大跨徑橋梁長期撓度成因及控制措施
2017-08-21
預應(yīng)力混凝土梁橋由于施工簡便、跨越能力強、造價經(jīng)濟等優(yōu)點,在國內(nèi)外橋梁建設(shè)中,尤其在主跨300m范圍內(nèi)具有很高的競爭力。早期建成的大跨度預應(yīng)力混凝土梁橋,部分近期建設(shè)的梁橋,現(xiàn)階段出現(xiàn)了許多病害,如腹板斜裂縫、底板裂縫、橫隔板裂縫、橋墩墩身裂縫等,特別是主跨的持續(xù)下?lián)弦殉蔀槔_國內(nèi)外橋梁建設(shè)者進行設(shè)計、施工、養(yǎng)護時的主要問題。
1 徐變對箱梁跨中撓度的分析及預防措施
1.1 徐變對撓度的影響
在長期的外界荷載作用下,體內(nèi)膠體因脫水而縮小形成徐變變形。混凝土結(jié)構(gòu)的徐變變形主要是由結(jié)構(gòu)的自重和預應(yīng)力引起的。引起橋梁長期徐變的荷載主要有:恒載和周期荷載。鋼絞線引起的預應(yīng)力引起的徐變撓度向上,自重和汽車活載引起的徐變撓度向下。為了減小成橋后持續(xù)下?lián)系膯栴},可以配置適當?shù)念A應(yīng)力鋼筋來預防。混凝土的收縮徐變是一個十分復雜的非線性問題。關(guān)于影響收縮、徐變的因素及結(jié)果本身都是隨機變量,它們的變異系數(shù)最小也有0.15。現(xiàn)在大跨徑梁橋箱形截面越來越輕型化,板件越來越薄,鋼筋越來越多,混凝土強度等級越來越高,使徐變對結(jié)構(gòu)的影響越來越大。
1.2 減小徐變對跨中下?lián)嫌绊懙拇胧?br />
華裔美國工程專家林同炎教授提出的荷載平衡概念,用預應(yīng)力自己產(chǎn)生的彎矩來平衡自重產(chǎn)生的彎矩,這樣在預應(yīng)力和自重作用下構(gòu)件將處于軸向受壓狀態(tài),構(gòu)件在砼長期收縮徐變作用下,會發(fā)生軸向縮短,不會發(fā)生彎曲。在理論上,設(shè)計時只要保證結(jié)構(gòu)在預應(yīng)力、自重作用下每個斷截面彎矩為零,建造時就可以不考慮預拋高,有利于施工控制。設(shè)計時盡量使全截面中心受壓,上下緣應(yīng)力相等,截面無轉(zhuǎn)角,梁體無徐變撓度,同時應(yīng)考慮混凝土收縮徐變引起的撓度,通常預拱度值應(yīng)取L/1000～L/1500。施工時在工期允許的情況下,要求縱向預應(yīng)力的張拉齡期大于5d。
2 預應(yīng)力損失對下?lián)系挠绊懠邦A防措施
2.1 預應(yīng)力損失對下?lián)系睦碚摲治?br />
預應(yīng)力混凝土構(gòu)件的變形主要有兩部分組成,一部分是預加力產(chǎn)生的反撓度;另一部分是由荷載產(chǎn)生的撓度。這兩部分的撓度可以相互抵消一部分,從而使得橋梁結(jié)構(gòu)的總撓度減小。但是,隨著預應(yīng)力的損失,預加力產(chǎn)生的反撓度減小,使橋梁結(jié)構(gòu)的整體撓度增加?；炷潦湛s徐變引起的損失和預應(yīng)力鋼筋松弛損失隨著時間的增加而逐漸增大,并且兩者相互影響,一方面混凝土收縮徐變使結(jié)構(gòu)縮短,加劇了預應(yīng)力松弛損失;另一方面預應(yīng)力松弛改變了結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)從而影響著混凝土收縮徐變。所有這些都影響了預應(yīng)力損失的計算精度,使得預應(yīng)力損失的實際值與理論計算值有較大差別。
2．2 造成預應(yīng)力損失的因素分析及預防措施
2．2．1 灌漿質(zhì)量造成的損失
一些橋梁預留孔道的壓漿不夠飽滿,不僅影響了預應(yīng)力的傳遞,由于孔道存在裂縫、施工封錨不規(guī)范等原因孔內(nèi)存有大量的積水,孔道中的鋼絞線束,在空氣、水的共同作用下,經(jīng)過長期的作用會發(fā)生銹蝕,會造成應(yīng)力集中,很大程度上降低箱梁截面的極限承載力及腹板的抗主拉應(yīng)力, 不僅會引起梁體下?lián)?而且有使得構(gòu)件抗力不足造成箱梁開裂的可能。目前的對預防預留管道中孔洞有一定作用較好的施工工藝為真空灌漿技術(shù)。
2．2．2 長預應(yīng)力束的預應(yīng)力損失及預防措施
連續(xù)剛構(gòu)跨度的不斷增加,長預應(yīng)力束的應(yīng)用也很普及。造成長預應(yīng)力束的預應(yīng)力損失的主要原因有多方面,如下。
(1)混凝土振搗時,振搗棒擠碰波紋管,工人施工時波紋管拼接定位不準確,都會導致孔道沿縱向凹凸不平,平直度出現(xiàn)誤差,損失就越大。
(2)局部破損的波紋管會使?jié)仓艜r漏漿,使孔道內(nèi)壁粗糙,損失就變大。
(3)隨著預應(yīng)力索長的增大,預應(yīng)力鋼筋束和穿鋼筋束時相互纏繞的概率增大,損失就增大。
在施工過程中,可以采取某些措施來減小長預應(yīng)力束的預應(yīng)力損失:計算時選擇準確的管道參數(shù),施工張拉時嚴格控制并采取有效措施降低預應(yīng)力的損失,從而確保縱向預應(yīng)力的有效性,施工中預應(yīng)力管道的定位應(yīng)該力求正確。要求在布置波紋管時盡可能使得平彎和豎彎處平順連續(xù),避免出現(xiàn)折線現(xiàn)象,并提倡采用真空灌漿法。
2.3 跨中階段底部預應(yīng)力布筋方式探討
一般的跨中區(qū)段下部預應(yīng)力鋼筋采用下彎布筋的方式值得考慮,預應(yīng)力鋼筋本身會產(chǎn)生向下的力,跨中彎曲下?lián)?預應(yīng)力鋼筋是否會被拉長,目前還未見到相關(guān)的研究成果。箱梁跨中彎曲下?lián)虾?預應(yīng)力鋼筋在下?lián)系哪硞€范圍內(nèi)有可能會使鋼鉸線的長度縮短,從而促使跨中下?lián)稀?br />
3 裂縫對撓度的影響
3.1 跨中橫向裂縫對撓度的影響
目前研究院對大跨徑連續(xù)梁橋普遍出現(xiàn)的開裂和持續(xù)下?lián)蠁栴}進行了分析。研究發(fā)現(xiàn):成橋后結(jié)構(gòu)的長期變形與目前的理論判斷不符,背景橋跨中下?lián)馅厔萆形词諗?呈現(xiàn)出“快速—緩和—加速”的特點。墩頂附近腹板斜裂縫相對出現(xiàn)較早,并且較先出現(xiàn)于箱梁內(nèi)側(cè);跨中底板橫向裂縫相對支點腹板裂縫出現(xiàn)稍晚,但出現(xiàn)后發(fā)展迅速。裂縫出現(xiàn)后,即使不進一步開展,橋梁撓度也會繼續(xù)增大。由于長期撓度與裂縫之間有緊密聯(lián)系,而混凝土橋梁的開裂問題又很難避免,因此對大跨徑預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋長期撓度進行預測時,在考慮徐變、收縮等時變因素的同時,還應(yīng)考慮到長期撓度與裂縫開展交互作用的影響。
3.2 腹板斜裂縫對撓度的影響
箱梁是薄壁構(gòu)件,梁體出現(xiàn)斜裂縫會降低薄壁箱梁的抗剪剛度,剪切變形對梁體撓度的影響增大。梁體腹板出現(xiàn)斜裂縫后從兩個方面影響梁體跨中下?lián)?一方面是會降低腹板的抗剪剛度,另一方面是裂縫本身引起的幾何變形造成的跨中下?lián)稀?br />
4 結(jié)語
(1)混凝土徐變對跨中下?lián)系挠绊懞涂鐝經(jīng)]有直接關(guān)系,可以通過計算配置合理的預應(yīng)力鋼筋來減小后期撓度。可在施工過程中可利用恒載零彎矩法減小徐變對撓度的影響。為減小徐變對箱梁產(chǎn)生的軸向的縮短的因素,可采用合攏段施工時預留一定的偏位或合攏段使用膨脹砼澆注的辦法。
(2)預應(yīng)力損失產(chǎn)生下?lián)系臋C理說明,在施工階段的控制關(guān)鍵工序來減少成橋之后的預應(yīng)力損失。
(3)箱梁的開裂從兩個方面來影響梁體跨中下?lián)?一方面是降低箱梁的抗彎、抗剪剛度,另一方面是開裂的部位幾何變形引起的梁體跨中下?lián)?。根?jù)以上各個方面的分析,我們可以得出成橋后運營階段出現(xiàn)的裂縫對跨中下?lián)系挠绊懯呛艽蟮谋仨毧刂啤?br />
參考文獻
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