預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋應(yīng)用與施工相關(guān)問題

陳 忠

摘要:由于板式橋梁具有構(gòu)造簡單、受力明確的特點,可以工廠化預(yù)制,便于質(zhì)量控制和降低成本;可以根據(jù)需求,采用鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),做成實心或空心斷面,并可就地現(xiàn)澆為適應(yīng)各種形狀的彎、坡、斜橋,因此,在一般公路、高等級公路和城市道路橋梁中廣泛采用。文章依據(jù)混凝土空心板橋的特點分析目前應(yīng)用情況,并闡述了施工要注意的相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞:混凝土;空心板橋;預(yù)應(yīng)力;開裂

中圖分類號:TU375文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)22-0109-02

一、混凝土空心板橋的應(yīng)用現(xiàn)狀

(一)從結(jié)構(gòu)形式上

目前,國內(nèi)公路及城市道路,尤其是平原,橋梁凈空和橋臺填土高度受限制的地區(qū),PC簡支空心板橋應(yīng)用很廣,其常用跨徑為20～30m,并多采用橋面連續(xù);連續(xù)板橋由于多用于凈空受限的跨線橋及立交橋匝道橋,多數(shù)屬于彎、坡、斜橋,為降低梁高,常采用普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆實心板結(jié)構(gòu),其跨徑一般不超過30m,如進來在城市立交中采用的無梁板橋,就屬于這一類型。

(二)從施工工藝角度

由于先張法CP梁、板橋具有施工周期短,工序簡潔、節(jié)省材料、耐久性好、維修養(yǎng)護量少等特點,在國內(nèi)外均得到了廣泛應(yīng)用。但是,由于在我國多采用直線布筋,常用跨徑一般限于20～35米,其中空心板板橋一般不超過25m,遠遠落后于國外廣泛采用的折線配筋方式,如前蘇聯(lián)設(shè)計的先張梁跨度達到了69.2m,而向美、日等發(fā)達國家也多使用折線配筋的先張梁。

二、預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的特點

(一)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的主要結(jié)構(gòu)形式

立面布置上,有簡支板和連續(xù)板兩種結(jié)構(gòu)。簡支板結(jié)構(gòu)簡單,缺點是在梁銜接處的撓曲線會發(fā)生不利于行車的折點,行車顛簸,需要設(shè)置伸縮縫或橋面連續(xù),難以保障行車舒順,而橋面連續(xù)也容易破壞。連續(xù)板結(jié)構(gòu)無斷點,行車舒適,且由于支點負彎矩的存在,使跨中正彎矩值明顯減少,從而減少材料用量及結(jié)構(gòu)自重;主要缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,當(dāng)跨徑較大時,長而重的構(gòu)件不利于預(yù)制安裝施工,往往要在工費昂貴的支架上現(xiàn)澆,工期較長。

此外,作為折中方案的“先簡支后連續(xù)”,即發(fā)揮了兩者的優(yōu)點,又克服了它們各自的缺點,可以先按簡支梁規(guī)?；┕?后用濕接縫把相臨跨的梁塊連接成連續(xù)梁從而得到連續(xù)梁優(yōu)越的使用效果。

空心板在橫斷面挖空部分可以采用圓形、端部圓形、矩形、側(cè)面和底面呈直線而頂部呈拱形等(如圖1,圖2)?？招陌辶航孛婵箯澬手笜酥惦S挖空率而變化,一般為0.4～0.55,在綜合考慮結(jié)構(gòu)受力和簡化施工的前提下,常采用抗彎效率指標值較大的截面。成孔方式多采用膠囊、折裝式模板或一次性成孔材料如高強復(fù)合薄壁管(GBF)等材料。

(二)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的優(yōu)點

總結(jié)起來,預(yù)應(yīng)力混凝土空心板具有以下優(yōu)點:(1)構(gòu)造簡單,工藝成熟,多數(shù)施工單位都可操作;(2)可以工廠化預(yù)制,現(xiàn)場裝配,施工簡便迅速,便于質(zhì)量控制和降低成本;(3)體積小、重量輕、便于吊裝;(4)建筑高度小,不受填土高度限制;(5)對地基條件要求不高;(6)遭受破壞后易于修復(fù)。

三、預(yù)應(yīng)力混凝土空心板施工問題

(一)減小溫度收縮應(yīng)力的辦法

轉(zhuǎn)換梁的約束過大,限制了混凝土早期成形時的收縮,加之水化熱的降溫收縮,很容易引起混凝土的開裂。為了減小溫度收縮應(yīng)力,應(yīng)盡可能地減少轉(zhuǎn)換梁的約束。例如在本工程中,不宜用摩擦系數(shù)較大的混凝土墊層充當(dāng)轉(zhuǎn)換梁的底模,建議施工時在轉(zhuǎn)換梁下設(shè)置光滑平整的木質(zhì)模板,在模板上均勻涂刷脫模劑,模板內(nèi)側(cè)鋪設(shè)防水塑料布,這樣防水塑料布既能起到防止水分過分流失的目的,使混凝土得到較好的養(yǎng)護,又能使混凝土和底模的摩擦系數(shù)減小,給混凝土充分的空間收縮。另外,鋼骨柱和轉(zhuǎn)換梁的整澆是結(jié)構(gòu)上的要求,是不可更改的,但設(shè)計中是按鉸結(jié)點計算的,所以完全可以采用二次澆筑的辦法,將轉(zhuǎn)換梁和鋼骨柱分開澆筑。轉(zhuǎn)換梁的寬度比鋼骨柱的柱寬大,所以可以在鋼骨柱中的鋼骨處設(shè)置封閉的鐵皮內(nèi)模并可以用波紋管與外界相連。鐵皮內(nèi)?？蓪摴桥c轉(zhuǎn)換梁第一次澆筑的混凝土分離出來,待第一次澆筑的混凝土收縮變形穩(wěn)定后,再用給預(yù)應(yīng)力筋孔道灌漿的辦法,將細石混凝土填滿鐵皮內(nèi)腔。另外,由于和轉(zhuǎn)換梁相連的普通混凝土小梁比轉(zhuǎn)換梁的收縮小,那么小梁會對轉(zhuǎn)換梁收縮起到限制作用,也成為一種隱形的約束,為了消除這種隱形的約束,可以在小梁的跨度1/3處留設(shè)施工縫,在第二次澆筑鋼骨柱內(nèi)?；炷?xí)r澆筑剩下的小梁混凝土,這樣可以使轉(zhuǎn)換梁得到充分的收縮空間。綜合采取這些施工措施能使混凝土得到充分的收縮空間,釋放了大量的收縮應(yīng)力,使混凝土的溫度收縮裂縫出現(xiàn)的機會大大減小。同時很好的養(yǎng)護也是必不可少的重要措施,例如,轉(zhuǎn)換梁上覆蓋草墊灑水養(yǎng)護,并用塑料薄膜包裹混凝土以減少水分蒸發(fā)等。從另一方面看,減小轉(zhuǎn)換梁梁底和梁端的約束,可以使預(yù)應(yīng)力建立的效果更加明顯,這也是防止早期混凝土收縮開裂的方法之一。

(二)高層建筑轉(zhuǎn)換梁混凝土開裂的防治措施

無論業(yè)主還是施工單位,都希望縮短施工工期,加快施工進度。這就不可避免的要在混凝土澆好后,施工規(guī)范驗收規(guī)范允許的條件下,盡早拆模,尤其是樓板的模板;而且樓板在澆筑后兩天(樓板混凝土強度達到1.2N/mm2),上面就可以搭設(shè)上一層的鋼管腳手架了。當(dāng)樓板的底模拆除后,樓板上的荷載傳向轉(zhuǎn)換梁,使還沒有達到設(shè)計強度的轉(zhuǎn)換梁過早的承擔(dān)了荷載,加上自身的重量和大體積混凝土的溫度收縮,很容易使混凝土開裂,并且在支座處易形成八字形裂縫。采用有限元軟件進行模擬分析,得到的結(jié)果是在靠近梁兩端1/3梁跨間,剪應(yīng)力相對最大。也就是說此間極易出現(xiàn)八字形剪切斜裂縫,故當(dāng)混凝土的齡期較短,未達到規(guī)定強度就拆模時,由于自重產(chǎn)生的剪應(yīng)力或自重剪應(yīng)力與溫度、收縮應(yīng)力之和大于該狀態(tài)下混凝土的抗拉強度時,就會出現(xiàn)上述典型的八字形斜裂縫。

防止拆模過早引起裂縫的措施,最簡單易行的是等轉(zhuǎn)換梁所在層混凝土達到28天強度,張拉完轉(zhuǎn)換梁的預(yù)應(yīng)力筋后拆模,但為了加快模板的周轉(zhuǎn),節(jié)約成本,可以利用不利荷載隔跨布置的原理,采取將轉(zhuǎn)換梁的隔跨板底模先拆除,而所有梁不拆底模的辦法。若想拆除所有板底模,也可以采取加固轉(zhuǎn)換梁梁底腳手架的辦法?？傊?不能在無任何加固措施的情況下將沒有達到強度的轉(zhuǎn)換梁底模板過早拆除。

四、結(jié)語

由于板式橋梁具有構(gòu)造簡單、受力明確的特點,而預(yù)應(yīng)力混凝土空心板建筑高度相對最低,對土源缺乏、軟基較多的平原地區(qū)有顯著的經(jīng)濟性,因而特別受到歡迎。可以經(jīng)過優(yōu)化后編制適當(dāng)?shù)耐ㄓ脠D集,大量推廣,從而簡化設(shè)計、施工過程,促進施工技術(shù)、工藝的標準化,提高預(yù)制板質(zhì)量,并進一步降低生產(chǎn)成本,獲得更好的經(jīng)濟效益和社會效益。所以,做好預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋的優(yōu)化設(shè)計工作意義重大。

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