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先張法預應力空心板梁預拱度發展變化原因淺析

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先張法預應力空心板梁預拱度發展變化原因淺析
吳劍波
【內容摘要】:本文通過對實測的空心板梁預拱度值繪出的曲線分析影響預拱度的形成發展的原因。
【關鍵詞】:預拱度 收縮 徐變 齡期 彈性模量
 
本文主要研究空心板梁在預加應力階段預拱度隨時間發展的特征,空心板在預加應力階段由于預應力偏心所產生的彎矩將使梁向上彎曲,梁就自然的由原來支承在底模上變為兩端支承,從而使梁底面形成一條平滑的弧線,即預拱度。
連徐高速公路E-5項目有20M先張法預應力空心板梁156片, 對不同齡期的156片梁的近六個月的跟蹤測量,從近1000份數據中選擇了76個有代表性的數據,繪出如下的一條曲線。(曲線不是平滑的,都是在一定范圍內波動,曲線通過的位置是多組數據求出的算術平均值)數據如下:
 
 
 
 
通過以上數據得出的圖形見附頁。
從以上曲線可以看出板梁預拱度在前90天內發展很快,大約是最終值的80%--90%, 前3個月預拱度基本上成線性發展,線性回歸方程如下:
從放張到第90天的預拱度值分別為9.25、 17.13、18、19.63、20.88、22.88、24.25、25.38、26.63、28.25
設線性回歸方程為:Y=BX+A
 
(XY)-X×Y
則 B = ───── ①
X^2-(X^2)
 
A=Y-B×X ②
 
以上①②式中,(XY)為各對應的X、Y乘積的平均值,X為X的平均值,Y為Y的平均值,(X^2)為X^2的平均值,(設時間參數為x,預拱度值為Y)求得X×Y=1000.35,X=40.9,Y=19.3,X^2=2590.9,所以B=0.23,A=9.89,由此求出線性回歸方程為:Y=0.23X+9.89。
從90天到120天范圍內預拱度值并未明顯發展,從120天到180天,預拱度有一個小的飛躍,但不如前期增長快,180天以后預拱度值基本穩定。
1.下面簡要分析如下幾個問題:
1.1預應力是如何傳遞給板梁,產生預拱度.
首先通過張拉預應力筋,使預應力筋達到設計的張拉應力,然后澆筑砼,當砼強度達到設計值的80%~90%后,放松預應力筋,由于砼與預應力筋之間的握裹力,阻止預應力筋回縮,從而使砼承受一個壓應力,這個壓應力使空心板梁的任一截面的底面受拉,這樣就產生了向上的預拱度。
1.2什么原因影響預拱度值波動
從我測得的近1000個數據中,對于同一齡期的板梁,預拱度值是有很大差別的,大約在±3mm內波動,一般認為,預拱度值隨砼強度的增長而增長,砼強度增長快,則預拱度值增加快,有的板梁由于外界養護條件、砼的配比的波動,強度增長的快慢并不一樣,所以預拱度值會產生波動,另外一個原因是梁板中所建立的預應力值有波動(由于張拉設備的精確程度、人工操作、預應力損失、失效管長度等影響預應力值波動)。
1.3為什么在90天到120天預拱度發展平緩
梁板放張完的前90天預拱度值完成整個值的80%~90%,在此階段,預應力筋通過與砼的粘結力傳遞給梁板一個壓應力(相當于一個向上的均布荷載),從放張開始的90天內,砼與預應力筋共同變形,在此階段可以將砼看成彈性材料,預拱度的變化基本成線性關系, 從90~120天預應力筋的作用不能再使砼變形繼續增大,但由于砼長期承受壓應力,砼會產生收縮(即徐變),由于徐變的發展是很平緩的,所以預拱度值發展平緩。
1.4為什么實際預拱度值比設計值偏大
預拱度值的大小在施工圖中都有明確的說明,但在實際施工中并不與設計相符,主要有以下原因:
1.4.1梁體內所建立的預應力值由于超張拉而偏大
1.4.2砼的收縮變形
砼在空氣中凝結硬化過程中,體積減小的現象,稱作收縮,由于砼的收縮雖然有預應力損失,但更多的作用是使梁產生向上的預拱度。砼的收縮一般在兩周內完成全部收縮的1/4,一個月完成1/2,三個月達3/4左右,兩年后趨于穩定。
影響砼收縮的因素有:
a.水泥用量
水泥用量越多,收縮越大,水灰比越大,收縮越大。
b.水泥品種
標號越高,收縮越大。
c.骨料性質
骨料彈性模量越大,收縮越小。
d.養護條件
濕度越大,收縮越小。
e.砼的制作條件
振搗密實收縮小。
f.構件體積/表面積大時收縮小。
1.4.3砼的徐變
在荷載長期作用下(維持壓應力不變),砼的應變隨時間繼續增長的現象,稱為砼的徐變,由于砼的徐變可使預應力梁的預拱度值增加0.5~1倍.
影響砼徐變因素很多,一般分為以下三類:
a.內在因素
砼的組成成份和配比是影響徐變的內在因素,水灰比越大,水泥用量越多,徐變越大,骨料越堅硬,含量越多,徐變越小。
b.環境條件
養護條件下的溫度和濕度是影響徐變的環境條件,在預加應力階段,濕度越大,溫度越高,水泥水化作用充分,徐變就越小,采用蒸汽養護可使徐變減少20%~35%。
c.應力條件
徐變是砼受載后隨時間增長的變形,因此,施加初應力的水平和加載時砼的齡期是影響徐變的重要因素,加載時砼的齡期越長,砼硬化越充分,徐變就越小。
以上通過曲線總結了幾點預拱度隨時間發展的特征。預拱度的形成發展過程是一個很復雜的過程,受各種應力因素、人為因素、環境因素等的影響,有很多現象很難準確分析。在今后的實踐中仍需不斷總結不斷研究預拱度的形成發展特征。

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