大跨徑橋梁長(zhǎng)期撓度成因及控制措施
2017-08-21
預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋由于施工簡(jiǎn)便、跨越能力強(qiáng)、造價(jià)經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)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(jìng)爭(zhēng)力。早期建成的大跨度預(yù)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(guó)內(nèi)外橋梁建設(shè)者進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)時(shí)的主要問(wèn)題。
1 徐變對(duì)箱梁跨中撓度的分析及預(yù)防措施
1.1 徐變對(duì)撓度的影響
在長(zhǎng)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(yù)應(yīng)力引起的。引起橋梁長(zhǎng)期徐變的荷載主要有:恒載和周期荷載。鋼絞線引起的預(yù)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?wèn)題,可以配置適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力鋼筋來(lái)預(yù)防?；炷恋氖湛s徐變是一個(gè)十分復(fù)雜的非線性問(wèn)題。關(guān)于影響收縮、徐變的因素及結(jié)果本身都是隨機(jī)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(lái)越輕型化,板件越來(lái)越薄,鋼筋越來(lái)越多,混凝土強(qiáng)度等級(jí)越來(lái)越高,使徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響越來(lái)越大。
1.2 減小徐變對(duì)跨中下?lián)嫌绊懙拇胧?br />
華裔美國(guó)工程專家林同炎教授提出的荷載平衡概念,用預(yù)應(yīng)力自己產(chǎn)生的彎矩來(lái)平衡自重產(chǎn)生的彎矩,這樣在預(yù)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(zhǎng)期收縮徐變作用下,會(huì)發(fā)生軸向縮短,不會(huì)發(fā)生彎曲。在理論上,設(shè)計(jì)時(shí)只要保證結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力、自重作用下每個(gè)斷截面彎矩為零,建造時(shí)就可以不考慮預(yù)拋高,有利于施工控制。設(shè)計(jì)時(shí)盡量使全截面中心受壓,上下緣應(yīng)力相等,截面無(wú)轉(zhuǎn)角,梁體無(wú)徐變撓度,同時(shí)應(yīng)考慮混凝土收縮徐變引起的撓度,通常預(yù)拱度值應(yīng)取L/1000～L/1500。施工時(shí)在工期允許的情況下,要求縱向預(yù)應(yīng)力的張拉齡期大于5d。
2 預(yù)應(yīng)力損失對(duì)下?lián)系挠绊懠邦A(yù)防措施
2.1 預(yù)應(yīng)力損失對(duì)下?lián)系睦碚摲治?br />
預(yù)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(yù)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(yù)應(yīng)力的損失,預(yù)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。混凝土收縮徐變引起的損失和預(yù)應(yīng)力鋼筋松弛損失隨著時(shí)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(yù)應(yīng)力松弛損失;另一方面預(yù)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(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算精度,使得預(yù)應(yīng)力損失的實(shí)際值與理論計(jì)算值有較大差別。
2．2 造成預(yù)應(yīng)力損失的因素分析及預(yù)防措施
2．2．1 灌漿質(zhì)量造成的損失
一些橋梁預(yù)留孔道的壓漿不夠飽滿,不僅影響了預(yù)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(guò)長(zhǎng)期的作用會(huì)發(fā)生銹蝕,會(huì)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(huì)引起梁體下?lián)?而且有使得構(gòu)件抗力不足造成箱梁開(kāi)裂的可能。目前的對(duì)預(yù)防預(yù)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(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束的預(yù)應(yīng)力損失及預(yù)防措施
連續(xù)剛構(gòu)跨度的不斷增加,長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束的應(yīng)用也很普及。造成長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束的預(yù)應(yīng)力損失的主要原因有多方面,如下。
(1)混凝土振搗時(shí),振搗棒擠碰波紋管,工人施工時(shí)波紋管拼接定位不準(zhǔn)確,都會(huì)導(dǎo)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(huì)使?jié)仓艜r(shí)漏漿,使孔道內(nèi)壁粗糙,損失就變大。
(3)隨著預(yù)應(yīng)力索長(zhǎng)的增大,預(yù)應(yīng)力鋼筋束和穿鋼筋束時(shí)相互纏繞的概率增大,損失就增大。
在施工過(guò)程中,可以采取某些措施來(lái)減小長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束的預(yù)應(yīng)力損失:計(jì)算時(shí)選擇準(zhǔn)確的管道參數(shù),施工張拉時(shí)嚴(yán)格控制并采取有效措施降低預(yù)應(yīng)力的損失,從而確?？v向預(yù)應(yīng)力的有效性,施工中預(yù)應(yīng)力管道的定位應(yīng)該力求正確。要求在布置波紋管時(shí)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(yù)應(yīng)力布筋方式探討
一般的跨中區(qū)段下部預(yù)應(yīng)力鋼筋采用下彎布筋的方式值得考慮,預(yù)應(yīng)力鋼筋本身會(huì)產(chǎn)生向下的力,跨中彎曲下?lián)?預(yù)應(yīng)力鋼筋是否會(huì)被拉長(zhǎng),目前還未見(jiàn)到相關(guān)的研究成果。箱梁跨中彎曲下?lián)虾?預(yù)應(yīng)力鋼筋在下?lián)系哪硞€(gè)范圍內(nèi)有可能會(huì)使鋼鉸線的長(zhǎng)度縮短,從而促使跨中下?lián)稀?br />
3 裂縫對(duì)撓度的影響
3.1 跨中橫向裂縫對(duì)撓度的影響
目前研究院對(duì)大跨徑連續(xù)梁橋普遍出現(xiàn)的開(kāi)裂和持續(xù)下?lián)蠁?wèn)題進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn):成橋后結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期變形與目前的理論判斷不符,背景橋跨中下?lián)馅厔?shì)尚未收斂,呈現(xiàn)出“快速—緩和—加速”的特點(diǎn)。墩頂附近腹板斜裂縫相對(duì)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(duì)支點(diǎn)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(jìn)一步開(kāi)展,橋梁撓度也會(huì)繼續(xù)增大。由于長(zhǎng)期撓度與裂縫之間有緊密聯(lián)系,而混凝土橋梁的開(kāi)裂問(wèn)題又很難避免,因此對(duì)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋長(zhǎng)期撓度進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí),在考慮徐變、收縮等時(shí)變因素的同時(shí),還應(yīng)考慮到長(zhǎng)期撓度與裂縫開(kāi)展交互作用的影響。
3.2 腹板斜裂縫對(duì)撓度的影響
箱梁是薄壁構(gòu)件,梁體出現(xiàn)斜裂縫會(huì)降低薄壁箱梁的抗剪剛度,剪切變形對(duì)梁體撓度的影響增大。梁體腹板出現(xiàn)斜裂縫后從兩個(gè)方面影響梁體跨中下?lián)?一方面是會(huì)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(yǔ)
(1)混凝土徐變對(duì)跨中下?lián)系挠绊懞涂鐝經(jīng)]有直接關(guān)系,可以通過(guò)計(jì)算配置合理的預(yù)應(yīng)力鋼筋來(lái)減小后期撓度?？稍谑┕み^(guò)程中可利用恒載零彎矩法減小徐變對(duì)撓度的影響。為減小徐變對(duì)箱梁產(chǎn)生的軸向的縮短的因素,可采用合攏段施工時(shí)預(yù)留一定的偏位或合攏段使用膨脹砼澆注的辦法。
(2)預(yù)應(yīng)力損失產(chǎn)生下?lián)系臋C(jī)理說(shuō)明,在施工階段的控制關(guān)鍵工序來(lái)減少成橋之后的預(yù)應(yīng)力損失。
(3)箱梁的開(kāi)裂從兩個(gè)方面來(lái)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(kāi)裂的部位幾何變形引起的梁體跨中下?lián)?。根?jù)以上各個(gè)方面的分析,我們可以得出成橋后運(yùn)營(yíng)階段出現(xiàn)的裂縫對(duì)跨中下?lián)系挠绊懯呛艽蟮谋仨毧刂啤?br />
參考文獻(xiàn)
[1] 詹建輝,陳卉.特大跨度連續(xù)剛構(gòu)主梁下?lián)霞傲芽p原因分析[J].中外公路,2005,25(1):56～58.
[2] 曾愛(ài).假載法進(jìn)行預(yù)拱度設(shè)置的方法[J].山西科技,2010(6).
