴(yán)重，將無(wú)法和外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力抵消，導(dǎo)致梁體出現(xiàn)了下?lián)稀?/p>
(3)梁體出現(xiàn)裂縫。當(dāng)梁體開裂后會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力重分布，增加梁頂板的壓應(yīng)力，混凝土壓應(yīng)力的增加不僅造成了彈性應(yīng)變，并且也會(huì)增加徐變系數(shù)，導(dǎo)致徐變量變大，產(chǎn)生比較大的應(yīng)力損失，在這種惡性循環(huán)的影響下，會(huì)導(dǎo)致PC 梁下?lián)蠂?yán)重。
3 PC梁橋開裂和下?lián)系念A(yù)防措施
3.1 PC梁橋開裂的預(yù)防措施
3.1.1 腹板裂縫的控制
①加大箱梁腹板的厚度，提升截面的抗剪能力;②使用彎起鋼束布置在腹板內(nèi)部，除了可以降低腹板的剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力，并且可以預(yù)防預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁腹板出現(xiàn)開裂;③由于箱梁腹板產(chǎn)生的主拉力和豎向成45 度左右，如果按照常規(guī)的方法布置豎向預(yù)應(yīng)力筋，會(huì)影響其對(duì)腹板產(chǎn)生的主拉應(yīng)力。在分析施工可行性后，按照斜向布置的方式來(lái)進(jìn)行豎向預(yù)應(yīng)力筋的布置，并對(duì)鋼絞線進(jìn)行二次張拉，如圖1 所示。實(shí)踐證明，斜向布置豎向預(yù)應(yīng)力進(jìn)行可以提高腹板的抗剪效率，使箱梁腹板的整體斜面的承載力顯著提升。
圖1 豎向預(yù)應(yīng)力筋斜向布置
3.1.2 底板裂縫的控制
①施工過程中，要按照設(shè)計(jì)要求布置波紋管。一般情況下，底板橫向裂縫多是因?yàn)椴贾貌缓侠韺?dǎo)致波紋管和設(shè)計(jì)位置不符導(dǎo)致偏心距出現(xiàn)了變化，導(dǎo)致抵抗彎矩不夠，出現(xiàn)了橫向開裂;②波紋管在布置時(shí)，為了避免預(yù)應(yīng)力摩阻的損失，要盡量保持波紋管的平順性，要充分張拉底板預(yù)應(yīng)力;③懸臂施工過程中，為了降低施工荷載，盡量不要將施工材料堆放在橋面;④盡量不在低溫環(huán)境下進(jìn)行橋梁跨中合攏施工，以免溫度上升造成底板開裂;⑤設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，要對(duì)橋梁將來(lái)運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的移動(dòng)荷載進(jìn)行考慮，充分評(píng)估二期荷載。
3.2 PC梁橋下?lián)系念A(yù)防措施
3.2.1 跨中合攏頂推
在溫度變化和混凝土徐變的影響下，會(huì)導(dǎo)致橋梁橋墩墩頂出現(xiàn)向內(nèi)的水平偏位，并導(dǎo)致跨中下?lián)线M(jìn)一步加劇。因此，在施工的過程中，要在中跨合攏之前、邊跨合龍之后，施加水平方向上的頂推力，進(jìn)而產(chǎn)生和混凝土徐變反方向的水平位移，達(dá)到消除混凝凝土徐變變形的目的，使橋梁主墩的受力情況得以改善，降低主梁產(chǎn)生的跨中下?lián)?。本工程使用千斤頂頂推的方式進(jìn)行合攏頂推，在使用勁性骨架將梁體鎖定。由于本工程橋墩的高度為15.7m，單肢薄壁的厚度為3m，以位移量對(duì)頂推力的大小進(jìn)行控制，在不考慮合攏溫差的影響下，在原設(shè)計(jì)恒載的影響下，橋墩頂水平偏移為6mm。頂推合攏對(duì)跨中撓度的影響如表1所示。
表1 頂推合攏對(duì)跨中撓度的影響
從表1 可以看出，墩頂水平位移和頂推10d 的成橋10y 跨中撓度相較于原設(shè)計(jì)降低了29.3%和21.8%，明顯改善了橋梁下?lián)系那闆r。
3.2.2 增強(qiáng)頂板負(fù)彎矩鋼束
在豎向荷載和預(yù)應(yīng)力的共同作用下，預(yù)應(yīng)力混凝土屬于一種偏心受壓結(jié)構(gòu)，其徐變主要分為軸向徐變和豎向徐變兩種，在只有軸向力對(duì)箱梁造成影響時(shí)，在梁高方向上應(yīng)力的梯度是零，此時(shí)箱梁值會(huì)產(chǎn)生軸向徐變，并且軸向徐變對(duì)預(yù)應(yīng)力箱梁橋的影響比較小，但是在豎向荷載的影響下，沿梁高方向的應(yīng)力梯度不會(huì)為0，會(huì)產(chǎn)生影響橋梁后期撓度的豎向徐變，通過增設(shè)頂板負(fù)彎矩鋼束可以有效調(diào)整截面的彎矩，使截面應(yīng)力梯度保持為0，可以有效抑制混凝土箱梁橋下?lián)稀?/p>
4 結(jié)論
本工程使用上述方法進(jìn)行施工后，有效控制了PC 梁橋開裂和下?lián)系那闆r，提升了腹板的抗剪性能，降低了主腹板的拉應(yīng)力，通過在負(fù)彎矩區(qū)箱梁底部布置鋼骨架使成橋3y 的徐變跨中下?lián)戏认陆盗?6.1%，控制效果比較顯著，為類似工程提供了參考經(jīng)驗(yàn)。
［1］張楠.預(yù)防大跨PC 梁橋開裂和下?lián)系拇胧┭芯浚跠］.長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)，2012:1 -21.
［2］張開銀，殷亮，惠國(guó)旺.PC 梁橋長(zhǎng)束縱向預(yù)應(yīng)力筋優(yōu)化布置研究［J］.交通科技，2009(01):5 -8.
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2 PC梁橋出現(xiàn)開裂和下?lián)系脑?/h2>2.1 底板縱向裂縫出現(xiàn)的原因
由于底板一般不設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力鋼束，在各類荷載的影響下，底板就會(huì)產(chǎn)生縱向裂縫。在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，為了降低結(jié)構(gòu)自身的重力，跨中位置箱梁設(shè)計(jì)會(huì)比較薄弱，而在底板位置設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力束則比較多，在對(duì)預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行張拉時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生比較大的應(yīng)力，由于底板處布置的鋼筋比較少，就會(huì)出現(xiàn)開裂的情況。另外，混凝土的收縮徐變以及溫差應(yīng)力也是造成底板縱向裂縫的一個(gè)主要原因。
2.2 腹板裂縫出現(xiàn)的原因
腹板裂縫屬于結(jié)構(gòu)性裂縫，是一種比較常見的箱梁裂縫，大多數(shù)的裂縫會(huì)順著梁軸線的25°～50°開裂，裂縫也多出現(xiàn)在剪應(yīng)力比較大的支座周圍，隨著時(shí)間的不斷增加，裂縫會(huì)上下延長(zhǎng)，并發(fā)展至跨中受壓區(qū)域，直到其寬度、長(zhǎng)度和數(shù)量穩(wěn)定后停止發(fā)展。另外一種腹板斜裂縫主要是在施工過程中張拉腹板下彎束造成的，裂縫一般會(huì)和彎束管道的走向平行，從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，內(nèi)腹板產(chǎn)生的裂縫要比外腹板裂縫更加嚴(yán)重。
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(1)在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，為了降低結(jié)構(gòu)自身的重量，一般會(huì)根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造來(lái)確定箱梁橋腹板的厚度。但是在實(shí)際應(yīng)用的過程中，由于梁底曲線和腹板較薄導(dǎo)致混凝土持久抗剪切儲(chǔ)備能力達(dá)不到要求，出現(xiàn)自重誤差，加大了恒載變形。
(2)預(yù)應(yīng)力損失。當(dāng)PC 梁橋預(yù)應(yīng)力損失后，會(huì)增大混凝土的彈性變形，徐變變形也隨著增加，增加的變形會(huì)進(jìn)一步加大預(yù)應(yīng)力損失，重復(fù)多次后，隨著預(yù)應(yīng)力損失越來(lái)也嚴(yán)重，將無(wú)法和外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力抵消，導(dǎo)致梁體出現(xiàn)了下?lián)稀?/p>
(3)梁體出現(xiàn)裂縫。當(dāng)梁體開裂后會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力重分布，增加梁頂板的壓應(yīng)力，混凝土壓應(yīng)力的增加不僅造成了彈性應(yīng)變，并且也會(huì)增加徐變系數(shù)，導(dǎo)致徐變量變大，產(chǎn)生比較大的應(yīng)力損失，在這種惡性循環(huán)的影響下，會(huì)導(dǎo)致PC 梁下?lián)蠂?yán)重。
3 PC梁橋開裂和下?lián)系念A(yù)防措施
3.1 PC梁橋開裂的預(yù)防措施
3.1.1 腹板裂縫的控制
①加大箱梁腹板的厚度，提升截面的抗剪能力;②使用彎起鋼束布置在腹板內(nèi)部，除了可以降低腹板的剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力，并且可以預(yù)防預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁腹板出現(xiàn)開裂;③由于箱梁腹板產(chǎn)生的主拉力和豎向成45 度左右，如果按照常規(guī)的方法布置豎向預(yù)應(yīng)力筋，會(huì)影響其對(duì)腹板產(chǎn)生的主拉應(yīng)力。在分析施工可行性后，按照斜向布置的方式來(lái)進(jìn)行豎向預(yù)應(yīng)力筋的布置，并對(duì)鋼絞線進(jìn)行二次張拉，如圖1 所示。實(shí)踐證明，斜向布置豎向預(yù)應(yīng)力進(jìn)行可以提高腹板的抗剪效率，使箱梁腹板的整體斜面的承載力顯著提升。
圖1 豎向預(yù)應(yīng)力筋斜向布置
3.1.2 底板裂縫的控制
①施工過程中，要按照設(shè)計(jì)要求布置波紋管。一般情況下，底板橫向裂縫多是因?yàn)椴贾貌缓侠韺?dǎo)致波紋管和設(shè)計(jì)位置不符導(dǎo)致偏心距出現(xiàn)了變化，導(dǎo)致抵抗彎矩不夠，出現(xiàn)了橫向開裂;②波紋管在布置時(shí)，為了避免預(yù)應(yīng)力摩阻的損失，要盡量保持波紋管的平順性，要充分張拉底板預(yù)應(yīng)力;③懸臂施工過程中，為了降低施工荷載，盡量不要將施工材料堆放在橋面;④盡量不在低溫環(huán)境下進(jìn)行橋梁跨中合攏施工，以免溫度上升造成底板開裂;⑤設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，要對(duì)橋梁將來(lái)運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的移動(dòng)荷載進(jìn)行考慮，充分評(píng)估二期荷載。
3.2 PC梁橋下?lián)系念A(yù)防措施
3.2.1 跨中合攏頂推
在溫度變化和混凝土徐變的影響下，會(huì)導(dǎo)致橋梁橋墩墩頂出現(xiàn)向內(nèi)的水平偏位，并導(dǎo)致跨中下?lián)线M(jìn)一步加劇。因此，在施工的過程中，要在中跨合攏之前、邊跨合龍之后，施加水平方向上的頂推力，進(jìn)而產(chǎn)生和混凝土徐變反方向的水平位移，達(dá)到消除混凝凝土徐變變形的目的，使橋梁主墩的受力情況得以改善，降低主梁產(chǎn)生的跨中下?lián)?。本工程使用千斤頂頂推的方式進(jìn)行合攏頂推，在使用勁性骨架將梁體鎖定。由于本工程橋墩的高度為15.7m，單肢薄壁的厚度為3m，以位移量對(duì)頂推力的大小進(jìn)行控制，在不考慮合攏溫差的影響下，在原設(shè)計(jì)恒載的影響下，橋墩頂水平偏移為6mm。頂推合攏對(duì)跨中撓度的影響如表1所示。
表1 頂推合攏對(duì)跨中撓度的影響
從表1 可以看出，墩頂水平位移和頂推10d 的成橋10y 跨中撓度相較于原設(shè)計(jì)降低了29.3%和21.8%，明顯改善了橋梁下?lián)系那闆r。
3.2.2 增強(qiáng)頂板負(fù)彎矩鋼束
在豎向荷載和預(yù)應(yīng)力的共同作用下，預(yù)應(yīng)力混凝土屬于一種偏心受壓結(jié)構(gòu)，其徐變主要分為軸向徐變和豎向徐變兩種，在只有軸向力對(duì)箱梁造成影響時(shí)，在梁高方向上應(yīng)力的梯度是零，此時(shí)箱梁值會(huì)產(chǎn)生軸向徐變，并且軸向徐變對(duì)預(yù)應(yīng)力箱梁橋的影響比較小，但是在豎向荷載的影響下，沿梁高方向的應(yīng)力梯度不會(huì)為0，會(huì)產(chǎn)生影響橋梁后期撓度的豎向徐變，通過增設(shè)頂板負(fù)彎矩鋼束可以有效調(diào)整截面的彎矩，使截面應(yīng)力梯度保持為0，可以有效抑制混凝土箱梁橋下?lián)稀?/p>
4 結(jié)論
本工程使用上述方法進(jìn)行施工后，有效控制了PC 梁橋開裂和下?lián)系那闆r，提升了腹板的抗剪性能，降低了主腹板的拉應(yīng)力，通過在負(fù)彎矩區(qū)箱梁底部布置鋼骨架使成橋3y 的徐變跨中下?lián)戏认陆盗?6.1%，控制效果比較顯著，為類似工程提供了參考經(jīng)驗(yàn)。
［1］張楠.預(yù)防大跨PC 梁橋開裂和下?lián)系拇胧┭芯浚跠］.長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)，2012:1 -21.
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