張義 唐發(fā)明

25m小箱梁反拱度的控制措施

張義 唐發(fā)明

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 四川成都 610031）

預(yù)制小箱梁由于預(yù)應(yīng)力鋼束等因素的作用，梁體會(huì)產(chǎn)生向上的反拱值，如果反拱值過大，不僅會(huì)影響到橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命，還會(huì)影響到行車舒適性和行車安全。本文對(duì)25m跨度小箱梁分析反拱度產(chǎn)生的原因和其影響因素進(jìn)行分析，分別從設(shè)計(jì)和施工方面，提出對(duì)25m小箱梁反拱值的控制措施，以供實(shí)際工程參考。

小箱梁；反拱度；預(yù)應(yīng)力度；預(yù)拱度

1 前言

預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便且易保證施工質(zhì)量，因此在常規(guī)橋梁和高速公路橋梁中被廣泛采用。然而在近些年的實(shí)際工程中，這種結(jié)構(gòu)形式的橋梁普遍存在上拱度過大的現(xiàn)象，使得梁體安裝完成后裸梁的實(shí)際標(biāo)高會(huì)高出設(shè)計(jì)標(biāo)高不少，從而導(dǎo)致橋面鋪裝層達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的厚度，施工就必須采取各種應(yīng)對(duì)的措施，甚至進(jìn)行調(diào)坡處理，而這又可能影響上部結(jié)構(gòu)的恒載發(fā)生變化，最終導(dǎo)致橋梁的使用壽命縮短的嚴(yán)重后果。

現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)對(duì)于這種小跨度的預(yù)制小箱梁的成橋線形的控制還未引起足夠的重視，根據(jù)現(xiàn)有的理論分析和實(shí)踐證明，導(dǎo)致預(yù)制小箱梁上拱的主要因素為預(yù)應(yīng)力和混凝土的徐變。當(dāng)預(yù)制小箱梁在預(yù)制場(chǎng)制作完成后，會(huì)有一個(gè)存梁期，而這個(gè)存梁期會(huì)給反拱值帶來(lái)不確定性的影響因素。

為了消除反拱度的不利影響，在實(shí)際工程中往往會(huì)設(shè)置負(fù)的預(yù)拱度，而預(yù)拱度的設(shè)置在施工過程中存在很多的不確定的因素，所以要想將反拱度的不利影響降到更低，更重要的是如何將反拱度控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。

2 算例分析

2.1 工程概況

本文的論述是以某高速路上的一個(gè)先簡(jiǎn)支后橋面連續(xù)梁橋?yàn)閷?shí)例，該橋的平面位于直線上，孔跨布置為3×25m。

半幅橋?qū)?6.4m，梁高1.4m，根據(jù)簡(jiǎn)支小箱梁的力學(xué)特點(diǎn)，取一片中梁分析小箱梁的反拱度即可滿足要求。

主梁采用C50混凝土，鋼絞線為低松弛高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，單根鋼絞線直徑d=15.2mm，鋼絞線面積A=140mm2，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1860MPa，彈性模量 Ep=1.95×105MPa。

梁體主要信息如圖1～2所示。

2.2 計(jì)算模型

對(duì)小箱梁采用midas civil 2013和midas FEA 3.6.0進(jìn)行對(duì)比分析，分別建立桿系模型和實(shí)體模型，如圖3～4。

圖1 小箱標(biāo)準(zhǔn)斷面圖（單位：cm）

圖2 小箱梁預(yù)應(yīng)力鋼束布置圖（單位：cm）

圖3 midas civil桿系模型

2.3 計(jì)算工況

圖4 midas FEA實(shí)體模型

根據(jù)理論分析小箱梁上拱的主要因素為預(yù)應(yīng)力和混凝土的徐變，而這些因素可以歸納為如下具體因素：混凝土的彈性模量E、結(jié)構(gòu)的截面慣性矩I、預(yù)應(yīng)力所產(chǎn)生彎矩M、混凝土隨時(shí)間的變化的力學(xué)性能。

根據(jù)以上特點(diǎn)，本計(jì)算考慮如下三種工況：

工況一：混凝土彈性模量按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》采用：Ec=3.45×104MPa，考慮收縮徐變。

工況二：混凝土彈模參考采用美國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)建筑規(guī)范，公式如下：

強(qiáng)勢(shì)發(fā)展函數(shù)如下：

式中：a、b-水泥種類常數(shù)；fck（28）-混凝土28d齡期抗壓強(qiáng)度。

彈性模量的計(jì)算公式如下：

式中：Wc-鋼筋混凝土容重，單位為kg/m3。

工況三：混凝土彈模參考采用美國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)建筑規(guī)范，同工況二，鋼束張拉時(shí)混凝土齡期為5d。

2.4 梁體在使用階段應(yīng)力和承載能力計(jì)算分析結(jié)果

2.4.1 midas FEA計(jì)算結(jié)果

表1 midas FEA反拱值計(jì)算結(jié)果表格

計(jì)算結(jié)果表明：①在荷載工況方面：工況二的上拱值要大于工況一的上拱值，在工況二下，混凝土的EI值是隨時(shí)間增大的，而工況一是不變的，即前28d的剛度值關(guān)系為：E2I2（隨時(shí)間增大）＜E1I1，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相符；工況三的上拱值要大于工況二的上拱值，說明預(yù)應(yīng)力鋼束越早張拉，上拱值就越高。②在存梁時(shí)間方面：預(yù)制小箱梁的反拱度隨著存梁時(shí)間的增加而增大。

2.4.2 midas civil計(jì)算結(jié)果

表2 midas civil反拱值計(jì)算結(jié)果表格

從上面的midas civil計(jì)算結(jié)果可以得出，該規(guī)律的趨勢(shì)與midas FEA計(jì)算結(jié)果相同，當(dāng)采用彈模不變化時(shí)計(jì)算上拱值時(shí)偏小，混凝土越早張拉，上拱值就越大。

2.4.3 midas FEA與midas civil計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

midas FEA的上拱值要比midas Civil的上拱值小10mm左右，分析其產(chǎn)生上拱值的主要因素分為三部分：恒載、預(yù)應(yīng)力和徐變（由于收縮等其他因素產(chǎn)生撓度非常小，故可忽略不計(jì)）。

表3 Midas FEA與Midas Civil計(jì)算的單項(xiàng)荷載反拱值（mm）

計(jì)算結(jié)果可以得出，兩種軟件在恒載和預(yù)應(yīng)力作用下產(chǎn)生的上拱值幾乎是一樣的，所以，引起上拱值差異的原因在于混凝土徐變的影響。

midas Civil計(jì)算徐變系數(shù)只考慮了28d的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，而midas FEA徐變系數(shù)計(jì)算考慮彈模隨時(shí)間的變化，也就是說抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間變化后的徐變系數(shù)，考慮更為嚴(yán)謹(jǐn)，所以midas FEA進(jìn)行實(shí)體分析的計(jì)算結(jié)果要更為準(zhǔn)確。

3 控制反拱度的措施

從本文的實(shí)例分析可以看出，理論分析、實(shí)際計(jì)算和實(shí)際施工中反饋的情況對(duì)反拱度的影響因素是相符的。因此筆者主要從預(yù)應(yīng)力度和混凝土徐變兩個(gè)方面來(lái)論述反拱度的控制措施。

該類小跨度的預(yù)制梁，最合理的設(shè)計(jì)方案是設(shè)計(jì)成部分A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，混合配筋充分利用普通鋼筋的思路，可以適當(dāng)?shù)臏p少預(yù)應(yīng)力鋼束的用量，合理的提高普通鋼筋的配筋率。這樣既能降低預(yù)應(yīng)力度，又能降低梁體的反拱度，且也能有效的保證結(jié)構(gòu)的耐久性、抗裂性以及承載能力的要求。

混凝土徐變影響的因素很多，如混凝土的級(jí)配、混凝土的養(yǎng)生、環(huán)境的溫度濕度、預(yù)應(yīng)力度以及混凝土的齡期。這些關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，若是逐一考慮，不但設(shè)計(jì)很難達(dá)到，施工也難以實(shí)行。根據(jù)相關(guān)研究，環(huán)境濕度對(duì)混凝土的徐變?cè)鲩L(zhǎng)有很重要的影響，隨著相對(duì)濕度的增大，梁體的反拱度則會(huì)明顯下降。所以施工單位在制作梁體和養(yǎng)護(hù)時(shí)，環(huán)境濕度盡可能的加大從而有利于梁體反拱度的控制。另外，需對(duì)施工的原材料嚴(yán)格控制，水泥需采用高品質(zhì)的硅酸鹽水泥，同一座橋應(yīng)采用同一種水泥，澆筑質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格控制。

4 結(jié)論

（1）對(duì)于后張法預(yù)應(yīng)力梁板，直接在臺(tái)座上設(shè)置反拱，結(jié)合適當(dāng)降低墩臺(tái)合帽標(biāo)高，是較理想的方法，具體是在臺(tái)座上設(shè)置下凹反拱曲線，使張拉后箱梁上下緣處于水平狀態(tài)，從而保證橋面標(biāo)高和鋪裝層厚度。

（2）施工時(shí)考慮影響混凝土徐變的因素：內(nèi)在因素、環(huán)境影響、應(yīng)力條件?；炷恋呐浜媳冉M成是內(nèi)在因素。骨料的彈性模量越大、骨料的體積比越大，徐變就越小。水灰比越小，徐變也越小。養(yǎng)護(hù)及使用條件下的溫度是環(huán)境因素。受荷前養(yǎng)護(hù)溫度越高，水泥水化作用越充分，徐變就越小。

[1]《公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D60－2015）[S].

[2]《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62－2004）[S].

[3]《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（征求意見稿）》（JTG D62-20xx）[S].

[4]《美國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)建筑規(guī)范》（ACI318M-05）[S].

[5]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2010）[S].

U445.4

A

1004-7344（2016）33-0192-02

2016-11-12

張 義（1975-），男，黑龍江哈爾濱人，高級(jí)工程師，本科，主要從事交通設(shè)計(jì)工作。