U型梁預(yù)應(yīng)力筋張拉次序?qū)κ芰π阅苡绊懙挠邢拊治?/h1>
2019-08-05 01:40:36張程
山西建筑 2019年13期
張 程
(中鐵二十四局集團(tuán)有限公司軌道交通分公司，上海 200071)
1 概述
對預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件而言，預(yù)應(yīng)力鋼筋過程中，各預(yù)應(yīng)力鋼筋間相互影響。目前多基于施工經(jīng)驗(yàn)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定張拉的先后順序，但這種方法無法準(zhǔn)確確定張拉時結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)；基于此，有必要通過有限元計算確定合理的張拉順序。大跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋普遍采用后張拉技術(shù)，在橋梁施工中的預(yù)應(yīng)力張拉工藝又是影響結(jié)構(gòu)承載性能的重要因素。因此，有必要對不同預(yù)應(yīng)力張拉順序?qū)Y(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形的影響進(jìn)行研究。
青島藍(lán)色硅谷城際軌道交通工程07標(biāo)土寨河站—藍(lán)色硅谷站區(qū)間，跨問海路采用了跨度為30 m+45 m+30 m連續(xù)U型梁(J176～J179)，并在國內(nèi)首次采用了現(xiàn)澆U梁的方法。該U型梁的典型斷面如圖1，圖2所示，立面如圖3所示?，F(xiàn)澆三跨連續(xù)U型梁端部支點(diǎn)處梁高為2.04 m,中間支點(diǎn)處梁高為3.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段的梁高為1.84 m，中間支點(diǎn)兩側(cè)變高段處梁高為2.04 m～3.2 m。等寬梁上開口處寬11.2 m，底板處厚0.3 m，邊腹板處厚為0.3 m～0.4 m(跨中～支點(diǎn))，中間腹板厚為0.4 m～0.5 m(跨中～支點(diǎn))。
三跨現(xiàn)澆連續(xù)U型梁因中支點(diǎn)兩側(cè)為變截面，在施工過程中模板數(shù)量眾多，布置形式復(fù)雜。本文將利用Midas civil結(jié)構(gòu)分析軟件對三跨連續(xù)U型梁在實(shí)際施工中由于張拉次序不同而引起的問題進(jìn)行分析計算。研究在預(yù)應(yīng)力張拉過程中應(yīng)力和變形的情況，為施工控制提供參考。
2 三跨現(xiàn)澆連續(xù)U型梁澆筑過程介紹
本工程U型梁混凝土分二次進(jìn)行澆筑[3]，先澆筑A段，并在張拉完A段預(yù)應(yīng)力筋后再澆筑B段，隨后張拉B段預(yù)應(yīng)力，最后完成封錨并拆除支架。A段澆筑順序：邊腹板→中腹板→底板，并分6層對稱澆筑。B段澆筑順序：底板→腹板→頂板，并分4層對稱澆筑，見圖4，圖5。
3 有限元模型
3.1 參數(shù)及模型
使用Midas civil進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時，混凝土強(qiáng)度按設(shè)計取值，材料重度取為25.0 kN/m3，預(yù)應(yīng)力筋與管道間摩阻系數(shù)為μ=0.315 8，管道偏差系數(shù)k=0.001 5。據(jù)實(shí)測資料，環(huán)境濕度為70%[4]。
模擬時采用梁單元[5]，如圖6所示。邊界條件為兩端簡支，只考慮自重和預(yù)應(yīng)力,不考慮二期恒載和活載。通過扣除預(yù)應(yīng)力損失計算有效預(yù)應(yīng)力，其損失主要包括傳力錨固時的損失與傳力錨固后的損失[6]。本次計算主要考慮傳力錨固時引起的損失，包括：預(yù)應(yīng)力筋與管道間摩擦引起損失、混凝土彈性壓縮引起損失及錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的損失。
3.2 計算工況
在Midas civil計算時，通過荷載組施加鋼束的預(yù)應(yīng)力荷載，通過將荷載組設(shè)置為不同施工階段來實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼束的不同張拉次序[7]。本次主要對以下兩種張拉次序進(jìn)行分析:
1)同步張拉。初張拉：N1-N2-N3-N4-N5-N6-N7-N8-N9-N10多點(diǎn)同步張拉至設(shè)計值；終張拉：N1～N10中10束鋼筋多點(diǎn)同步張拉至控制應(yīng)力。
2)單根張拉。其張拉次序?yàn)椋悍謩e張拉N1,N2,N3,N4,N9，然后對計算結(jié)果(最大正彎矩、最大負(fù)彎矩、最大豎向位移、最大剪力等)進(jìn)行對比分析，依據(jù)計算結(jié)果選擇第一根張拉的預(yù)應(yīng)力筋；并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行第二批預(yù)應(yīng)力筋的張拉，并按照前面的分析程序?qū)τ嬎憬Y(jié)果進(jìn)行對比分析，確定第二根張拉的預(yù)應(yīng)力筋；然后依次確定預(yù)應(yīng)力筋的張拉次序。圖7是三跨U型連系梁橫截面上10根預(yù)應(yīng)力筋的位置及編號。
4 計算結(jié)果與分析
4.1 變形結(jié)果分析
圖8給出了10根預(yù)應(yīng)力筋同步張拉后的位移圖，由圖8可以看出：最大變形位于邊跨跨中(圖中箭頭標(biāo)注處)，最大位移(撓度)為0.134 mm。
圖9給出了15個施工段下的位移圖，由圖9可以確定最佳的張拉次序。
單從變形來看，不管是同步張拉還是按次序單獨(dú)張拉，最大變形均發(fā)生在邊跨的跨中，邊跨跨中節(jié)點(diǎn)的豎向、縱向變形在單獨(dú)張拉時最大，而同步張拉時較小。橫向變形在同步張拉、單獨(dú)張拉時始終為零。邊跨跨中節(jié)點(diǎn)豎向變形在采用單獨(dú)張拉工序時較大并隨施工階段的變化有較大的波動,混凝土梁體有可能產(chǎn)生比較大的預(yù)應(yīng)力損失，見表1。
表1 跨中節(jié)點(diǎn)在張拉完畢時的變形
4.2 應(yīng)力結(jié)果分析
圖10給出了10根預(yù)應(yīng)力筋同步張拉后的正應(yīng)力圖，由圖10可以看出：最大正應(yīng)力位于中間跨跨中區(qū)域，最大正應(yīng)力為731 MPa。最大拉應(yīng)力位于中間跨跨中區(qū)域，最大拉應(yīng)力為731 MPa；最大壓應(yīng)力為10 704 kPa，出現(xiàn)在邊跨支座處。
圖11給出了單獨(dú)張拉情況下得到的合理張拉次序的應(yīng)力圖。
在單獨(dú)張拉的前提下，通過對不同的張拉次序進(jìn)行模擬分析，確定了比較合理的張拉次序，在合理的張拉次序分析結(jié)果中，單獨(dú)張拉的最大拉應(yīng)力為534 kPa，最大拉應(yīng)力位于中間跨跨中區(qū)域；最大壓應(yīng)力為5 670 kPa，最大壓應(yīng)力位于邊跨支座處。
圖12給出了15個施工段下的正應(yīng)力圖，由圖11可以確定最佳的張拉次序。從圖12我們可以看到，當(dāng)依次張拉梁底板上的預(yù)應(yīng)力筋N1，N2,N3，N4時，正應(yīng)力值越來越大，但是如果同時張拉翼緣上的預(yù)應(yīng)力筋N9時，正應(yīng)力值就會相對減小。因此張拉次序的不同，對梁單元應(yīng)力的變化也有很大的影響。
相比較同步張拉，單獨(dú)張拉完成時的正應(yīng)力比較大，對梁體造成的預(yù)應(yīng)力損失大。所以較合理的張拉順序是同步張拉。
5 結(jié)語
青島藍(lán)色硅谷城際軌道交通工程07標(biāo)的三跨現(xiàn)澆連續(xù)U型梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土，對混凝土的裂縫要求較高[8]。本文利用Midas civil軟件對三跨現(xiàn)澆U型梁施工期間的預(yù)應(yīng)力張拉進(jìn)行了有限元分析，通過分析得到如下結(jié)論：1)張拉次序?qū)ψ冃?、?yīng)力及預(yù)應(yīng)力損失均有較大影響，建議施工過程通過計算分析確定合理的張拉次序。2)預(yù)應(yīng)力在同步張拉時損失最小。
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張 程
(中鐵二十四局集團(tuán)有限公司軌道交通分公司，上海 200071)
1 概述
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三跨現(xiàn)澆連續(xù)U型梁因中支點(diǎn)兩側(cè)為變截面，在施工過程中模板數(shù)量眾多，布置形式復(fù)雜。本文將利用Midas civil結(jié)構(gòu)分析軟件對三跨連續(xù)U型梁在實(shí)際施工中由于張拉次序不同而引起的問題進(jìn)行分析計算。研究在預(yù)應(yīng)力張拉過程中應(yīng)力和變形的情況，為施工控制提供參考。
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3 有限元模型
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3.2 計算工況
在Midas civil計算時，通過荷載組施加鋼束的預(yù)應(yīng)力荷載，通過將荷載組設(shè)置為不同施工階段來實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼束的不同張拉次序[7]。本次主要對以下兩種張拉次序進(jìn)行分析:
1)同步張拉。初張拉：N1-N2-N3-N4-N5-N6-N7-N8-N9-N10多點(diǎn)同步張拉至設(shè)計值；終張拉：N1～N10中10束鋼筋多點(diǎn)同步張拉至控制應(yīng)力。
2)單根張拉。其張拉次序?yàn)椋悍謩e張拉N1,N2,N3,N4,N9，然后對計算結(jié)果(最大正彎矩、最大負(fù)彎矩、最大豎向位移、最大剪力等)進(jìn)行對比分析，依據(jù)計算結(jié)果選擇第一根張拉的預(yù)應(yīng)力筋；并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行第二批預(yù)應(yīng)力筋的張拉，并按照前面的分析程序?qū)τ嬎憬Y(jié)果進(jìn)行對比分析，確定第二根張拉的預(yù)應(yīng)力筋；然后依次確定預(yù)應(yīng)力筋的張拉次序。圖7是三跨U型連系梁橫截面上10根預(yù)應(yīng)力筋的位置及編號。
4 計算結(jié)果與分析
4.1 變形結(jié)果分析
圖8給出了10根預(yù)應(yīng)力筋同步張拉后的位移圖，由圖8可以看出：最大變形位于邊跨跨中(圖中箭頭標(biāo)注處)，最大位移(撓度)為0.134 mm。
圖9給出了15個施工段下的位移圖，由圖9可以確定最佳的張拉次序。
單從變形來看，不管是同步張拉還是按次序單獨(dú)張拉，最大變形均發(fā)生在邊跨的跨中，邊跨跨中節(jié)點(diǎn)的豎向、縱向變形在單獨(dú)張拉時最大，而同步張拉時較小。橫向變形在同步張拉、單獨(dú)張拉時始終為零。邊跨跨中節(jié)點(diǎn)豎向變形在采用單獨(dú)張拉工序時較大并隨施工階段的變化有較大的波動,混凝土梁體有可能產(chǎn)生比較大的預(yù)應(yīng)力損失，見表1。
表1 跨中節(jié)點(diǎn)在張拉完畢時的變形
4.2 應(yīng)力結(jié)果分析
圖10給出了10根預(yù)應(yīng)力筋同步張拉后的正應(yīng)力圖，由圖10可以看出：最大正應(yīng)力位于中間跨跨中區(qū)域，最大正應(yīng)力為731 MPa。最大拉應(yīng)力位于中間跨跨中區(qū)域，最大拉應(yīng)力為731 MPa；最大壓應(yīng)力為10 704 kPa，出現(xiàn)在邊跨支座處。
圖11給出了單獨(dú)張拉情況下得到的合理張拉次序的應(yīng)力圖。
在單獨(dú)張拉的前提下，通過對不同的張拉次序進(jìn)行模擬分析，確定了比較合理的張拉次序，在合理的張拉次序分析結(jié)果中，單獨(dú)張拉的最大拉應(yīng)力為534 kPa，最大拉應(yīng)力位于中間跨跨中區(qū)域；最大壓應(yīng)力為5 670 kPa，最大壓應(yīng)力位于邊跨支座處。
圖12給出了15個施工段下的正應(yīng)力圖，由圖11可以確定最佳的張拉次序。從圖12我們可以看到，當(dāng)依次張拉梁底板上的預(yù)應(yīng)力筋N1，N2,N3，N4時，正應(yīng)力值越來越大，但是如果同時張拉翼緣上的預(yù)應(yīng)力筋N9時，正應(yīng)力值就會相對減小。因此張拉次序的不同，對梁單元應(yīng)力的變化也有很大的影響。
相比較同步張拉，單獨(dú)張拉完成時的正應(yīng)力比較大，對梁體造成的預(yù)應(yīng)力損失大。所以較合理的張拉順序是同步張拉。
5 結(jié)語
青島藍(lán)色硅谷城際軌道交通工程07標(biāo)的三跨現(xiàn)澆連續(xù)U型梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土，對混凝土的裂縫要求較高[8]。本文利用Midas civil軟件對三跨現(xiàn)澆U型梁施工期間的預(yù)應(yīng)力張拉進(jìn)行了有限元分析，通過分析得到如下結(jié)論：1)張拉次序?qū)ψ冃?、?yīng)力及預(yù)應(yīng)力損失均有較大影響，建議施工過程通過計算分析確定合理的張拉次序。2)預(yù)應(yīng)力在同步張拉時損失最小。
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