預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿料價格

三、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋工程實踐中出現(xiàn)的主要問題、形成原因．敏感性分析和設(shè)計對策探討
1.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋使用過程中存在的主要問題
在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，特別是大跨徑連續(xù)梁橋的施工或使用過程中，部分橋梁有時會出現(xiàn)這樣或那樣的問題，其主要問題是箱梁混凝土出現(xiàn)了不同性質(zhì)的裂縫。
根據(jù)作者所知，在已建成的連續(xù)梁橋中，某些橋梁上部結(jié)構(gòu)曾出現(xiàn)了部分裂縫，主要有箱梁頂板和底板的縱向裂縫；箱梁腹板的斜向裂縫。特別是靠近邊路現(xiàn)澆箱梁端部范圍的兩側(cè)腹板，出現(xiàn)近450的斜向裂縫?，F(xiàn)舉例如下：
（l）某公路大橋為三跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。在中跨跨中近60m范圍內(nèi)，箱梁底板下緣合龍段上緣出現(xiàn)縱向裂縫，多的一個截面有 10多條，連續(xù)貫通，裂縫寬度 0.1～0.4mm。在兩只中墩左右的 1號節(jié)段底板，各有 1條長 2m對稱的縱向裂縫，裂縫寬度 0 2～0 3mm。在邊跨近橋臺的4～5個箱梁節(jié)段底板。出現(xiàn)不連續(xù)、較短的縱向裂縫，裂縫寬度0．1～0.2mm。
（2）某公路大橋為連續(xù)剛構(gòu)一連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)。該橋在每孔1／4梁跨處的上、下游箱梁內(nèi)側(cè)腹板處，發(fā)現(xiàn)與頂板呈25°～45°的斜向裂縫，成橋早年后共發(fā)現(xiàn)百余條裂縫，長約4m，大裂縫寬度達1.8mm。
（3）某公路特大橋，在兩岸跨箱梁現(xiàn)澆端15m范圍的上、下游腹核內(nèi)外側(cè)，對稱出現(xiàn)近45°的斜向裂縫，數(shù)量較多，大裂縫寬度 0.4mm。
（4）某大橋連續(xù)梁結(jié)構(gòu)部分采用單箱多室橫斷面，該橋箱梁集中在中間兩道豎直腹板靠根部處出現(xiàn)100多條外向裂縫。這些裂縫中，沿腹板厚度方向有一部分是貫穿的。其中縫寬 0.2～0.58mm的有 20多條。
從以上幾座預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的裂縫來看，其性質(zhì)大部為受力裂縫，且寬度較大。為保證這些橋梁的安全性和正常使用；以及結(jié)構(gòu)的耐久性，有關(guān)方面曾對裂縫的成因作過一些分析。我們也可從中吸取教訓(xùn)，以提高對這類問題的認識和重視，為今后從事預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的設(shè)計、施工、管理和監(jiān)理工作采取相應(yīng)的對策。

2．裂縫形成原因分析
(1)目前我國大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計，大多是按照全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計的，即在理論上要求結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)拉應(yīng)力。 針對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)而言，裂縫形成的原因，主要有以下幾方面：
a．在主橋總體設(shè)計中，跨徑比例、箱梁截面尺寸的擬定不合理；
b．結(jié)構(gòu)設(shè)計抗彎剪能力不足；
c．對由預(yù)應(yīng)力鋼束引起的附加力估計不足；
d. 對溫度應(yīng)力重視不夠；
e.施工質(zhì)量不好、其中包括混凝土澆筑與養(yǎng)生；施工順序與施工精度；預(yù)應(yīng)力鋼來的保護層厚度達不到設(shè)計要求；支架與模板變形過大；預(yù)應(yīng)力張拉力不足；灌漿不及時或其他質(zhì)量問題等。
f材料質(zhì)量--如混凝土的水泥及骨料品種、材料級配及計量誤差等問題。
（2）預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁工程中產(chǎn)生的裂縫，由于各種因素的相互影響，十分復(fù)雜。一般應(yīng)對設(shè)計、施工及材料質(zhì)量等方面著手調(diào)查分析，看問題發(fā)生在哪一個環(huán)節(jié)上，并根據(jù)結(jié)構(gòu)裂縫的位置、方向、縫寬、裂縫長度與深區(qū)、裂縫間距等現(xiàn)象作為依據(jù)，進行分析。
本文重點談一下如何從設(shè)計方面進行檢查分析，其中主要有：
a．對可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫原因的應(yīng)力進行復(fù)核，諸如混凝土的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力、主拉應(yīng)力及局部應(yīng)力等。
b．應(yīng)力復(fù)核結(jié)果是否超過設(shè)計規(guī)范規(guī)定的使用荷載作用下混凝土的法向應(yīng)力、主拉應(yīng)力值。
c.裂縫的部位和方向是否與所計算的應(yīng)力方向一致。
d．對控制預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁設(shè)計的一些主要內(nèi)容進行敏感性分析，如對縱向預(yù)應(yīng)力布京設(shè)計方案、豎向預(yù)應(yīng)力、箱梁高度、腹板高度、溫度應(yīng)力等。
（3）混凝土主拉應(yīng)力斜裂縫問題
預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)同普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一樣，在受彎構(gòu)件正截面強度有足夠保證的情況下，仍有可能沿斜截面破壞。在斜截面破壞前，總會先出現(xiàn)由彎短和剪力引起的主拉應(yīng)力斜裂縫。預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件由于預(yù)應(yīng)力的存在，特別在縱向和豎向預(yù)應(yīng)力的共同作用下，箱梁內(nèi)的主拉應(yīng)力大大降低，從而使得斜截面的抗裂性比普通鋼筋混凝土好。在合理進行縱向預(yù)應(yīng)力鋼來布置和豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)計的情況下，可以把使用荷載作用下的主拉應(yīng)力控制在小于規(guī)范規(guī)定的混凝土抗拉強度（主拉應(yīng)力）范圍內(nèi)。然而設(shè)計人員必須注意 到：一旦結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斜裂縫，其承載能力將會降低，甚至?xí)蝗黄茐?。所以?dāng)主拉應(yīng)力σZL＞0.5 （荷載組合I）或σZL＞0.5 （荷載組合Ⅱ及組合Ⅲ）時，必須按規(guī)范規(guī)定設(shè)置由計算所需的抗剪鋼筋。
（4）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的敏感性分析
a.縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布置方案
預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁通過縱向預(yù)應(yīng)力鋼柬提供構(gòu)件各載面的預(yù)壓應(yīng)力，以保證各個截面的正截面強度。設(shè)計時通過對縱向預(yù)應(yīng)力鋼束的合理布置，以提供和提高箱梁的斜截面強度。縱向預(yù)應(yīng)力設(shè)計是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的核心問題。在敏感性分析中，通過對增加一對底板鋼束或減少一對底板鋼束的計算分析，結(jié)果表明：對結(jié)構(gòu)截面正應(yīng)力的影響程度較大，而對腹板加膠處主拉應(yīng)力的影響不顯著。可以這樣講，縱向預(yù)應(yīng)力直線鋼束的多少主要關(guān)系到箱梁正截面強度的大小。敏感性分析同時表明，由于縱向預(yù)應(yīng)力對各截面應(yīng)力狀態(tài)的影響程度及其規(guī)律并不*一致，設(shè)計時應(yīng)給予充分重視。除了對各控制截面進行應(yīng)力驗算外，還應(yīng)做好對縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布束方案的優(yōu)化和比較。
b.豎向預(yù)應(yīng)力
通過對某大橋箱梁截面的豎向預(yù)應(yīng)力敏感性分析表明：當(dāng)設(shè)計的豎向預(yù)應(yīng)力為％時，在使用荷載組合Ⅲ作用下，該截面中和軸處的主拉應(yīng)力σZL=-0.75MPa。豎向預(yù)應(yīng)力損失 50％時，在使用荷載作用下，σZL =-1.90MPa，其值大于 0.55 = 0 .55 X 3.0=1.65MPa（注：50號混凝土）。此時應(yīng)按σZL =-1.90MPa來配置箍筋，而不能按構(gòu)造布置箍筋。若豎向預(yù)應(yīng)力不起作用，即為零時，σZL =-3.00MPa，不能滿足JTJ023一85規(guī)范中σZL值小于0.9 =2.79MPa的要求。按該規(guī)定，應(yīng)加厚腹板尺寸，重新設(shè)計。這就是說，在不考慮按構(gòu)造配置箍筋的作用時，豎向預(yù)應(yīng)力對主拉應(yīng)力值的影響很大。
c.箱梁高度
預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁橋，一般支點截面梁高取H支=（1／16～1/20）L，跨中截面梁高取H中=（1/30～1/50）L。通過變化梁高，使截面剛度隨著變化，箱梁結(jié)構(gòu)的整體剛度也相應(yīng)變化。梁高增加后，截面內(nèi)的剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力均有一定下降。
d．腹板厚度
預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的腹板受力狀況很復(fù)雜，其中有影響主拉應(yīng)力的正截面法向應(yīng)力和剪應(yīng)力；由剪力滯和畸變產(chǎn)生的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力；由豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋產(chǎn)生的混凝土豎向預(yù)壓應(yīng)力；由箱梁扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪力流等作用。由于箱梁腹板厚度尺寸一般較小，設(shè)計時取用腹板厚度應(yīng)慎重。
通過對腹板厚度的敏感性分析計算，得知它對箱梁截面應(yīng)力狀態(tài)的變化十分敏感。當(dāng)腹板厚度稍有增加時，截面的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力均可得到較大改善。
e.溫度應(yīng)力
根據(jù)氣溫變化對橋梁結(jié)構(gòu)的作用，可劃分為體系溫差和溫度梯度（日照溫度差）兩種。體系溫差對靜定結(jié)構(gòu)只引起結(jié)構(gòu)的變位而不引起結(jié)構(gòu)的溫度次內(nèi)力或溫度應(yīng)力；但對超靜定結(jié)構(gòu)，將引起溫度次內(nèi)力。
溫度梯度對混凝土梁橋的影響較大，除了與結(jié)構(gòu)截面形狀和尺寸、橋面鋪裝層材料和厚度有關(guān)外，還與太陽輻射強度、橋址位置和方向、大氣層透明度、風(fēng)速、地形地貌等諸多因素有關(guān)。 JTJ203-85規(guī)范中僅規(guī)定 T形混凝土連續(xù)梁由于日照引起橋面與其他部分的溫度差而引起的內(nèi)力。在缺乏實測資料時，可假定溫度差+5°C（橋面板上升 5℃），并在橋面板內(nèi)均勻分布。但規(guī)范對箱形截面連續(xù)梁橋的溫度應(yīng)力及溫度梯度的取值未作明確規(guī)定和說明。該規(guī)定主要參照了日本橋規(guī)，我國規(guī)范偏于簡單化，未對溫度梯度進行系統(tǒng)的實測研究，制定出相應(yīng)的溫度梯度曲線，計算結(jié)果往往偏于不安全。然而分析溫度應(yīng)力對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的設(shè)計十分重要，例如，對同一座橋梁采用不同的溫度梯度模式計算得到的架內(nèi)溫度應(yīng)力相差很大，甚至?xí)霈F(xiàn)異號應(yīng)力。如果溫度梯度模式選用不當(dāng)，即使增大溫度差設(shè)計修，也不能保證結(jié)構(gòu)的抗裂性。
溫度應(yīng)力在橋梁設(shè)計中占有相當(dāng)?shù)谋壤?，例如，上海一?0m＋65m＋4Om的三跨連續(xù)箱梁橋，在活載十恒載十支座沉降工況下，跨中下緣混凝土終應(yīng)力為10MPa的壓應(yīng)力；而在活載十恒載十支座沉降十頂板均勻升溫5℃的工況下，跨中下緣混凝土終應(yīng)力為-0.8 MPa的拉應(yīng)力。計算表明由溫度梯度產(chǎn)生的應(yīng)力比活載產(chǎn)生的應(yīng)力還要大。又如 70年代后期建成的加拿大格朗梅爾大橋，為三跨連續(xù)剛構(gòu)，中跨 181.4m，在該橋加固階段設(shè)計中計算得出：10℃的線性溫差在橋梁跨中產(chǎn)生的正彎矩值相當(dāng)于中跨兩條車道布載所產(chǎn)生的正彎矩。
本文由于篇幅關(guān)系，僅對上述幾個主要方面作了敏感性分析。
3.設(shè)計對策探討
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的裂縫問題涉及到設(shè)計、施工、監(jiān)理等各方面，本文僅從設(shè)計方面作對策探討。
（1）橋梁跨徑布置和箱梁截面尺寸擬定
a.橋梁跨徑布置
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的邊跨與主跨比選用是否恰當(dāng)直接影響到結(jié)構(gòu)受力的合理性。若邊跨太大，則邊跨支架現(xiàn)澆梁段長度偏長，施工時要防止支架不均勻沉降。邊路一長其整體剛度偏小，在恒載與活載作用下，現(xiàn)澆段會出現(xiàn)較大的主拉應(yīng)力，容易發(fā)生混凝土開裂；當(dāng)在邊跨加載時對中跨箱梁的受力不利。若邊跨與中跨之比過小，則邊跨支點可能會出現(xiàn)負反力，使得邊墩與邊跨受力不合理。
在連續(xù)梁橋設(shè)計中，一般可以通過調(diào)整各跨的剛度．即合理取用相鄰跨長的不同比值來調(diào)整各截面的內(nèi)力，以滿足設(shè)計的要求。對中小跨徑的連續(xù)梁橋而言，邊跨與主跨比一般取用0.5～0.8，這樣可以使中跨跨中不致產(chǎn)生異號彎矩，邊墩支點也不會出現(xiàn)負反力。對采用滿堂支架施工的連續(xù)梁橋，這跨取中跨長度的70％～80％是經(jīng)濟合理的。但對采用掛籃懸臂澆筑法施工的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋而言，邊跨總有一段需采用支架現(xiàn)澆。為使連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化較合理和減少支架長度，設(shè)計時邊跨長度一般選用中跨長度的65％左右為宜。結(jié)合國內(nèi)外部分大跨徑連續(xù)梁橋的工程實踐，作者建議邊跨與中跨的長度比一般控制在0.55～0.65o
b．箱梁斷面尺寸擬定
自大噸位錨具、1860MPa鋼絞線和高強度混凝土在大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中采用以來，箱梁的自重大大減輕，使得上部結(jié)構(gòu)有條件向輕型化方向發(fā)展。現(xiàn)行公路橋梁設(shè)計規(guī)范是采用極限狀態(tài)設(shè)計的，結(jié)構(gòu)均應(yīng)通過承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的計算。除此，對構(gòu)造上及施工工藝方面的要求必須得到滿足。從作者了解到的一些出現(xiàn)裂縫的橋梁來看，有一些是與箱梁所選用的斷面尺寸安全儲備偏小有關(guān)。通過主拉應(yīng)力的敏感性分析得知，若不設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力鋼束或者豎向預(yù)應(yīng)力失效，則必須加大腹板厚度尺寸，重新設(shè)計。若豎向預(yù)應(yīng)力只考慮50％的效果時，計算所得的主拉應(yīng)力仍會出現(xiàn)大于規(guī)范規(guī)定值的情況。這說明與腹板厚度尺寸的選定有一定的關(guān)系。另外現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范中與此有關(guān)部分的公式一般"僅適用于等高度的簡支梁"，若用于連續(xù)梁時，應(yīng)考慮一定的安全系數(shù)。這樣按公式計算得到的斜截面抗剪強度Qhk＋QW值應(yīng)適當(dāng)折減。反過來折減后的Qhk＋QW值對腹板厚度又有所要求。作者建議選定箱梁斷面尺寸時，除了注意梁高（H支和H中）的因素外，還應(yīng)該重視腹板尺寸的優(yōu)化。
（2）縱向預(yù)應(yīng)力布束方案與預(yù)應(yīng)力儲備
a. 縱向預(yù)應(yīng)力布束方案
在本文三、1中列出的幾座出現(xiàn)剪切裂縫的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋中，發(fā)現(xiàn)這樣一個共同點，就是在縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布置時往往偏重施工方便的要求，而忽視了對腹板下彎束和邊跨現(xiàn)澆箱梁端部一定范圍內(nèi)腹板彎起束的有效利用問題。由于采用了在箱梁頂板和底板布置直線束，僅靠設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋來克服結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力的布束方案，這必須建立在充分保證豎向預(yù)應(yīng)力能夠達到設(shè)計要求的前提下。實際上箱梁腹板由豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋長度一般較短，鋼筋的張拉伸長量較小，施工時若發(fā)生少量的壓縮變形，將會產(chǎn)生較大的預(yù)應(yīng)力損失；加上錨固系統(tǒng)和施工操作上的問題，一般很難保證設(shè)計所要求的預(yù)應(yīng)力度。從對豎向預(yù)應(yīng)力的敏感性分析來看，若箱梁斷面尺寸偏小一點，一旦豎向預(yù)應(yīng)力不到位，則結(jié)構(gòu)的主拉應(yīng)力將超過規(guī)范的許可值，從而使結(jié)構(gòu)應(yīng)力處于不利狀態(tài)。
工程實踐證明：在采用直線束布置方案的同時，有必要在靠近箱梁支點附近的節(jié)段內(nèi)，在腹板內(nèi)布置部分下彎束，但噸位不宜太大，如用φj15.2-7～φj15.2-2，并同時在邊跨現(xiàn)澆段端部腹板內(nèi)布置部分彎起束。由于這類預(yù)應(yīng)力鋼束通過腹板，使得預(yù)壓應(yīng)力容易均勻分布到全斷面上，是克服剪應(yīng)力有效的合理的布束形式，并可達到免費提供預(yù)剪力的效果。設(shè)計工程師可以通過合理布置縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，來改善箱梁版權(quán)的受力狀態(tài)；同時建議在邊跨箱梁端部將腹板的箍筋適當(dāng)加密，直徑適當(dāng)放大一些，這些措施對克服腹板的斜向裂縫是十分有效的。
b．預(yù)應(yīng)力儲備
由于理論計算模式和計算結(jié)果往往與工程實際情況存在差異，加上一些在設(shè)計時難以計入的因素，因此在設(shè)計過程中，有必要考慮結(jié)構(gòu)各個截面的應(yīng)力要有一定的安全儲備，即對使用荷載作用下截面的正應(yīng)力和混凝土主拉應(yīng)力，提供一定的應(yīng)力儲備，以便在設(shè)計上帶來可靠保證。
（3）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計要重視溫度應(yīng)力
計算表明橋面局部升溫或降溫將會在結(jié)構(gòu)中引起較大的內(nèi)力變化，雖然這部分內(nèi)力不是的，但卻是不可避免的。若考慮不當(dāng)，溫度應(yīng)力會造成支點附近和跨中斷面的裂縫。即使這些細微裂縫不至于影響結(jié)構(gòu)的正常使用，但設(shè)計時必須給予重視。除了對這些截面進行必要的應(yīng)力驗算滿足規(guī)范要求外，有必要采取一些構(gòu)造措施，如在驗算截面附近布置一定數(shù)量的非預(yù)應(yīng)力鋼筋，使得溫度應(yīng)力分布均勻，控制溫度裂縫的產(chǎn)生或發(fā)展。另外還得考慮在支點和梁端處的硬板和底板內(nèi)布置足夠的縱向鋼筋和箍筋，因為對于箱梁橫截面，腹板和底板在溫度作用下混凝土容易開裂。
（4）重視箱梁結(jié)構(gòu)非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配置
縱向公布鋼筋或受力鋼筋，特別是箍筋對構(gòu)件的抗剪、斜截面強度和主拉應(yīng)力的貢獻很大。尤其在采用高強度混凝土情況下，箍筋的套箍作用十分顯著。

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