大吨位预应力混凝土箱梁预张拉监测与分析.pdf

文章编号:()收稿日期:作者简介:王小飞()男陕西临潼人高级工程师主要从事桥梁工程方面的工作:.引文格式:王小飞.大吨位预应力混凝土箱梁预张拉监测与分析.铁道建筑技术():.大吨位预应力混凝土箱梁预张拉监测与分析王小飞(中铁十六局集团第三工程有限公司 浙江湖州)摘 要:为进一步提高箱梁抗裂性能结合杭甬复线工程对大吨位预应力混凝土箱梁在预张拉阶段进行混凝土应变现场监测并采用有限元软件对预张拉方案进行优化分析 结果表明:通过对箱梁部分预应力钢束进行预张拉箱梁各典型截面均出现一定的压应变增量顶板压应变增量约为 底板压应变增量约为 可为箱梁顶板、底板提供约.的预压应力增量预张拉施工工艺可使箱梁内部产生一定的预压应力在满足混凝土强度要求前提下应尽早拆除内部模板选择在水化热温度和温差较大时段进行预张拉施工并适当提高预张拉的控制应力 本文研究成果可为大吨位箱梁预制施工提供参考关键词:混凝土箱梁 预张拉 混凝土应变 现场监测 有限元分析 抗裂性能中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:引言随着我国交通建设快速发展大吨位预应力混凝土箱梁的应用日益广泛 由于箱梁端部尺寸较大在施工过程中水泥水化热温度较高 在箱梁内外产生较大的温差和温度应力易造成早期混凝土开裂 为提高箱梁早期抗裂能力一方面在箱梁施工过程中采取相应的控温措施降低水化热温度减小箱梁的内外温差另一方面对箱梁的部分预应力钢束进行张拉为箱梁提供一定的预压应力以降低箱梁开裂风险王建强等、王福兴等对采用二次浇筑的连续箱梁进行分批次张拉全过程的应变监测提出对箱梁部分预应力钢束进行早期初张拉可使顶板产生一定的压应变提高顶板的抗裂性能 吕忠达等采用 对箱梁预张拉方案进行分析提出对部分预应力钢束进行预张拉可以使箱梁纵向处于受压状态可有效防止裂缝出现本文结合实际工程对 预应力混凝土箱梁在预张拉过程中混凝土应变进行现场监测研究箱梁部分预应力钢束预张拉过程中各部位混凝土应变分布特征和发展规律并对箱梁预张拉方案进行分析和优化为大吨位箱梁预制施工提供参考铁道建筑技术 ()王小飞:大吨位预应力混凝土箱梁预张拉监测与分析 工程概况结合宁波市杭甬复线工程选取 大吨位预应力混凝土箱梁对其进行施工过程中的水化热温度监测同时为了防止混凝土早期开裂对箱梁部分预应力筋进行预张拉对混凝土应变进行现场监测 箱梁截面选取如图 所示箱梁宽度为.箱梁跨中顶板厚度为 在端部附近顶板厚度增加至 跨中底板厚度为 在端部附近增加至 跨中腹板厚度为 端部附近腹板增加至 预制箱梁内模板和外模板均采用大型整体钢模板如图 所示图 预应力混凝土箱梁截面、监测截面及预应力钢束布置(单位:)图 箱梁模板预制箱梁采用 海工混凝土配合比如表 所示表 混凝土配合比/水泥粉煤灰矿粉砂碎石水外加剂.箱梁预张拉监测方案箱梁预张拉监测选取 个截面:、和(如图 所示)其中、截面距离端部、截面距端部 截面位于跨中 各截面测点布置如图 所示测试采用 型埋入式智能弦式应变计采集仪采用 综合自动采集系统 在混凝土强度达到设计强度的 后开始对箱梁部分预应力钢束进行预张拉 本次箱梁部分预应力钢束的预张拉从混凝土浇筑 后开始此时箱梁内部侧模已脱开顶模未脱开 预张拉顺序为:张拉控制应力为 预张拉施工时间为 为研究部分预应力钢束预张拉的效果从预张拉施工开始每小时采集一次数据测试开始时读取每个应变计数据作为该测点的初始值将后续每小时各测点经过温度修正后的监测数据减去该测点的初始值即得到该测点的应变变化量(压应变为负值拉应变为正值)图 测点布置(单位:)箱梁预张拉监测结果各截面应变变化量如图 所示(有部分测点损坏或未监测到有效数据)各截面顶板、底板应变变化量见表 其平均值如图 所示 可以看出:()随着部分预应力钢束预张拉除 截面的 测点出现了拉应变增量(约为)外其余各测点均为压应变增量且压应变增量基本呈逐渐增大趋势()箱梁各截面顶板测点的应变变化量较大铁道建筑技术 ()王小飞:大吨位预应力混凝土箱梁预张拉监测与分析截面为 截面为 ()箱梁各截面底板测点应变变化幅度相对较小其中 截面为 ()截面顶板测点应变变化量平均值为 各截面的平均值为 截面底板测点应变变化量的平均值为 各截面的平均值为 根据此时混凝土的弹性模量可知通过对部分预应力钢束的预张拉可为箱梁顶板和底板提供约.的预压应力增量从而可有效降低混凝土开裂风险 图 各截面应变变化量表 预张拉引起各截面应变变化量截面位置顶板 底板 图 箱梁各截面顶底板测点应变变化量均值 箱梁预张拉方案优化根据前期对箱梁水化热温度场监测在混凝土开始浇筑 左右箱梁内部的温度和温差基本达到峰值温度峰值约为 温差峰值约为 并且持续时间均较长将在箱梁内部产生较大的温度应力 根据对箱梁部分预应力钢束进行预张拉的监测结果采用预张拉工艺可以有效降低混凝土开裂的风险 为了使预张拉工艺达到更好的效果对上述预张拉方案进行分析和优化根据现场混凝土强度测试结果在混凝土浇筑后 左右混凝土的抗压强度已达到设计强度的 为了更好地发挥预张拉工艺效果提高箱梁早期的抗裂性能分析中将预张拉时间取为混凝土开始浇筑后 具体分析方案见表 采用 建立预应力混凝土箱梁的有限元模型对箱梁进行水化热温度和预张拉应力分析模板采用生死单元的方法来模拟其脱模状态表 箱梁部分预应力钢束预张拉方案预张拉方案张拉顺序张拉控制应力/模板状态方案 侧模脱开、顶模未脱开方案 侧模脱开、顶模未脱开方案 侧模、顶模均脱开方案 侧模、顶模均脱开 各预张拉方案箱梁跨中 截面的纵向应力云图见图 纵向压应力幅值见表 可以看出:各预张拉方案均使箱梁内部产生一定的预压应力可有效防止箱梁裂缝的产生方案 和方案 对比可知拆除内部顶模可使箱梁内部产生更大的预压应力因而在满足混凝土强度要求的前提下应尽早拆除内模方案 和方案 使箱梁内部产生的预压应力较大但由于方案 需要张拉的预应力钢束较多因而方案 更为合理铁道建筑技术 ()王小飞:大吨位预应力混凝土箱梁预张拉监测与分析图 箱梁跨中 截面应力云图表 箱梁跨中 截面纵向压应力预张拉方案最小压应力最大压应力方案.方案.方案.方案.结论通过对大吨位预应力混凝土箱梁预张拉阶段混凝土应变现场监测和预张拉方案的优化分析得出以下主要结论:()对箱梁部分预应力钢束进行预张拉箱梁各截面均基本出现一定的压应变增量其中顶板的压应变增量变化幅度较大底板的压应变增量变化幅度较小()箱梁各截面顶板的压应变增量约为 底板的压应变增量约为 可为箱梁顶板、底板提供约 的预压应力增量有效降低混凝土开裂的风险()对箱梁进行预张拉可使箱梁内部产生一定的预压应力在后续箱梁施工过程中在满足混凝土强度要求的前提下应尽早拆除内部模板选择在水化热温度和温差较大的时段进行预张拉施工并可适当提高预张拉的控制应力从而进一步提高箱梁的抗裂性能参考文献 汪建群方志刘杰.大跨预应力混凝土箱梁水化热测试与分析.桥梁建设():.王新联徐爱敏.公路大吨位箱梁早期水化热温度场试验研究.公路():.杜海鑫石雪飞杨戈平等.现浇混凝土连续箱梁早期裂缝研究.结构工程师():.刘军星崔勇.预应力张拉顺序对结构内力影响分析.铁道建筑技术():.王建强吕忠达赵卓等.预应力混凝土连续箱梁顶板早期裂缝控制研究.铁道工程学报():.王福兴.非对称预应力混凝土箱梁水化热温度及应变监测与分析.铁道建筑():.吕忠达杨允表.大吨位预应力混凝土箱梁预制过程的裂缝成因及预张拉分析.中国市政工程():.王东妹王飞.整孔预制大吨位箱梁早期温度及应变试验研究.公路():.戴公连岳喆.混凝土箱梁早期温度测试与分析.武汉大学学报:工学版():.张文伟杨植春朱坤.某预应力混凝土箱梁桥水化热测试及分析.中外公路():.汪建群方志.大跨预应力混凝土箱梁桥施工期腹板开裂研究.湖南大学学报:自然科学版():.谢明权.大吨位预制混凝土箱梁早龄期温度效应研究.郑州:郑州大学.(上接第 页)黎泰良.无铺装钢轨道梁日照温度场研究.铁道建筑技术():.黄海新严仕松李春明等.日照条件下钢箱梁构造对温度场的影响分析.重庆交通大学学报(自然科学版)():.刘扬张海萍邓扬等.基于实测数据的悬索桥钢箱梁温度场特性研究.中国公路学报():.张玉平杨宁李传习.无铺装层钢箱梁日照温度场分析.工程力学():.郝超.大跨度钢斜拉桥施工阶段非线性温度影响研究.公路交通科技():.刘思琴.无铺装钢箱梁温度梯度及其对顶推与斜拉状态影响分析.长沙:长沙理工大学.:.():.赵人达 王永宝.日照作用下混凝土箱梁温度场边界条件研究.中国公路学报 ():.杨松李文强黄旭等.基于对流换热系数修正的钢箱梁温度场研究.华南理工大学学报(自然科学版)():.郑宏利.寒旱区正交异性板连续钢箱梁桥日照温度场研究.钢结构():.铁道建筑技术 ()