孔道密实度对预应力混凝土梁变形影响的试验研究.pdf

江苏建筑 2 0 1 0年第 4期( 总第 1 3 5期 ) 4 3 孔道密实度对预应力混凝土梁变形影响的试验研究 耿建莉 ， 刘山洪 。 ( 炎黄 职业 技术 学 院 ， 江 苏 涟水2 2 3 4 0 0 ； 重 庆 交通大 学 土木 建筑 学 院， 重庆4 0 0 0 7 4 ) 【 摘 要】 研究了3 种模型的试验梁： 孔道完全压浆、 孔道 内某一段长度未压浆和孔道完全未压浆， 以探索孔道密实程度 不同对预应 力混凝 土梁变形 的影响 。 试验 结果表 明： 孔道压浆不密实与未压浆梁的开裂荷载比压浆密 实的梁低 ， 孔道 未压浆 的 梁 比孔 道 压 浆不 密 实及 压 浆 密 实 的 梁挠 度 大 。 关 键词 孔道密实程度； 试验研究； 变形； 影响 中图分类 - u 4 4 8 2 3 文献标识码 A【 文章 1 0 0 5 - 6 2 7 0 ( 2 0 1 0 ) 0 4 一 O 0 4 3 0 3 Ex p e r i me nt St udy o f Po r e De n s i t y t o De f o r ma t i o n Effe c t o f Pr e s t r e s s e d Co nc r e t e Be a m G E N G J i a n - l i L I U S h a n - h o n f 1 P r o g e n i t o r Vo c a t i o n a l T e c h n i c a l C o l l e g e ， J i a n g s u L i a n s h u i 2 2 3 4 0 0 C h i n a ； 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， C h o n g q i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 7 4 C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e p a p e r e x p l a i n s s t u d y o n e x p e r i me n t a l b e a ms o f t h r e e mo d e l s ， s u c h a s p o r e f u l l y g r o u t e d ， p o r e wi t h i n a c e r t a i n p e rio d o f n o n-g r o ut e d l e n g t h a n d p o r e no gro u t e d， i n o r d e r t o e x p l o r e t he d i f f e r e n t l e v e l s o f p o r e c o mp a c t i n g o f t h e d e f o r ma t i o n o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b e a ms T h e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e c r a c k i n g l o a d o f n o t c o mp a c t i n g g r o u t i n g a n d n o n- g r o u t i n g b e a m w a s l o w e r t h a n t h e c o mp a c t i n g gro u t i n g b e a m T h e d e fl e c t i o n o f n o n -g r o u t i n g be a m wa s l a r g e t h a n t h e n o n c o mp a c t i n g g r o u t i n g a n d no n- g r o u t i ng b e a m Ke y wo r d s ： t h e d e g r e e o f p o r e - c o mp a c t i n g ； e x p e r i me n t a l r e s e a r c h ； d e f o r ma t i o n ； i mp a c t 0前 言 最近 2 0多 年 ， 国内建 成 的 P C连续 刚构 桥 ， 从运 营情 况来看 主要存在 两个 问题 。 一是混凝土 开裂 ， 二是主梁 在运营阶段的过大下挠 。目前人们普遍认 为连续刚构桥 出 现上 述问题在很大程度上是 山混凝土徐变 引起 的。但依据 传统 的混凝土徐变理论 ，混凝土在施工完成后 的 1 年 内将 完成 8 0 的徐变 而桥梁 中的绝大 部分混 凝土结构从 建设 到通 车运 营都 超过了 1 年时间 ，后期徐变效应 本该 不明显 了。 但是实 际运 营阶段 主梁下挠的幅度是相 当大 的 ， 特别是 对 于主跨 2 0 0 IT I 以上的混凝土连续刚构桥 ，后期 下挠有 的 已接 近跨径 的 1 ， 导致提前进 入维修期 ， 甚 至报 废。 针对 预应力 混凝土 连续 刚构桥 运营 阶段 的上 述问题 ， 桥梁工程学术界 已将其 上升到混凝土构筑物耐久性 研究 的 高度 进行研究 ， 目前 正在进行 大量 的理论 、 试验研 究 ， 分析 原 因。 但是还没有一个一致 的 、 相对成熟结论 。 为此 ， 本文通 过试验 分析导致连续刚构桥 出现裂缝 、 下挠 的另外一个 因 素 ， 提出预应力束孔道密实度对梁变 形产生的影响。 l 试 验 过 程 本次试验为静载试验 ， 试验设计 了 3种模 型试 验梁 ： 孔 课题项 目： 重 庆市交 委科技项 目渝科成 登字 2 0 0 7 Y 2 9 1 ( 大 跨 P C连续刚构桥受力行 为及存 在对策研究 ) 道完全压浆 、 孔 道内 中间段未压浆 和孑 L 道完 全未压浆 ， 以探 索孔道密 实程度不 同对预 应力混凝 土梁结构 变形 的影 响 。 对 3种模 型试验梁进行加载 分析 它们 在相同荷载下裂缝 的开展情况及挠度 的变化 。 1 1 试件制 作 、 测试 内容及 测点布置 本次试验 制作 了 3种预应 力混凝 土矩形模 型梁 6根 其 中 1 # 、 2 #梁 孑 L 道完全压浆 3 # 、 4 #梁孔 道内中间 2 5 m长 未压 浆 ， 5 # 、 6 梁孔道 完全未压浆 。试件主要 材料 ： 混凝土 C 5 0 ： 灌 孔 水 泥 浆 M4 0， 预 应 力 钢 绞 线 ： 3 1 5 2 4( 抗拉 强 度 1 8 6 0 MP a ) ； 螺 纹 钢筋 HR B 3 3 5级钢 筋 ( 用 于梁底 及架 立筋 ) ； H P B 2 3 5级钢筋 ( 用于箍筋 ) 。 梁长 5 n l ， 端部 5 0 0 mm 艰 I 2生l2 3中 1524 2生I2 _， - 朗 1 4 J 图 1 横截面配筋 图 【 收稿日 , 2 0 0 9 1 2 2 1 作者简介】 耿 建 莉 ， 女 ( 1 9 8 l - ) ， 炎 黄 职 业 技 术 学 院 ， 硕 士 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 0年第 4期 ( 总第 1 3 5期) 内为箍筋加密区 8 l 0 o ， 中间 8 1 5 O 。 粱的截面尺寸 、 配 筋及孔道位置如图 1 试件 的试验龄 期为 3 5 d ， 试件 在设 计荷载作用下 采集 以下数据 ： 试件梁跨 中截面上缘 l 测点 、 下缘 2测点 、 距跨 中 5 0 0 m m 的截 面下缘 3测点( 作 为参考点 )的混凝 土应 变 ； 跨 中 4测点的挠度。 1 2 试验数据 分析 经计算 梁的开裂荷载为 1 5 0 k N 。 图 2 、 图 3所示是第一 次加载 ， 1 、 2测点混凝土应变 片的荷载一 应变关 系图。其应 变拉为正 ， 压为负 。 1 5 O I 2 O 9 o磊 挥 6 0 3 0 0 - 3 5 0 -3 0 0 - 2 5 0 2 00 一l 5 O 一1 0 0- 5 0 0 应变 e 图 2第 1 次加载 。 1 测点荷载一应变 曲线 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 50 3 0 0 35 0 应变 e 图 3第 1 次加载 。 2测点荷载一应变 曲线 通过试验过程中的观察及分析知 ：当荷载达 到某 一个 值后 ，荷载一应变曲线呈非线性关 系时 ，混凝土拉应变减 小 ， 表明该处或 附近某处 的混凝土开裂。通过这样方法 ， 我 们 分析得 出 ： l # 、 2 # 、 3 # 、 甜 、 5 样 、 6 #梁 在第 1 次 加 载下 ， 1 、 2 测点在 0 l 2 0 k N的静载作用下 ，梁的荷载一 应变呈线性增 长关 系， 应变从 O增加到约一 3 2 O 8 、 2 7 0 ( 应变 拉为正 ， 压 为负) 。图 4 、 图 5为第 2次加载下 ， 梁上有代表性的 1 、 2测 点 的荷载一应力关系图。由图 5可以看 出 1 # 、 2 #梁 2测点 在 0 1 5 2 k N的静 载作用下 梁 的荷载一 应变呈线性增 长关 系。 当外荷载达到 1 5 2 k N后 受拉 区混凝土开裂。 3 # 、 4 #梁 的 2测 点在 1 4 8 k N后 ， 混凝 土开裂 ； 而 5 # 、 6 梁 的 2测点 当外荷 载达到 1 3 9 k N时就开裂 了。对 于线弹性 阶段的荷 载一应变关系曲线产生离散 。笔者认为这是所贴应变片位 l 测点 18 0 15 0 12 0 9 O 6 O 3 0 0 。6 0 0 50 0 4 00 3 00 2 00 。 。 1 0 0 0 应变 p 图 4 第 2次加载 。 1 测点荷载一应变 曲线 l 8 0 l 5 0 镉 1 2 0 柱 9 0 6 0 3 0 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 Q 0 1 0 0 0 1 2 0 0 应燹 u e 图 5 第 2次加载 。 2测点荷载一应变 曲线 置偏差 。 混凝土弹性模量差异及其它相关因素引起的。 整理 各梁 的试验数据得到表 l 。 很显然 。 3种模 型试件 梁的开裂荷载存在这样 的关 系 。 孔道完全压浆 中间段未压浆 完全未压浆 。然而 它们之间 的差别不是很明显 。 下 面从挠度方面进行分析 、 比较 。 图 6 、图 7分别是第 1 次 、第 2次加载下 ， 4测点 的荷 载一 挠度关系图。 由图可以看出 1 # 、 、 3 撑 、 4 # 、 5 # 、 6 #梁在第 1 次 0 1 2 0 k N的静载作用 下 梁 的荷载一 挠度呈线形关系 ， 跨 中 4测点 的挠度 由 O增 加到 4 m m 左右 。在 第 2次 0 4 涮点 ： 曩 9。0 。 ： 0 l 2 3 4 5 挠度衄 图 6第 1 次加载 。 4测点荷载一挠度 曲线 2 5 O 2 0 O 雾 l 50 稼 l 0 0 5 O O 。 坫 挠 麈 皿 2 0 。 。 图 7第 2次加载 。 4测点荷载一挠 度曲线 表 1 各试件梁开裂荷载、 挠度比较 注： 开裂荷载比较 以 5 样 、 梁为基准 。 挠度 以 l # 、 2 #梁为基 准。 z ) I褥枢 如 蚰 0 西霹 稼 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 0年第 4期 ( 总第 1 3 5期 ) 4 5 1 5 0 k N的静 载作 用下 1 # 、 2 # 、 3 # 、 4 # 、 5 # 、 6 #梁跨 中挠 度 由 0 增加 到 5 m m左 右 。考虑到 实际工程 中桥梁 并非处于 弹性 工作 的情况 ， 我们将荷载继续增加 ， 以观察各个梁 的受 力表 现 。在 1 5 0 k N 2 6 0 k N之间梁的挠度迅速发展 ， 5 # 、 6 #梁的 下挠速度明显超过其它梁 。 当外荷 载达到 2 6 0 k N时 ， l # 4 # 梁 下 挠 约 1 9 mm， 而 5 #、 6 梁 下 挠 2 6 9 mm， 约 为 l # 4 #梁 的 l - 5 倍 。对应 的挠度数 据见表 1 ， 由表 1可知 ， 5 群 、 梁 的 挠度 比 l # 一 4 #梁高 5 O 左右 。 虽然上述荷载数值可能有所偏 大 。但毕竞也反映 了孔 道压浆不密实或未压浆对梁抗 力的不利影响 。我们知道在 施工过程 中有很多不可避免 的因素 ，会 导致孑 L 道压浆 的作 用不能充分发挥 ， 甚 至根本失效 。 因此我们不难得 出下述结 论 。 3结 论 通过试验结果分析 我们 得到如下结论 ： 预应 力孔道压 浆不密实或未压浆的梁开裂荷载 比压浆 密实的梁低 。孔道 未压 浆的梁 比孔道压浆不密实及压浆 密实的梁挠度大 。结 合 实际情况 ， 我们推算 ， 对于 P C连续刚构 桥混凝土 开裂或 下挠 孔 道灌浆 密实度对其 影响 至少 占 1 0 。由于本 次试 验试 件数 量有 限 ，关于预应力孔道压浆不密实对 整个结构 所 产生 的影 响 有 待进一步 的研究 ， 总 之 ， 后张法预应 力束 孔道 压浆不密实对结构变形有影响 。这也是 导致 连续刚构 桥 出现裂缝 、 下挠的又一个不可忽视 的因素 并且其对 变形 的影响 随着梁跨 径的增大而增大 。 参 考 文 献 1 1 詹建 辉 ， 陈卉 特 大跨 度连 续刚 构主 梁下挠 及箱 梁裂 缝成 因分析f J 中外公路 ， 2 0 0 5 ( 1 ) 【 2 1 浙江省预应 力连 续箱 梁桥 裂缝 防治课题组 预应 力混 凝土箱形连 续梁桥 裂缝调 查分析及防治研 究报告f R 1 2 0 0 1 【 3 】 钟 新谷 ， 等 预应 力混 凝土连 续 箱梁桥 裂缝 防治与研 究报告 R 】 中南大学， 2 0 o 1 【 4 1 彭卫 ， 等 预 应力 混凝 土连 续箱 梁桥 裂 缝防 治与研 究 科研报告f R 1 浙江工业大学 ， 2 0 o 1 f 5 1 刘山洪 ， 钱永 久 大跨 P C箱梁桥 腹板 裂缝 的控 制研 究 J 重 庆交通学院学报 ， 2 0 0 5 ， 2 4 ( 4 ) 【 6 1 北京建 迭道桥 咨询 有限公 司 六座 连 续刚构桥 施工 图 咨询报告 R I 2 0 0 6 【 7 】 陈万春 ， 马建秦 预 应 力连 续 刚构桥 的 常见病 害形 式 及 维修 加 固施工监控 问题 的讨 论 J 公路 工程 与运 输( 交通 标 准化 ) ， 2 0 o 6 ， ( 2 3 ) ： l 1 2 一 l l 6 【 8 1 王 法武 ， 石 雪飞大跨 径预 应 力混凝 土 梁桥 长期 挠度 控 制分析 J 1 上海公路 ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 2 9 3 2 【 9 1 徐 文平 既有预 应 力混凝 土粱桥承 栽能 力 实桥试 验及 分析研 究f D 1 2 0 0 6 ， 4 I jk一 夸 拿jl t kr ： 夸k 毒 ： j kr jkr 夸 j ， 章 夸l t 业业 jk jl jl t j 毒 jk j j - 夸k， 夸 业夸 ( 上接第 2 7页 ) ( 2 ) 施工屋 面普通混 凝土梁板和与之相连 的小支撑柱 。 ( 3 ) 拆 除屋 面普 通钢筋混凝土梁下支架 。 ( 4 ) 张拉 吊杆 。 ( 5 ) 张拉预应力梁剩余 一半预应力筋 。 ( 6 ) 施工屋 面铺装层 。 ( 7 ) 拆除预应力梁下 支架 。 3 2 预 应 力 施 工 3 2 1 纵 向无粘结 预应力次梁 张拉 ： 无粘 结预应力主要 用 来平衡拱效应产生 的水 平推力兼作温度筋 因此混凝 土浇 筑后达到设计强度 即开 始张拉。 3 2 2 一端张拉孑 L 道防堵孔措施 ：除了保 证孔道 留设 质量 外 ， 专 门穿人 了附加钢绞线 。 浇筑 混凝 土时来 回抽动防止水 泥浆堵塞孔道 。 3 2 3 斜屋 面张拉 千斤顶固定措施 ： 由于斜屋 面坡度 较大 张拉空间狭小 ， 通 过在屋脊上预埋件设置 吊挂点 ， 张拉 时将 千斤顶可靠连接防止滚落 。同时 预埋 件还 作为边缘安全护 栏的拉结点 防止 护栏 整体外翻。 3 2 4 预应力大梁反 拱测试 ：张拉过程 中对 横向大梁进行 了反拱测 试 ， 第 一次 张拉反拱平 均值 4 m m， 第 二次 张拉反 拱平均值 3 mm， 合计 7 m m。 4结 语 针对宜兴大觉寺 大雄宝殿预应力混凝土屋盖 结构设计 等相关 问题 进行 了详细分析与讨论 ， 得到 以下结论 ： 此类结 构 由于屋 面倾角较 大 ， 屋盖体 系拱效应 明显 ， 且拱效应 同时 存在于纵横两个 方向 ；预应力梁除承担竖 向荷载 产生的弯 矩外 ， 还需 平衡 “ 拱脚 ” 推力 ， 处 于拉 弯受 力状态 ； 斜屋 面屋 脊处受力复杂 ， 应充分考虑设计 与施 工两个方面 ， 采取 必要 构造措施 以满 足要求 ； 在进行大跨 预应力 结构设计时 ， 设计 人员必须结合施工顺 序 。充分考虑不 同张拉方案对结 构受 力和施工安全性 的影 响 ； 该工程属 于非常规结 构 ， 空 间效应 明显 ， 受力 复杂 ， 需要进行 空 间三 维模 型分 析 ， 以求准确把 握结构受力特性 。 参考文献 【 l 】 中国建筑科 学研 究院G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2混凝 土结构设 计 规 范f s 1 北京 ： 中国建 筑工业出版社 ， 2 0 0 2 【 2 1 王鑫， 盂 少平， 熊俊 预 应力偏心 受拉 构件裂缝控制 方 法的探 讨 J 】 工业建筑， 2 0 0 9 ， 3 9 ( 1 2 ) ： 1 8 - 2 0 【 3 】 吕志涛， 孟 少平 现 代预应 力设计【 M】 北京 ： 中国建 筑 工 业 出版 社 1 9 9 8 f 4 傅 日荣， 逢鲁峰， 李志明 现 浇预应 力混凝 土框架 结构 常用施工顺序 对结构的适 应性分析 J 】 工业建筑， 1 9 9 9 ， 2 9 f 1 ) 4 9 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m