摘要:空心板梁的氣囊?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)尺寸的變化，對(duì)梁體承載力有一定的影響，采用有限單元法說明采用氣囊法施工是有效的，并且方便快捷。相對(duì)與傳統(tǒng)的鋼管、木模、紙模的支模方式具有拆模方便，且不受跨度的影響，同時(shí)氣囊內(nèi)膜的壓力通過混凝土的側(cè)壓力和氣囊的半徑能夠準(zhǔn)確得到控制。

關(guān)鍵詞:空心板梁;氣囊法;有限元分析;截面的承載能力

1 工程實(shí)例分析與問題提出

1.1 實(shí)例分析

在對(duì)江蘇省245省道宿遷段D1標(biāo)一級(jí)公路空心梁板預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)的施工監(jiān)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)，澆注頂板成型后頂板厚度存在削弱現(xiàn)象，其中頂板最小處跨中厚度與其他實(shí)測(cè)值發(fā)現(xiàn)有不同程度的偏差，這樣板截面承載力將受到損失。產(chǎn)生頂板厚度減小的主要原因有以下幾個(gè)方面:

(1)新拌混凝土是由固相、液相、氣相組成的一種非均質(zhì)、非密實(shí)、各相異性的物質(zhì)，并隨時(shí)間.溫度、濕度和受力狀態(tài)而不斷演變著的彈一粘一塑性混合物，在靜止?fàn)顟B(tài)下形成致密的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，顯示較大粘性，當(dāng)攪動(dòng)或振動(dòng)時(shí)，隨著剪切速度梯度增加結(jié)構(gòu)表現(xiàn)疏松、粘度減小，攪動(dòng)停止后保持原來的形態(tài)。

(2)混凝土配合比、坍落度、氣囊體積、振動(dòng)棒的性能、沖擊反力及施工操作的對(duì)稱性等都是影響其變形上浮的影響。

(3)施工過程中的誤差。混凝土下料速度過快過慢，梁板左右不能達(dá)到完全均勻同時(shí)，導(dǎo)致沖擊反力較大，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)氣囊氣壓控制不夠，降低其自身的抵抗剛度，這些都可能是導(dǎo)致產(chǎn)生氣囊上浮的因素。

1.2 問題提出

通過實(shí)例發(fā)現(xiàn)，氣囊內(nèi)膜制作的空心板梁存在著一定的誤差，按以往工程經(jīng)驗(yàn)，普遍認(rèn)為氣囊上浮對(duì)截面承載能力的影響較小，通過后期橋面鋪裝進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，基本滿足設(shè)計(jì)承載力要求。但是通常對(duì)其實(shí)際的變形情況卻很少有過理論分析，提供具體的數(shù)據(jù)，從而無法對(duì)施工過程進(jìn)行科學(xué)的監(jiān)控，這里按數(shù)值計(jì)算的方法，對(duì)上述問題進(jìn)行實(shí)體建模，得出一定的理論計(jì)算依據(jù)，從而對(duì)同類問題的施工監(jiān)控提供一定的具體參考數(shù)據(jù)。

2 實(shí)體建模

數(shù)值解法可以分為兩大類:有限差分法和有限單元法，本文采用后者。按照上述問題的提出，運(yùn)用大型通用軟件對(duì)其進(jìn)行分析，通過得到節(jié)點(diǎn)的位移，研究其變形情況，根據(jù)實(shí)際的情況首先對(duì)計(jì)算模型做以下簡化。

2.1 單元選取

對(duì)于氣囊結(jié)構(gòu)由于其內(nèi)壓力的作用，產(chǎn)生一定的剛度，這樣假設(shè)在整個(gè)氣囊的變形過程中體積不變，即不考慮材料本身發(fā)生屈曲變形，結(jié)合該工程實(shí)際，現(xiàn)場(chǎng)使用的氣囊結(jié)構(gòu)是氣脹式充氣膜結(jié)構(gòu)，即是向由膜材制成的空腔內(nèi)充氣，利用氣體壓力來支撐膜面，使其具有一定形狀和剛度的膜結(jié)構(gòu)形式，對(duì)于充氣膜結(jié)構(gòu)，利用膜成品內(nèi)外氣體(空氣)的壓力差使其具有能承受自重和外載荷的穩(wěn)定的空間曲面的膜結(jié)構(gòu)形式，故在建模過程中單元材料的彈性模量根據(jù)氣囊內(nèi)外壓力差進(jìn)行等效轉(zhuǎn)化確定。同時(shí)考慮新澆注混凝土彈性模量隨齡期變化等因素的影響，所以選取薄膜單元進(jìn)行實(shí)體建模，單元的厚度根據(jù)氣囊本身的規(guī)格，取值為單位``彈性模量最終取值，同時(shí)網(wǎng)格劃分采用自動(dòng)智能劃分形式，精度為7，從而整個(gè)計(jì)算模型共分140個(gè)節(jié)點(diǎn)，112個(gè)四邊形單元。

2.2 邊界條件

根據(jù)施工構(gòu)造和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，取定位氣囊鋼筋之間40厘米長度的一節(jié)結(jié)構(gòu)簡化可作為研究對(duì)象，相應(yīng)的其邊界條件，即約束條件相當(dāng)于兩邊線性約束對(duì)模型施加約束。

2.3 荷載情況

混凝土在施工過程中按嚴(yán)格意義上的分層澆注，同時(shí)在氣囊兩側(cè)對(duì)稱加載，按理想情況考慮，則兩邊的側(cè)壓力為線形變化，故可以將新澆注的混凝土對(duì)氣囊兩側(cè)產(chǎn)生的側(cè)壓力簡化為三角形荷載，在對(duì)模型加載過程時(shí)，最終等效為壓力值，壓力值P按混凝土重度y澆注高度h的乘積確定，根據(jù)上述假設(shè)與簡化，建立起實(shí)體模型。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果可以表明，位移變形。由于節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，僅列舉頂面幾處具有代表性節(jié)點(diǎn)的位移值，實(shí)體模型變形圖等，制作空心板梁氣囊內(nèi)膜變形數(shù)值計(jì)算與施工控制。

3.2 分析比較

從計(jì)算分析位移值可以看出，其變形平均值由于在側(cè)板澆注完畢之后，其周邊混凝土已經(jīng)振搗密實(shí)，在頂板澆注時(shí)，氣囊已經(jīng)不會(huì)產(chǎn)生新的變形，或是對(duì)其最終成型的結(jié)果影響不大。故采用上述模型計(jì)算出來的結(jié)果即為最終空心板梁的幾何結(jié)構(gòu)尺寸，這里得出的結(jié)果與工程實(shí)例中的實(shí)測(cè)值因施工過程的影響不同具有一定的誤差。這主要是由于模型是按理想化來建立的，與實(shí)際的施工過程存在一定的出入。但是，由模型計(jì)算得出的值同樣具有一定的可比性，由結(jié)果可以看出真實(shí)的氣囊變化值不是很大，該空心板梁的頂板設(shè)計(jì)厚度為10cm，可以對(duì)其進(jìn)行承載力驗(yàn)算，由此可以看出對(duì)截面承載力的影響也相對(duì)較少，說明采用氣囊法施工是有效的，并且方便快捷。相對(duì)與傳統(tǒng)的鋼管、木模、紙模的支模方式具有拆模方便，且不受跨度的影響，同時(shí)氣囊內(nèi)膜的壓力通過混凝土的側(cè)壓力和氣囊的半徑能夠準(zhǔn)確得到控制。

4 控制方法與建議由上述理論計(jì)算可以看出，若按照理想模型建立，則氣囊的變化值不是很大，而在實(shí)際工程卻不是如此。因此，若采取一定的施工控制，使之與模型建立的條件接近，則氣囊施工的安全性和使用性可以得到保證，這就對(duì)在實(shí)際施工過程中提出了較高的要求，筆者對(duì)氣囊支護(hù)的方法和施工監(jiān)控的建議如下:

(1)膠囊的固定。通過增加定位鋼筋加以實(shí)現(xiàn)，在氣囊上部添加蓋板，以控制其變行值。

(2)施工過程的控制。澆注混凝土?xí)r從兩邊同時(shí)分層澆注，盡量減少澆注過程中混凝土對(duì)氣囊的沖擊力，加強(qiáng)振搗，防止混凝土發(fā)生離析現(xiàn)象，導(dǎo)致氣囊與底板脫離，造成更為嚴(yán)重的上浮變形，同時(shí)控制和易性及氣囊內(nèi)壓。

(3)其他方面的控制。氣囊的直徑可比截面設(shè)計(jì)孔徑略小，同時(shí)將頂板保護(hù)層厚度加大，

上述方法可以充分考慮氣囊變形空間，使成形后偏差較小。

(4)補(bǔ)救措施。對(duì)部分偏差較大的空心板梁

應(yīng)采取加固措施，由于橋面鋪裝層的存在，所以其原理采用加厚橋面板的方法，這里主要是指橋面鋪裝層，對(duì)受壓區(qū)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，由于后加混凝土層參與主梁工作，梁的有效高度增加，亦可間接達(dá)到提高承載力的加固目的。

5 結(jié)論

通過理論計(jì)算及實(shí)踐證明，當(dāng)采取適當(dāng)?shù)氖┕た刂坪脱a(bǔ)救措施，使施工過程接近模型假設(shè)，則氣囊法支護(hù)施工是安全有效的，并且在上浮變形值不大的情況下，對(duì)截面的承載能力影響較小，則空心板梁的安全性和使用性可以得到保證，從而指導(dǎo)同類施工監(jiān)控。