后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁張拉時(shí)的側(cè)彎分析

后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁張拉時(shí)的側(cè)彎分析

張法預(yù)測混凝土支架的設(shè)計(jì)橫向剛性大于橫向剛度的10倍，因此梁的橫向穩(wěn)定性相對較差。因此,在上部結(jié)構(gòu)的安裝中,梁與梁之間以橫隔板相聯(lián)結(jié)以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。但在梁的制作和吊運(yùn)過程中,由于沒有橫向約束,梁體處于不利的受力狀態(tài),張拉時(shí)很容易產(chǎn)生側(cè)彎現(xiàn)象,影響制梁質(zhì)量和施工進(jìn)度。本文結(jié)合京珠高速公路的橋梁施工實(shí)例,以湖南段某大橋30mⅠ字梁為例,分析其產(chǎn)生側(cè)彎的原因,以期施工時(shí)加以控制。1梁的基本數(shù)據(jù)和截面特征1.1預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)絲網(wǎng)預(yù)應(yīng)力大絲束預(yù)應(yīng)力鋼束張拉京珠高速公路湖南段某大橋30mⅠ字梁設(shè)計(jì)長度為29.93m,張拉時(shí)梁長為29.70m,梁高為1.75m,上下翼緣寬均為0.54m,腹板寬為18cm,梁質(zhì)量43.3t,混凝土等級為C50,彈性模量Eh=3.5×104MPa,每片梁中設(shè)有10束預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲,每束采用24ue001φ5Smm,面積為A=4.712cm2,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Rbyyb=1600MPa,彈性模量Eg=2.0×105MPa,張拉時(shí),錨下控制應(yīng)力σk=0.75Rbyyb=1200MPa,每束鋼絲控制張拉力Ny=1200×4.712×102=565.44kN1.2心軸到梁邊緣距離梁跨中截面尺寸見圖1所示。經(jīng)計(jì)算,30mⅠ字梁截面重心軸到梁邊緣的距離a=96cm,繞弱軸(y-y軸)方向慣性矩Iy=704688cm4,繞強(qiáng)軸(x-x軸)方向慣性矩Ix=10856205cm4。2原因分析2.1梁的側(cè)撓曲方程假定10束鋼絲由于安裝偏差均向一側(cè)偏離,偏離其形心軸距離為e,故在預(yù)加應(yīng)力作用下,對y軸產(chǎn)生附加偏心彎矩,根據(jù)材料力學(xué)中梁的撓曲線近似微分方程得:f″=-M(x)/EI(1)為簡化分析,假定Ⅰ字梁為等截面的直梁,其EI值為一常量,經(jīng)二次積分得:EIf=-∫[∫M(x)dx]dx+C1x+C2(2)假定彎矩M(x)在梁長范圍內(nèi)為一定值M,對式(2)積分得:EIf=-∫x00x[∫x00xMdx]dx+C1x+C2=-(Mx2/2+C1x+C2)即f=?1EI(12Mx2+C1x+C2)f=-1EΙ(12Μx2+C1x+C2)根據(jù)邊界條件:x=0時(shí),f=0;x=L時(shí),f=0,求得積分常數(shù):C1=-ML/2,C2=0,代入式(3)得:f=MEI(Lx?x2)(4)f=ΜEΙ(Lx-x2)(4)此即為梁的側(cè)撓曲方程,當(dāng)x=L/2時(shí),跨中截面最大側(cè)撓曲值為:fmax=ML2/8EI(5)式中:EI為梁體剛度,規(guī)范值為:EI=0.85EhIh;M為由于鋼絲束的整體安裝偏差引起的張拉附加彎矩,M=10Ny·e;L為張拉時(shí)梁的長度。將上述值代入式(5)得:fmax=10Ny?e?L28×0.85EhIy=1.47NyL2EhIye=2.973efmax=10Νy?e?L28×0.85EhΙy=1.47ΝyL2EhΙye=2.973e,即預(yù)應(yīng)力鋼絲整體安裝每產(chǎn)生1cm的偏差,梁體將發(fā)生近3cm的側(cè)向彎曲,這是一個(gè)不容忽視的數(shù)字。2.2x-x軸方向慣性矩經(jīng)計(jì)算,30mⅠ梁繞弱軸(y-y軸)方向慣性矩Iy=704688cm4,繞強(qiáng)軸(x-x軸)方向慣性矩Ix=10856205cm4,即平面內(nèi)縱向剛度與橫向剛度之比EIx∶EIy=15.4∶1。30mⅠ梁的橫向剛度相對比較小,在預(yù)制安裝施工階段由于無橫向約束,當(dāng)荷載到達(dá)一定的臨界值(大大低于梁的平面內(nèi)承載力),極易產(chǎn)生梁的側(cè)向彎曲并扭轉(zhuǎn)。2.3鋼束附加偏心矩計(jì)算由于種種原因,實(shí)際張拉時(shí),不可能同時(shí)張拉各對稱鋼束。因此在實(shí)際張拉過程中只能是先后張拉,先拉最左邊的鋼束,使大梁在瞬時(shí)獲得了一個(gè)附加偏心矩M,其大小由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理中的公式計(jì)算得:M=Nye=565.44×18/100=101.78kN·m。M作用下,梁會(huì)產(chǎn)生側(cè)向彎曲變形,即產(chǎn)生側(cè)向撓度f,由撓度計(jì)算公式得:f=4cm。2.4不同混凝土強(qiáng)度下側(cè)彎值的變化規(guī)律觀察發(fā)現(xiàn):混凝土強(qiáng)度不足時(shí),張拉時(shí)混凝土的非彈性變形大,側(cè)彎值大,混凝土強(qiáng)度越高,側(cè)彎越小,某大橋30mⅠ字梁隨混凝土強(qiáng)度的變化,側(cè)彎值的變化數(shù)據(jù)見表1。3混凝土澆筑張拉和壓拉在多座橋梁的施工中,采取下述措施,梁的側(cè)彎問題解決較好,保證了工程質(zhì)量:①提高模板的加工精度,嚴(yán)格檢查尺寸、平整度,使平面形狀符合規(guī)范要求;嚴(yán)格控制定位網(wǎng)的加工、制作和安裝,對誤差較大,尺寸不準(zhǔn)等不合格的定位網(wǎng)堅(jiān)決不讓使用;制孔膠管穿入后要反復(fù)檢查、校正其縱、橫坐標(biāo)位置,尤其注意其橫向位置,確保不移位;在混凝土澆注過程中,避免插入式振搗器對制孔膠管及鋼筋的橫向擾動(dòng),并隨時(shí)檢查,校正其位置;②梁體強(qiáng)度到達(dá)設(shè)計(jì)要求后,立即張拉,張拉后按規(guī)范要求壓漿和安裝,防止梁體因橫向剛度較小,張拉后長時(shí)間放置而產(chǎn)生側(cè)彎;③改進(jìn)施工張拉工藝,采用“分級循環(huán)張拉法”,對各對稱鋼束進(jìn)行張拉施工。具體方法為:在張拉各對稱鋼束時(shí)不一次張拉到位,而是分多次進(jìn)行循環(huán)張拉,即先將左邊束拉到Ny/4后,再將右邊束拉到Ny/4,依次循環(huán)進(jìn)行,直至拉到設(shè)計(jì)要求的應(yīng)力為止。這樣就把偏心力大大的減