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文章首先分析了预应力混凝土连续刚构桥合龙技术问题,然后分别分析了预应力混凝土连续刚构桥的长期挠度问题和底板开裂问题,并探讨了防治措施。
关键词:连续钢构桥;合龙;挠度;底板开裂;预应力混凝土文章编号:1009-2374 #8197;(2010)27-0176-02
0引言
近年来,随着我国桥梁建设事业的不断发展,桥梁设计和施工技术取得了巨大的进步,连续刚构以其经济合理、施工方便以及结构优越等特点,在我国大中型桥梁建设中得到了广泛的应用。但随着长期荷载及自然条件的作用,设计和施工中的问题也在逐步暴露,如后期下挠和底板开裂就是预应力混凝土连续刚构桥中较为常见的质量问题。下面将简要探讨预应力混凝土连续刚构桥中的几个关键技术。
1预应力混凝土连续刚构桥合龙技术问题
连续刚构施工中合龙是施工中的关键环节,它表明整个桥梁的形成,合龙的工艺复杂,工序繁多,施工难度大,下面将对连续刚构的合龙关键技术进行探讨。
1.1连续刚构合龙方式
连续刚构不同的合龙顺序会使结构恒载内力产生差异,由徐变引起的内力重分布也不相同,主要根据结构内力合理、施工组织安排及施工方法等合理选择合龙段施工顺序。一般的合龙方式有以下几种:
1.1.1边跨至中跨的依顺序合龙即先对各个墩上的梁段进行悬臂施工,形成单T结构,再按边跨至中跨的顺序依次合龙。
1.1.2先形成双悬臂刚构再顺序合龙即先对每个单T结构进行施工,再使相邻的中间两个T构合龙形成双悬臂体系,依次对相邻地两个单T合龙,最后从边跨依次进行全桥双悬臂体系间的合龙。
1.1.3先边跨合龙后中间合龙在完成下部结构施工后,先对两边跨进行合龙,形成单悬臂体系,再进行中间墩梁段的合龙,最后完成全桥一次性合龙。
1.2连续刚构合龙锁定
连续刚构合龙锁定方式、时间都很关键,合龙段一般设置劲型钢骨架预先锁定合龙,它具有强大的抗拉压能力,可在合龙段混凝土未达到强度前,如浇注、养护时期内,承担合龙段混凝土的受力和变形,防止产生裂缝,保证合龙段混凝土的质量和受力安全。劲型钢骨架的设置通常有箱梁外刚性支撑骨架和箱梁外刚性支撑骨架这两种方式。前者是将劲型钢骨架埋置于箱梁混凝土内,不易受到腐蚀,不影响桥梁的外观,但倒角部位的钢筋放置很不方便,焊接操作空间狭小,工作困难,箱梁现浇混凝土震捣也比较麻烦;后者是将劲型钢骨架埋置于箱梁混凝土外,容易被腐蚀破坏并影响桥梁视觉效果,但这种方式施工方便,钢筋的放置、骨架的焊接、混凝土的震捣都易于操作。
此外,工程上常在合龙段设置临时预应力束来抵抗降温时产生的应力拉力。合龙时应掌握气温预报情况,分析气温与梁温的相互关系,尽可能地选择日气温较低,温度变化幅度较小时进行合龙锁定施工,并且合龙口的锁定应迅速、对称地进行。
1.3连续刚构合龙配重
连续刚构悬臂施工合龙中的配重设置也很重要,它可有效调整梁体内力和变形。合理地合龙配重主要作用有:浇注混凝土过程保持合龙段两端不发生相对位移;可适当调整合龙段两端的标高;调整不平衡弯矩;调整成桥后的收缩徐变等方面。
2连续刚构长期挠度问题
2.1长期挠度成因分析
大跨梁桥跨中下挠问题是一门十分复杂的学问,国内工程界对这一问题进行过大量地研究,但至今成效甚微,它影响了桥面的平整度和结构的耐久性。挠度产生的原因可概括为以下几点:
(1)混凝土的徐变收缩。施工合龙前,结构体系内存在不平衡弯矩,在截面产生转角,合龙后,混凝土材料本身存在的徐变沿着转角继续产生挠度。当混凝土的收缩受到约束时容易产生裂缝,使得挠度变形进一步增大。混凝土收缩徐变主要受水泥品种、水灰比、水泥用量、含水量、骨料、养护条件、构件尺寸、外加剂、工作环境的温度和湿度等非荷载因素的影响。
(2)预应力损失。由于施工的原因,预应力的损失是难免的,如预应力孔道中有大量的积水,预应力束容易发生锈蚀,从而降低了钢束有效应力;施工过程压浆不饱满,存在着空隙;预应力管道的不平顺、管道摩阻偏大使得预应力损失与理论计算存在较大的差异,这会直接或间接导致主梁的下挠。
(3)运营期活载超限。目前公路交通量明显加大,超载现象也较为严重,而且大多数大型桥梁实际荷载远远超过设计荷载,这也是引起桥梁结构挠度的主要因素之一。
(4)跨中箱梁刚度降低。当梁体出现开裂和裂缝,会降低结构刚度,还有的将箱梁底板设计成从根部到跨中呈抛物线型,以便减少自重弯矩,增加承载力,但这样会削弱跨中梁的惯性矩,造成抗弯刚度不足,从而产生下挠。www.tmgc8.com
2.2挠度问题的防治方法
(1) “零弯矩”法减少徐变挠度。“零弯矩”主要是用预应力抵抗箱梁自重弯矩,以消除结构的不平衡内力,使各个截面预留弯矩为零,消除了各阶段的挠度和初始转角,在预应力和恒载作用下混凝土结构始终处于轴向受压状态,混凝土的徐变只会沿轴向发生,弯曲下挠即可避免,这样就可达到控制长期挠度的目的。通常大跨度桥梁最主要的荷载是恒载,它是使结构产生长期挠度的主要方面,恒载弯矩占到总弯矩的80%以上。而恒载又是经过这四个阶段形成的:双双臂施工、连续合龙、桥面铺装和运营阶段,所以大跨度桥梁不应该按成桥状态一次到位设计预应力,而是要分不同的阶段来设计预应力来满足 “零弯矩”的要求。
(2)增大箱梁刚度法。前面已经介绍了大跨度连续刚构桥跨中箱梁刚度的削弱是下挠的另一个重要因素。保证箱梁弹性模量和一定的跨中梁高,可有效增大箱梁抗弯刚度,并使后期挠度值将会急剧减少。此外,跨中部分梁高采用直线型而非抛物线型,也有利于加大刚度,减少挠度。
3预应力混凝土连续刚构底板开裂问题
3.1连续刚构桥底板开裂原因分析
前面已经分析目前许多连续刚构桥的设计成按一定次方的抛物线变化,底板预应力钢束也会形成曲线,在两端受到张拉力时便有向弧心伸直的趋势,便对箱梁底部产生近似均布压力。主要是由包围在钢束周围的普通钢筋和箍筋组成的钢筋网来阻挡箱梁底部预应力钢束伸直的,箍筋能够将径向力传递给上下层钢筋网,防止底板开裂。若底板设计箍筋太少,径向力超过箍筋受拉限值时便会直接作用到底板混凝土上,容易拉裂底板从而导致底板的崩裂。此外,底板截面尺寸不足,没有布置横向预应力束,没有设置平衡箍筋或箍筋设计不足,都可能导致底板开裂。
施工中由于施工误差导致的合龙段两侧高差,导致改变预应力束在空间走向,在两端张拉力的作用下就会对底板产生集中力,也易形成裂缝。
3.2连续刚构底板开裂防治措施
(1)体外直线束代替底板弯曲束。沿着底板布置的合龙预应力束,主要是为了抵抗由于体系转换、二期恒载、汽车载荷等造成的跨中正弯矩,笔者设想用体外直线束代替,通过在各个块件设置横隔板锚固,布置在截面中性轴的下方,这样就可解决因张拉预应力束引起的底板开裂问题。
(2)施工中避免出现的问题。施工中应严格、精确控制预应力导管的定位,避免悬桥梁合龙时存在合龙高差的出现,并严格保证底板混凝土的浇注厚度和质量,适当增加上下层箍筋和钩筋,以提高底板承载能力和抗裂缝能力。
4结语
挠度问题和裂缝问题是当今预应力混凝土连续刚构桥中亟待解决的两大难题,需要广大桥梁工作者勇于探索,大胆创新,不断学习和借鉴国外的先进技术,努力提高我国道桥的设计和施工技术水平。
参考文献
[1] 郑尚敏.预应力混凝土连续刚构桥施工监控分析[J].四川建筑,2010,(1).
[2] 李强.预应力混凝土连续刚构桥的发展及存在的问题 [J].交通标准化,2009,(19).
[3] 马保林.高墩大跨连续刚构桥[M].北京:人民交通出版社,2001.
作者简介:童方青(1976-),男,湖北南漳人,中天路桥有限公司工程师,研究方向:桥梁建设;郭静(1978-),女,湖北襄樊人,湖北通畅工程监理有限公司工程师,研究方向:试验检测。
