【word】 普兰店海湾大桥50m梁预拱度设置与施工控制

【word】 普兰店海湾大桥50m梁预拱度设置与施工控制 普兰店海湾大桥50m梁预拱度设置与施工 控制 ? 88?北方交通20l1 普兰店海湾大桥50m粱预拱度 设置与施工控制 刘兆原 (辽宁省高等级公路建设局,沈阳110005) 摘要:详细介绍了普兰店海湾大桥50m梁预拱度设置与施工控制,可为同类工程提供参考. 关键词:海湾大桥;预拱度;预应力损失;梁体施工 中图分类号:U445文献标识码:B文章编 6052(2011)05—0088一o4 号:1673— 沈大高速公路普兰店海湾大桥为一座跨越海湾 的特大桥,上部结构为(5X25+16X50+12X25)Ill_ 先简支后连续结构,其中50mT型梁为预应力混凝 土结构,设计每片梁重量为157t,预制T梁采用50 号混凝土,预应力钢绞线采有高强度,低松弛11 15.24钢绞线,钢绞线孑L道为预埋波纹管,锚具采用 OVM锚,预制T梁按部分预应力混凝土A类构件设 计. 1预拱度计算 1.1构件拱度的组成 预应力受弯构件的拱度是由两部分叠加而成 的,一部分是由外荷载产生的挠度f另一部分是 预应力产生的反拱f2,两者的差值就是受弯构件的 挠度f,即 f=fa一f2(1) 为了保证在外荷载和预应力作用下,梁体既不 上弯也不下凹,就必须使梁体在预制过程中有一个 预拱度f,其值与挠度f大小相等,但方向相反. 根据以往的施工经验,如果预拱度f设置过小, 即f<f,则梁体在外荷载和预应力的作用下将向下 弯起,侵占桥面铺装部分的混凝土厚度,严重的将侵 占路面,造成桥面铺装混凝土厚度或路面的沥青混 凝土厚度不足,危及行车安全;反之,如果预拱度设 置过大,即f>f,则梁体在外荷载和预应力的作用 下不能完全被拉平,即梁体向下凹,这将改变梁体的 受力状态,轻则增加桥面铺装厚度,重则造成梁的报 废. 1.2预拱度计算 (1)计算模型 因为主要计算的是梁体在预制,吊运,存放阶段 的拱度变化,故梁体所受外荷载为梁体自重.假定 梁体为等截面,截面尺寸如图1所示,梁体全截面共 配备钢绞线55根,分5个孔道,每个孔道钢绞线的 根数均为11根,钢绞线直径;=15.24mm,公称截 面积140mm,弹性模量E.=1.95×10”Pa, 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 强 度R=1860MPa,张拉控制应力盯…=0.737R= 1370MPa,混凝土标号为C50,弹性模量E=3.45× 10mPa,张拉时混凝土的立方体抗压强度fc= 50MPa(并保龄期在14d以上),梁体自重q=3×10 N/m,计算跨度I=49m. l 1中柒B—B断面 (2)截面几何特征 钢绞线重心至截面下边缘的距离: y: 』:0.18m 33 换算截面重心至截面下边缘的距离: l2 第5期刘兆原:普兰店海湾大桥50m梁预拱度设置与施工控制?89? :::1.592mYo丽 换算截面惯性矩: 10=?AiYi+?Ii=0.59905+0.19085 =0.7899m 净截面重心至截面下边缘的距离: Y=1.634m 净截面惯性矩: I=0.7344m (3)由外荷载产生的挠度f 挠度f可按一般材料力学的公式计算,即: =? (2) 式中:Bs一荷载作用下构件的刚度,由于梁体的 使用阶段不允许出现裂缝,故Bs=0.85E.J0,其中, E为混凝土的弹性模量,I.为梁体换算截面惯性矩, 0.85为刚度折减系数; M一跨中弯矩. 求得=5? :9.72×l0,m:9.72cm (4)由预应力产生的反拱f 梁体施加预应力后,预应力在梁体中产生偏心 预压力,梁体因此产生反拱f,在本例中,梁体内钢 束的布置为两段直线l,l夹一段半径为226m圆曲 线,钢束布置可近似为两段直线. 根据结构力学公式,跨中截面反拱为: (2l1l2捌)寺 (3) 式中:N一扣除预应力损失后预应力筋在跨中 截面的总拉力; e一跨中截面构件合力点至净面重点轴的偏 心距,在本例中e=1.468m; N.一扣除应力损失后预应力筋在端截面的总 拉力; e.一端截面构件合力点至净截面重心轴的偏 心距,在本例中e=0.183m; l,l,1一钢绞线各段的长度,在本例中,l= 11.239m,l2=13.545m,1=49.568m. 梁体施加预应力后,在存放和使用过程中,预压 区混凝土由于受到预应力的长期作用,混凝土的徐 变变形使梁的反拱值增大,故《混凝土结构设计规 范》(GBlO—89)中规定该段的反拱值按刚度EI.求 得的反拱值乘以增大系数2.0,此次计算未计人二 期恒载影响,故增大系数按1.5考虑,即: (2l611+3122)一(4) 式(4)中的N.为扣除预应力损失后预应力筋在 计算截面的总拉力,故应先计算出预应力损失. 1.3预应力损失的主要形式 (1)锚具变形和钢绞线内缩引起的预应力损失 0|?0”conl,(+k)(1一)(5) cf 式中:If一反向摩擦影响长度(m),按下式计算 (6) 其中:仅—锚具变形和钢绞线内缩值(mm),取 仅=6(按施工图纸); E一钢绞线弹性模量,取E=1.95×105MPa; re一预应力钢绞线的曲率半径,取= 226000mm; k一考虑孔道每米长度局部偏差对摩擦影响的 系数,取k=0.0015; x一从张拉端至计算截面的孔道长度,取X= 24.784m; 一 预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数,:0.25. 求得=4.0MPa(跨中截面)及98MPa(端截 面). (2)预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应 力损失仃: 1 仃=盯..(1一)(7) C 式中:仃..一张拉控制应力,盯.=1370MPa; 0一从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的 夹角(以弧度计),取0=0,02=0.0012218,03=0; x一从张拉端至计算截面的孔道长度,取x=1. 378m,2=19.721In,x3=3.684m; k一同式(5). 分段计算后得=76MPa. (3)钢绞线应力松驰引起预应力损失盯 盯l4=(0.36一0.18)盯..(8) nv 式中:一超张拉系数,=0.9; R一钢绞线标准强度值. 求得盯14=105MPa. ? 90?北方交通2011 (4)混凝土收缩和徐变引起预应力纲绞线的应 力损失IT15 25+22o× ITl5=—T(9)ts—丁, 式中:盯.一受压区预应力钢绞线的合力点处混 凝土的法向应力; flCU 一 施加预应力时混凝土立方体抗压强度,取 f,. =50MPa; p一受压区预应力筋与非预应力筋的配筋,p= 一 Ap+ — A — s :0.011626. A 钢绞线合力点处混凝土的法向压应力IT..由两 部分组成,第一部分为钢绞线张拉控制应力…,扣 除混凝土预压前的第一批应力损失13”.,后在合 力点处产生的压应力;第二部分为梁体自重产生的 弯矩在钢绞线合力点处产生的拉应力,因为施加预 应力后,预应力使梁产生一部分反拱,使梁跨中底部 离开台座而悬空,由于具体悬空长度很难量测,根据 以往施工经验,取悬空长度l:25m. 第一部分压应力: (IT..一ITll—ITl2)Apep2 I + (10) 式中:A一混凝土净截面积及非预应力钢筋换 算截面积之和,A=0.8919m; I一净截面惯性矩,I=0.7344m; e一合力点至净截面重心轴的偏心距,e;= 1.468m. 求得盯.l=40.2MPa. 第二部分拉应力: ITPC2:~ M --ep2(11)=l上 1n 式中:M一梁体悬空部分的自重在跨中产生的 弯矩,M=2.343×106N?m. 求得ITs2=4.68MPa;p.2.仃p.1一盯pc2= 35.52MPa. 代人式(9)中,求得盯=154.4MPa. 根据规定,当构件截面中配置的非预应力钢筋 截面积A小于0.4A.时,可不考虑非预应力钢筋由 于混凝土的收缩,徐变引起的内力.在本例中,非预 应力筋A=26.7cm小于预应力筋A.=77cm的 0.4倍,故在以上的计算中不考虑非预应力筋由于 混凝土的收缩和徐变引起的内力. (5)总预应力损失盯. 13”l=盯l】+叮12+14+叮15=4.0+76+105+ 154.4=339.4MPa. 由预应力产生的反拱f2: 端截面的总拉力:N=(..一IJ”1)A=(1370 — 98)X10x0.0077=5.34×10N; 跨中截面的总拉力:Np2=(盯.一仃)A= (1370—339.4)X10×0.0077=7.94×10N. 代人式(4)中求得f2=16.5cm. 1.4总挠度f 由式(1)得f=fI一f2=9.72—16.5= 一 6.78em. 2预拱度在施工中的应用 2.1预制梁台座设计 为了保证梁体在施工和使用阶段不上拱也不下 凹,在预制过程中要预先将台座顶面施工成下挠曲 线,如果曲线设置得当则梁体在自重和外荷载作用 下经过一段时间的变形,梁体将即不上拱也不下凹. 考虑到每个台座的循环次数较多,施加预应力 后台座两端受力下压,有部分变形不易恢复,故决定 在施工中台座预拱度按7cm控制,下挠曲线形式为 二次抛物线,抛物线方程为Y=0.0112x一7(式中x 坐标长度单位为In,Y坐标长度单位为cm). 2.2施工观测 由于设计上梁型较多,而实际施工中各种梁型 都是按一种预拱度进行控制的,为了使观测结果更 具有代表性,我们选取了边跨梁2片,中跨梁4片共 6片梁进行观测,观测时间分别为存梁的第ld,第 10d,第30d,第60d,第90d,第120d,第180d共7个 时间点进行观测,观测数据如表1,表2. 表1边跨梁观测结果 第5期刘兆原:普兰店海湾大桥50m梁预拱度设置与施工控制?91? 2.3数据分析 2.3.1观测数据的特点 从实际观测结果看,梁体预拱度变化有以下特 点: (1)经过180d的存梁期后,大部分梁体的挠度 变形仍未结束,仍有部分预拱度要在使用阶段完成. (2)梁体随时间增加而预拱度减小,但预拱度 变化与时间并不成线性关系,而是在施加预应力初 期,预拱度变化较快,随梁体混凝土龄期的延长,预 拱度变化越来越慢. (3)边跨梁的预拱度变化要比同条件下中跨梁 要大.一般情况下,在梁体施加完预应力后,边跨梁 的预拱度要减少3cm左右,而中跨梁的预拱度减小 2cm左右,在经过相同的存梁期后,边跨梁的剩余预 拱度值要小于中跨梁. (4)同为边跨梁或同为中跨梁,其施加完预应 力后梁体的预拱度值及经过相同存梁时间后剩余的 预拱度值均各不相同. 2.3.2原因分析 (1)梁体预拱度变化除与梁体自重,施加预应 力大小有关外,还与混凝土的收缩徐变,张拉时梁体 的混凝土强度,养护和加载时间以及存放过程中外 界的环境条件等有关,其中施加预应力大小是边跨 梁与中跨梁预拱度变化相差较大的主要原因,因为 边跨梁与中跨梁自重相差很小,但钢绞线的配置相 差较大,边跨梁要比中跨梁多配置3—5根钢绞线, 控制张拉力相差585.9,976.5kN. (2)不同的台座或同一台座预制不同的梁时, 其下挠曲线与设计并不完全相同,这就是造成同为 一 种梁型,施加相同的预应力后,经过相同的时间剩 余的预拱度各不相同的主要原因. 3施工注意事项 (1)施工中应经常测量底模的下挠曲线,最好 在每片梁出模后立即测量,重点检查台座两端部分, 如果预拱度误差超过?0.5cm,应立即进行调整. (2)存梁场的存梁台座应距梁端0.6m左右,梁 底其它部分不得接触地面或有其它物品支撑,使梁 体的受力状态接近于使用阶段和计算模型. (3)施加预应力时一定要保证梁体混凝土强度 达到设计强度的100%,避免混凝土强度过高或过 低. CamberSettingandConstructionControlofthe50mBeamofPulandianBay Bridge AbstractCamberstettingandconstructioncontrolofthe50mbeamofPulandi anBayBridgeisintroducedin detail,whichcouldprovideareferenceforsimilarprojects. KeywordsBayBridge;Camber;Pre—stressloss;Beambodyconstruction