摘 要:介紹先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系以及預(yù)制箱梁的特點(diǎn)，對預(yù)制箱梁反拱度的設(shè)置方法進(jìn)行研究。同時(shí)，針對箱梁施工中實(shí)際施工時(shí)起拱度與設(shè)計(jì)預(yù)期拱度存在較大誤差的現(xiàn)象，進(jìn)行原因分析，進(jìn)而為同類工程提供良好借鑒。

關(guān)鍵詞:預(yù)制箱梁;先簡支后連續(xù);預(yù)拱度

中圖分類號:U4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:16717953(2009)04006904

The Pre-camber Control Technique of Simple-supported Box Giuler

CHEN Shun

(The headquarters of inter-county and rural renovation project of Hainan Province ， Haikou 570102，China)

Abstract: Introduced after the first row of simply supported precast box girder structure as well as the characteristics of precast box girder camber settings of the anti-method research. At the same time， the actual construction for the box construction and design of Pre-camber expected degrees camber error there is a big phenomenon， in turn， thus providing a good draw on similar projects.

Key words: box giuler;simple-supported;pre-camber

近年來，隨著世界各國技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及交通建設(shè)的發(fā)展，出現(xiàn)了大批長橋，如高架道路、跨越海灣和湖泊的橋梁等，有的橋梁總長達(dá)到數(shù)十公里。這些橋梁一般對跨徑并沒有特殊的要求，從經(jīng)濟(jì)性考慮則多選用中、小跨徑橋，而一些大橋的引橋也常常采用中小跨徑橋。為了適應(yīng)中等跨徑長橋建設(shè)的需要，出現(xiàn)了全跨徑長度的梁或板的預(yù)制構(gòu)件，形成了將整跨梁或板架設(shè)于支座就位后“拼裝”成連續(xù)梁的逐孔施工方法，此時(shí)“拼裝”的含義也發(fā)生了變化。這種整跨梁預(yù)制、架設(shè)就位后，再綁扎焊接梁板之間的連接鋼筋，在墩頂部位和梁板間的橫隔板和翼緣板處通過通過現(xiàn)澆濕接縫硅、待混凝土強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定值后張拉預(yù)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)連續(xù)的施工方法，即是我們常說的“先簡支后連續(xù)施工”方法。為了與常規(guī)的施工方法形成的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系區(qū)分開來，我們把這種施工方法形成的結(jié)構(gòu)體系稱為“先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系”。這種方法得到了國內(nèi)外橋梁工作者的歡迎，迅速推廣。

1 先簡支后連續(xù)預(yù)制結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系具有以下顯著的特點(diǎn):

1)由于采用預(yù)制構(gòu)件，因而可以在預(yù)制廠內(nèi)批量生產(chǎn)，這樣則便于統(tǒng)一。生產(chǎn)管理并嚴(yán)格控制預(yù)制構(gòu)件的尺寸。采用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件時(shí)更有利于技術(shù)操作、提高預(yù)制速度、節(jié)省模板費(fèi)用。

2)由于在下部結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)便可進(jìn)行上部構(gòu)件的預(yù)制，因而節(jié)省了施工時(shí)間，加快了施工速度，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。

3)整片梁的吊裝就位需要吊裝運(yùn)輸和架梁設(shè)備，簡支梁的預(yù)應(yīng)力筋張拉可在工廠進(jìn)行，而負(fù)彎矩的布置或張拉可在梁上或掛籃上進(jìn)行，因而減少了施工設(shè)備，又可避免造成地面障礙，在擁擠的市區(qū)或風(fēng)景區(qū)以及城市立交橋等一些要求施工中不能中斷交通的工程中特別適用。

4)避免采用大量的腳手架，可保護(hù)環(huán)境，節(jié)省費(fèi)用。

5)同其它方法施工的連續(xù)梁一樣，這種方法施工形成的連續(xù)梁同樣具有剛度大、伸縮縫少、變形小的優(yōu)點(diǎn)，可提高車速，使行車舒適。

6)由于是在工廠預(yù)制，從首期預(yù)應(yīng)力的張拉至澆筑接縫、后連續(xù)預(yù)應(yīng)力的張拉時(shí)己有相當(dāng)?shù)凝g期，因而減少了混凝土的收縮、徐變對結(jié)構(gòu)體系的影響，而簡支梁的預(yù)應(yīng)力筋對結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生次力矩，可使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡便。

7)基礎(chǔ)沉降對結(jié)構(gòu)的影響小。由于這種結(jié)構(gòu)體系是梁的恒載按簡支梁傳力，而僅僅是活載和二期恒載(橋面鋪裝、欄桿、安全帶)是按連續(xù)梁結(jié)構(gòu)傳力，因而結(jié)構(gòu)的受力性能優(yōu)越，適合于軟土上的建設(shè)。由于這種結(jié)構(gòu)體系的橋梁具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以在高速公路橋梁建設(shè)中具有明顯的優(yōu)勢。鄭石高速公路全線就有近十座大橋都是采用此方法施工的。在交通運(yùn)輸工程事業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，推廣此方法必將收到良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

發(fā)展概況:

2 預(yù)制箱梁特點(diǎn)

2.1 優(yōu)點(diǎn)

而箱形截面具有1)截面抗扭剛度大，結(jié)構(gòu)在施工與使用過程中都具有良好的穩(wěn)定性;2)頂板和底板都具有較大的混凝土面積，能有效的抵抗正負(fù)彎矩，并能滿足配筋的要求，適用于產(chǎn)生正負(fù)彎矩的結(jié)構(gòu);3)適合于現(xiàn)代化施工方法的要求，如懸臂施工法、頂推法等，這些施工方法均要求截面必須具備較厚的底板;4)承重結(jié)構(gòu)與傳力結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使各部件共同受力，同時(shí)截面效率高，適合于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)空間布束，能收到良好的經(jīng)濟(jì)效果;5)對于寬橋，由于抗扭剛度大，即使跨中不設(shè)置橫隔板亦能獲得較好的傳力效果;6)適合于修建曲線橋，具有較大適應(yīng)性;7)能很好適應(yīng)布置管線等公共設(shè)施等優(yōu)點(diǎn)^[1]。因而，箱形截面形式在現(xiàn)代各種橋梁中均得到廣泛應(yīng)用。

2.2 缺點(diǎn)

隨著箱梁結(jié)構(gòu)的廣泛使用，箱梁的結(jié)構(gòu)的一些缺點(diǎn)也逐漸暴露出來，其中最為普遍的是箱梁在使用過程中腹板出現(xiàn)大約45度不同程度的斜裂縫和頂板、底板出現(xiàn)的縱向裂縫。裂縫對橋梁性能的影響是多方面的，一是對橋梁使用性能的影響，開裂使橋梁剛度降低變形增大，跨中撓度超標(biāo)，繼而影響其正常使用，嚴(yán)重的開裂問題導(dǎo)致橋梁承載力下降，影響橋梁的安全性能。二是對橋梁的耐久性及使用壽命的影響，裂縫會(huì)加速混凝土的碳化和鋼筋的銹蝕，鋼筋銹蝕又加速了裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，造成橋梁使用性能趨于惡化，降低橋梁的使用壽命。因而，近年來，對預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋開裂問題的研究越來越引起橋梁工程師的重視。

預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋可采用整體現(xiàn)澆、預(yù)制拼裝、懸臂澆筑等施工方法。而對于橋梁建設(shè)中仍主要以中小跨徑橋梁為主的特點(diǎn)，整體現(xiàn)澆箱梁具有整體性好、剛度大，易于做成復(fù)雜形狀等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于跨線橋、立交橋、曲線橋以及大跨徑連續(xù)梁橋、斜拉橋、懸索橋等引橋工程^[2]?；诂F(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并結(jié)合前述的預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁易出現(xiàn)的問題，從現(xiàn)澆箱梁施工工藝角度探討控制預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁開裂等多項(xiàng)病害的防治對策就顯得極其重要。

3 箱梁反預(yù)拱度設(shè)置問題

在中小跨徑預(yù)應(yīng)力簡支型梁的施工中，在施加預(yù)應(yīng)力后，梁體會(huì)有一定的線形變化即出現(xiàn)拱度，隨著混凝土的收縮以及使用過程中施工的活載等因素使梁體的彎矩增大，同時(shí)梁體有向下的變形位移，為保證橋型的順暢必須控制好橋梁的施工拱度進(jìn)而保證架設(shè)后和運(yùn)營中的起拱度，但在國內(nèi)許多設(shè)計(jì)中少見有圖紙給出起拱的設(shè)計(jì)值的情形，橋面標(biāo)高設(shè)計(jì)取值時(shí)也未予以考慮。施工承包人對起拱也普遍普遍缺乏統(tǒng)一認(rèn)識，也無相應(yīng)的控制措施，因?yàn)楣岸葼可娴绞┕み^程的方方面面:預(yù)應(yīng)力筋的定位、張拉時(shí)的應(yīng)力控制、混凝土材料的質(zhì)量、混凝土的拌制和振搗、天氣等等因素，也導(dǎo)致預(yù)制梁體在安裝后上下面參差不齊，在因起拱值過大而無法保證橋面鋪裝厚度和鋪裝鋼筋的安放時(shí)，只得調(diào)整路線縱斷面，這方面的教訓(xùn)國內(nèi)外都比較多，因此造成施工進(jìn)度滯緩、恒載增加、質(zhì)量下降的現(xiàn)實(shí)，為了避免起拱度帶來的諸多麻煩，需要一種能滿足工程實(shí)際的計(jì)算方法，分析施工過程中的哪些因素對梁體的拱度造成影響，采取相應(yīng)的措施去避免這些大的誤差，以保證理論計(jì)算值與現(xiàn)場實(shí)際相符合，從而達(dá)到橋梁的安全美觀。

預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的撓度是由荷載產(chǎn)生的下?lián)隙群推念A(yù)加力引起的起拱度(又稱上撓度)兩部分組成。給定恒載，不難算出預(yù)應(yīng)力施加完畢后的起拱值。但這只是起拱值的一部分。起拱度因受混凝土徐變的影響隨時(shí)間的增長而增大。徐變變形與許多因素有關(guān)，如混凝土在長期荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力大小、加荷時(shí)混凝土的齡期、混凝土的組成成分的品質(zhì)和配合比、結(jié)構(gòu)形狀尺寸以及養(yǎng)護(hù)和使用條件下的溫度與濕度等。

考慮到混凝土徐變產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，目前的解釋也不盡相同，而且在給定環(huán)境下工作的橋梁結(jié)構(gòu)，影響混凝上徐變的各項(xiàng)因素不易確定，鑒于所有這些變化的原因，精確確定徐變的大小并不容易，往往是利用建立在試驗(yàn)資料基礎(chǔ)上的經(jīng)驗(yàn)公式而求得。因此，混凝土徐變引起的起拱f也是粗略解，缺乏有力的理論公式。

此外，由于施工實(shí)際情況與理論計(jì)算假定存在的必然誤差，也往往出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉后的起拱與設(shè)置的預(yù)拱值存在一定誤差的情況。起拱度涉及到荷載與自重，預(yù)應(yīng)力大小及預(yù)應(yīng)力筋輪廓線的線型，截面尺寸和跨度，混凝土的彈性模量、收縮和徐變，預(yù)應(yīng)力鋼材的性能以及構(gòu)件的端部約束等多項(xiàng)因素。它的精確確定需要大量的實(shí)踐、試驗(yàn)以及理論分析。因此，為了保證結(jié)構(gòu)最終線形達(dá)到設(shè)計(jì)理想線形，就必須通過對施工過程中的相關(guān)因素進(jìn)行逐項(xiàng)分析，找出導(dǎo)致誤差的主要因素。

先簡支后連續(xù)預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)體系的橋梁具有諸多優(yōu)點(diǎn)，在高速公路橋梁建設(shè)中具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，應(yīng)用逐漸較廣。然而，由于施工實(shí)際情況與理論計(jì)算假定存在的必然誤差，在使用過程中往往出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉后的實(shí)際起拱值與理論值存在一定誤差的情況。有必要對施工過程中的相關(guān)因素進(jìn)行逐項(xiàng)分析，找出導(dǎo)致誤差的主要因素。

4 預(yù)拱度及反預(yù)拱度設(shè)置理論和規(guī)范規(guī)定

梁的預(yù)拱度設(shè)置主要是謀求橋梁建成后有一個(gè)平順行車的條件。《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》04規(guī)范中對鋼筋混凝土橋梁的預(yù)拱度作出了明確規(guī)定。設(shè)置原則為:當(dāng)由結(jié)構(gòu)自重和靜活載產(chǎn)生的撓度超過L/1600時(shí)，應(yīng)設(shè)置值為結(jié)構(gòu)自重和半個(gè)活荷載(不計(jì)沖擊力)撓度的預(yù)拱度。這樣，橋梁建成后梁的跨中可維持半個(gè)活荷載撓度的上拱度。

04規(guī)范則對預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件的預(yù)拱度作了相應(yīng)規(guī)定，設(shè)置原則為:1)當(dāng)預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的長期反拱值大于按荷載短期效應(yīng)組合計(jì)算的長期撓度時(shí)，可不設(shè)預(yù)拱度;2)當(dāng)預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的長期反拱值小于按荷載短期效應(yīng)組合計(jì)算的長期撓度時(shí)，應(yīng)按該項(xiàng)荷載的撓度值與預(yù)應(yīng)力的長期反拱值之差設(shè)置預(yù)拱度。

對于自重較小的預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，應(yīng)考慮預(yù)應(yīng)力反拱過大可能造成的不利影響，必要時(shí)采取反預(yù)拱或在設(shè)計(jì)和施工上的措施，保證橋梁在正常使用程橋面的平整性，避免橋面隆起甚至開裂破壞。

對于先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系而言，在施工和使用過程中主要包含以下變形:

1)預(yù)制箱梁階段，結(jié)構(gòu)為一預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁，預(yù)應(yīng)力反拱(f1)大于自重產(chǎn)生的下?lián)?f2);

2)存梁階段，在初始彈性變形的基礎(chǔ)上，徐變作用使上拱繼續(xù)增長，同時(shí)，混凝土收縮徐變也使預(yù)應(yīng)力的損失增大，計(jì)算中必須考慮其相互耦合影響;

3)體系轉(zhuǎn)換階段，由簡支體系變?yōu)檫B續(xù)體系時(shí)將產(chǎn)生附加變形(f3);

4)成橋狀態(tài)，在二期鋪裝荷載作用下出現(xiàn)連續(xù)體系特征的變形(f4);

5)使用階段，汽車、人群等活載作用下的下?lián)?f5)，需按規(guī)范中短期效應(yīng)組合系數(shù)進(jìn)行折減)，同時(shí)考慮后期的收縮徐變等引起的撓度長期增長。

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，預(yù)拱度應(yīng)按設(shè)置預(yù)應(yīng)力的長期反拱值與荷載短期效應(yīng)組合計(jì)算的長期撓度之差。對于預(yù)應(yīng)力效應(yīng)引起的豎向撓度，在整個(gè)施工過程中主要包括兩部分:預(yù)制箱梁簡支體系下的起拱以及體系轉(zhuǎn)換時(shí)頂板合龍束產(chǎn)生的附加變形。荷載短期效應(yīng)組合計(jì)算撓度包括:結(jié)構(gòu)簡支體系下的自重、體系轉(zhuǎn)換后的附加變形、二期恒載的變形、汽車等活載作用下的變形。最終預(yù)制箱梁的反預(yù)拱度值應(yīng)按下式進(jìn)行設(shè)置:

Δ=(f1-f2)×[1+φ(t，τ)]ηθ1+(f3-f4-f5)ηθ2

式中:φ(t，τ)——預(yù)制箱梁預(yù)應(yīng)力束張拉完畢時(shí)的徐變系數(shù)

ηθ1——預(yù)制箱梁前期變形的長期增長系數(shù)

ηθ2——體系轉(zhuǎn)換后的撓度長期增長系數(shù)

5 基于施工過程的預(yù)拱度偏差分析

5.1 預(yù)拱度不足要因分析

結(jié)合預(yù)制箱梁的施工全過程中涉及到的各項(xiàng)因素，以下幾方面是影響預(yù)制箱梁起拱不足的關(guān)鍵因素:1)張拉時(shí)梁體混凝土強(qiáng)度;2)鋼鉸線張拉預(yù)應(yīng)力大小;3)制梁臺座摩阻力大小;4)預(yù)應(yīng)力管道設(shè)置位置及波紋管與鋼鉸線間摩阻力大小;5)拱度的變形滯后現(xiàn)象;6)箱梁混凝土澆筑時(shí)底板超厚也會(huì)造成起拱值達(dá)不到設(shè)計(jì)值。

5.1.1 張拉時(shí)梁體混凝土強(qiáng)度

張拉時(shí)梁體強(qiáng)度偏大，構(gòu)件剛度較大，導(dǎo)致預(yù)制梁的起拱偏小要因:

5.1.2 鋼鉸線張拉預(yù)應(yīng)力大小

鋼絞線實(shí)際張拉力小了必然導(dǎo)致梁體起拱度偏小。

對策:張拉前對錨具和鋼絞線進(jìn)行校驗(yàn)，對千斤頂和配套油泵進(jìn)行全面校定。張拉時(shí)混凝土強(qiáng)度和彈性模量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)未規(guī)定時(shí)，不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級值的75%。張拉按照設(shè)計(jì)規(guī)定的程序采取雙控的方式，以鋼絞線的伸長值進(jìn)行校核，實(shí)測伸長值與理論伸長值差控制在+6%以內(nèi)。

5.1.3 制梁臺座摩阻力大小

臺座摩阻力過大導(dǎo)致拱度偏小。

5.1.4 預(yù)應(yīng)力管道設(shè)置位置及波紋管與鋼鉸線間摩阻力大小

管道位置不正確或達(dá)不到設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求時(shí)導(dǎo)致管道本身線型不暢順、管道彎折處存在急彎變現(xiàn)象時(shí)或波紋管自身管壁阻力大時(shí)將導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋的有效應(yīng)力減小，從而導(dǎo)致拱度值降低。

5.1.5 拱度的變形滯后現(xiàn)象

因張拉力通過壓漿體傳遞預(yù)應(yīng)力到箱梁混凝土的時(shí)間差，導(dǎo)致應(yīng)力滯后，影響時(shí)間持續(xù)長。箱梁混凝土存在收縮徐變現(xiàn)象，后期拱度增大。

5.2 預(yù)拱度過大要因分析

1)因考慮到總工期的需要，箱梁預(yù)制到安裝就位施工時(shí)間較長，超過了設(shè)計(jì)的3個(gè)月時(shí)間，箱梁的后期起拱值增大。

2)部分箱梁在冬季預(yù)制采用蒸氣養(yǎng)生工藝，對混凝土的早期強(qiáng)度、彈性模量具有影響，也直接影響到起拱值的變化。

3)箱梁幾何尺寸不正確，原因是箱梁底板、側(cè)板混凝土施工過程中產(chǎn)生浮力和水平力，致使芯模產(chǎn)生上浮和左右偏移，影響了構(gòu)件截面幾何尺寸的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)束語

箱梁預(yù)拱度控制是個(gè)很復(fù)雜的過程，涉及到方方面面，從操作人員的素質(zhì)到當(dāng)?shù)卦牧弦约爱?dāng)?shù)氐臍夂虻鹊纫蛩?，特別是牽涉拱度的兩個(gè)關(guān)鍵材料混凝土和預(yù)施力筋是隨時(shí)間和外界環(huán)境因素而變化較大;混凝土的彈性模量隨應(yīng)力階段而異，并隨混凝土的齡期而變化;同時(shí)混凝土的收縮、徐變和松弛等對拱度和預(yù)施應(yīng)力均有影響;預(yù)應(yīng)力鋼筋隨著時(shí)間的變化要發(fā)生應(yīng)力松弛損失。

從施工技術(shù)角度出發(fā)，后張法箱梁預(yù)制已有成熟的工藝，不存在技術(shù)難題。而在競爭日益激烈的建筑領(lǐng)域，不斷創(chuàng)新、優(yōu)化施工工藝，嚴(yán)格按照規(guī)范操作，保質(zhì)保量才是控制箱梁預(yù)拱度效果的關(guān)鍵所在。

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