預應力混凝土箱梁橋溫度效應研究和裂縫防治措施

2021-08-21 18:05:15 字數 4276 閱讀 4634

(1)預應力混凝土連續箱梁主要結構性裂縫均分布於距支座l/《l-跨度)附近的腹板上,約呈45。分析認為出現這種裂縫主要是由於箱梁支座附近剪應力過大,腹板抗剪強度不足,以及主拉應力方向安全儲備考慮不充分等因素所致。(2)箱梁頂底板的縱向裂縫和橫向裂縫。

分析認為這種裂縫主要是由於梁彎曲應力和板區域性應力估計不足而產生。

3.設計計算理論的改進

(l)目前預應力混凝土連續箱梁橋計算軟體多數按平面杆系單元編制,也有按梁格理論考慮空間計算,但它們均不能完全反映預應力混凝土連續箱梁橋結構受力特性,因此有必要按梁段單元編制空間分析程式,充分考慮箱梁畸變、剪滯、板區域性彎曲、混凝土收縮徐變及溫度作用,計算分析預應力混凝土連續箱梁橋極限承載力和正常使用極限狀態。

例如:,但按梁段單元進行空間分析校核時,發現其裂縫處主拉應力或正應力超過了規範允許值。

運用ansys國際標準通用有限元分析軟體對省內高速公路某預應力連續箱梁大橋做了分析,並對平面與空間有限元分析的結果進行了比較,結果明顯大於平面分析結果,並且平面分析的第一主應力均為絕對值較小的壓應力,而空間分析結果均為拉應力。可見,雖然按平面分析時的計算結果都為壓應力,均滿足規範要求,但按空間分析得到的結果都為拉應力,且絕大部分的拉應力值超過了規範容許值.

(2)應進一步深人理解高強度混凝土的力學特性,設計時必須控制好材料的拉應力和壓應力。例如:對比國外橋規,我國現行橋規混凝土拉應力和壓應力取值均存在不同程度的偏高口,混凝土主拉應力取值偏高約2倍,混凝土壓應力取值偏高約5一20%,且活荷載取值偏低約25一30%。

因此按現行橋規設計橋梁時建議適當降低混凝土使用應力和提高安全係數為妥。

(3)對混凝土的溫度應力要有正確的認識,在現行橋規不盡合理的情況下,設計人員進行溫度應力分析時,可以借鑑國外橋規相關規定及鐵道部關於箱梁橋溫度分布測試研究得出的溫度梯度模式。

(4)進行預應力混凝土連續箱梁橋設計計算時,除考慮溫度應力外,還應考慮混凝土徐變與收縮應力、支座沉降、荷載衝擊係數和荷載應力。

(5)理論計算模型與實際結構總是存在著一定的「差異」,由此導致計算結果與結構的實際應力的誤差,因此,在具體進行預應力連續箱梁橋設計時,要求結構各截面的應力應具有一定的安全儲備。

4.設計構造的建議由於現行《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規範》(jtj023一85)的許多內容明顯滯後於當前的工程實踐,有些條款實際是基於簡支梁橋制定的,因此難以及時指導迅速發展的工程實踐。鑑於這種情況,預應力混凝土簡支箱梁橋的設計構造除應認真研究利用現行公路橋梁設計規範外,還應該結合設計經驗和教訓,積極借鑑鋼析梁和箱梁裂縫加固比擬法思想和國家其他部門制定的相關標準及有關國外標準。

(1)工程模擬思想—比擬法的引用:a、鋼析梁橋抵抗剪力比擬法鐵路上的武漢長江大橋、九江長江大橋、蕪湖長江大橋均屬連續鋼析梁橋,其剪力由斜腹杆承受,扭轉和畸變由主析架平聯、橋門架、橫聯承受,假如鋼析梁四周布置鋼筋,澆一層混凝土,就可抽象為連續鋼析梁骨架混凝土箱梁橋;b、預應力混凝土連續箱梁裂加固比擬法根據文獻可知,如果在直裂縫方向每隔30cm貼上鋼板條,對比鋼筋混凝土梁橋配筋要求,所粘鋼板條正好和抗剪鋼筋受力一致。因此,參照鋼彬梁橋設有專門抗和抗扭構造,及預應力混凝土連續箱裂縫加固增設抗剪鋼板條,採用工程比法思想,預應力混凝土連續箱梁橋縫防治辦法可借用上述抗剪和抗扭造,解決其混凝土強度等不足的問題。

(2)其他設計構造措施

a、重視非預應力鋼筋的配置非預應力鋼筋包括縱向分布鋼筋或受力鋼筋,特別是箍筋和抗裂鋼筋(對構件的抗剪、斜截面強度和主拉應力的貢獻是非常大的,而且混凝土強度等級越高,箍筋的套箍作用越顯著)。如美國橋規(l994年版)規定:①在斜裂縫極有可能出現的所有區域中需要設定橫向鋼筋(最好設定與裂縫垂直的斜箍筋)。

②橫向鋼筋根據結構受力情況可設定與受拉縱筋成不小於45。度的斜箍抗裂鋼筋,並與垂直鋼筋(與構件軸線垂直)焊接成鋼筋網。

b、加強端隔牆和支座隔板端隔牆和支座隔板是抵抗箱梁畸變與扭轉的根本構件。為防止端隔牆和支座隔板的開裂,建議隔牆或隔板開口為橢圓形,並為橢圓形配置構造鋼筋。

c、提高鋼筋與混凝土的粘結力採用較小直徑的鋼筋,分散布置,盡量使用螺紋鋼筋,避免採用光面鋼筋,這些措施可有效提高鋼筋與混凝土的粘結力,可避免裂縫或使裂縫間距和寬度較小。

d、重視抵抗區域性應力的配筋在錨固區,預應力筋彎起處等部位加強配筋,可以有效防止產生頂、底板的齒板裂縫和曲束裂縫。當梁高大於1時,為控制梁的腹板收縮裂縫,在腹板兩側沿梁高應布置一定數量的縱向水平鋼筋。

5.幾施工養護的措施

(1)混凝土質量引起的非結構性裂縫,可採取如下防治措施:定期測定砂、石料含水量,嚴格控制水灰比和骨料級配及砂、石含雜質和泥量,這是混凝土質量的基本保證,也是現階段施工中最易忽視的問題,施工監理單位必須嚴格把關,其次混凝土施工工藝必須按規範執行,結構內部布置防裂鋼筋,以提高混凝土的抗裂效能。

(2)溫度應力引起的非結構性裂縫,可採取如下防治措施:設計時應重視溫度應力的影響,可採取施加橫向預應力、配置足夠的溫度應力鋼筋、增加結構的安全儲備等措施來防止裂縫的產生。

(3)混凝土收縮應力引起的裂縫,可採取防治措施:施工時嚴格控制混凝土配合比,不應為了提高混凝土強度(或早期強度)用增加水泥用量的辦法,使用減水劑應謹慎合理,同時加強振搗以減少水化熱,大體積混凝土應採取分層澆築的方法。重視餛凝土的養護工作,尤其是初期養護,因為浪凝土的初期養護條件直接影響其抗拉強度增長的快慢,如混凝土的收縮應力最初階段沒有引起混凝土開裂,隨著時間的延續,由於混凝土徐變的影響,收縮應力將會減小,產生收縮裂縫的可能性也就減小。

(4)施工不當引起的裂縫,可採取如下防治措施:

改進施工方法和施工工藝,例如:豎向預應力筋由於伸長量小,混凝土收縮回彈量大,必須反覆張拉,以確保實際豎向預應力達到設計要求;橫隔板裂縫應通過改善臨時固結支座的布置,有效地限制裂縫的產生,同時在橫隔板內布置加強鋼筋或鋼筋網,以提高橫隔板的強度和剛度;另外,通過在橋面鋪裝層增設橫向鋼筋,加強橋面板與橋面鋪裝層的粘結,可達到減少裂縫的目的。

6.結語

根據預應力混凝土簡支箱梁橋產生裂縫原因分析及防治措施的研究,可以綜述如下:

(1)通過對混凝土預製小箱梁橋三個施工階段日照溫度場的實橋觀測,確定了各個施工階段對混凝土預製小箱梁日照溫度場的影響方式和影響大小;確定了混凝土預製小箱梁日照溫度場和溫度梯度的特點,為混凝土預製小箱梁橋的研究和設計工作提供了定性指導;通過對實橋專案三個階段的溫度觀測及觀測資料的整理,得出了混凝土預製小箱梁橋日照溫度場分布特點的幾個結論,其中,混凝土預製小箱梁橋橋面鋪裝對箱梁日照溫度場影響較大對於小箱梁組合截面梁橋,邊箱梁的內側與外側溫度場差異較為明顯等特點對今後的研究及設計工作具有參考作用。

(2)關鍵是在設計時,認真計算和驗算,合理布置預應力筋和構造鋼筋。在現行設計規範、設計手冊的基礎上,採用空間梁段單元計算方法(但普通梁單元並不能全面反映混凝土梁畸變,麵外彎曲和主拉應跡線等計算,應採用應變連續的空間梁段單元進行分析才行)。參照國家標準或國外橋規,針對主要結構性裂縫形式及原因,,防止結構性裂縫。

(3)其次是嚴格控制施工過程和施工工藝,確保施工質量,盡可能避免開裂或減少非結構性裂縫,同時對非結構性裂縫妥善處理,控制裂縫發展,封閉裂縫,使裂縫不至子對結構產生過大的危害,保證結構的正常使用。

總之,對於預應力混凝土連續箱梁橋的裂縫問題,設計、施工和監理人員都應該嚴格把關,針對各種具體情況採取必要的措施。

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