連續(xù)剛構(gòu)橋施工中的幾個問題

張士才

摘要:從施工的角度來提示在設(shè)計連續(xù)剛構(gòu)橋時不可忽視的問題,主要內(nèi)容有:縱向預(yù)應(yīng)力束的錨固角度與管道局部偏差、豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋的回縮、節(jié)段的養(yǎng)生時間、日溫差的作用等;同時討論了線形控制中四個重要問題。

關(guān)鍵詞:連續(xù)剛構(gòu);施工與設(shè)計

連續(xù)剛構(gòu)強大的生命力,它投資少,施工質(zhì)量容易保證,兼之跨度可與斜拉橋競爭,連續(xù)剛構(gòu)橋在國內(nèi)有相當(dāng)大的發(fā)展前景。現(xiàn)將施工中考慮到的幾個問題提出來,拋磚引玉,供施工和設(shè)計參考。

1 現(xiàn)澆段

邊跨現(xiàn)澆段一般采用落地滿堂支架,在施工過程中難度相當(dāng)大,特別是在高墩、地基復(fù)雜的情況下。某橋40m現(xiàn)澆段(720m3砼)用鋼材高達1150t,耗時120天,難度、費用相當(dāng)大。邊跨中跨比例宜為0.54～0.55縮短現(xiàn)澆段長度,減小現(xiàn)澆段內(nèi)的剪力,方便施工,也容易保證施工質(zhì)量,節(jié)約投資。

2 結(jié)構(gòu)內(nèi)力方面

向預(yù)應(yīng)力束的錨固角度與管道局部偏差

一般的,預(yù)應(yīng)力束錨固方向與斷面線存在一定的角度(有時還是空間角度)。該角度在圖紙上可以描述,而在施工中不能控制,原因有:a.斷面線觀測控制十分困難;b.斷面線本身位置也隨施工過程而變化。其實在設(shè)計中完全可以使預(yù)應(yīng)力束自然地在錨固斷面上基本垂直地錨固,極大地方便施工。其實嚴格控制錨固角度也沒有多大的意義。

預(yù)應(yīng)力管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)K與管道線形、施工水平有很大的關(guān)系;另外一個因素就是管道直徑與預(yù)應(yīng)力束的直徑差,隨著橋梁跨度的增大和砼標號的提高,設(shè)計者盡可能地減小截面面積以減小恒載比例,這樣會相應(yīng)地增大預(yù)應(yīng)力束面積 而減小管道面積。設(shè)計中確定的預(yù)應(yīng)力束坐標其實是預(yù)應(yīng)力管道的坐標,設(shè)計中要考慮施工的正負誤差和預(yù)應(yīng)力束的偏心,偏心值取決于管道直徑與預(yù)應(yīng)力束的直徑差。如果取k=0.0008,μ=0.19,則預(yù)應(yīng)力張拉伸長量僅在束長小于180m滿足施工規(guī)范規(guī)定±6%,而目前預(yù)應(yīng)力束長達267m,實踐表明規(guī)范中K值過于嚴格。據(jù)筆者推算在施工不是十分嚴格的情況下K值可達0.004。

2.1 豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋的回縮

施工中有這樣的不利因素組合或單獨作用:①錨墊板與鋼筋中心線不垂直;②砼表面凹凸不平與鋼筋中心線不垂直,張拉時鋼筋不能保持原有中心線而使鋼筋偏心;③錨固螺母的緊固靠手去向下擰緊,難以達到要求。如果上述三個因素組合在一起,則錨固時預(yù)應(yīng)力筋回縮可達5mm。現(xiàn)假設(shè)φ預(yù)應(yīng)力筋長度為4.5m,張拉力50t,伸長量約為13mm,則預(yù)應(yīng)力損失相當(dāng)大(38%)。如此情況設(shè)計者應(yīng)考慮到,成其是現(xiàn)澆段部分梁體矮、剪力大。

箱梁頂?shù)装迳系钠胀ㄤ摻钤O(shè)置一般是這樣的:上下面有一層縱向和橫向主筋組成的鋼筋網(wǎng),上下層鋼筋網(wǎng)之間設(shè)豎向的聯(lián)系筋,該聯(lián)系筋習(xí)慣地稱為“架立筋”。在底板上該聯(lián)系筋要承受相當(dāng)?shù)睦?尤其在跨中底板有預(yù)應(yīng)力束時。國內(nèi)曾有因設(shè)計失誤而在預(yù)應(yīng)力張拉過程中使底板分層的實例。對于長懸臂翼板的聯(lián)系筋也要從設(shè)計上和施工上保證。簡單地稱聯(lián)系筋為架立筋,模糊了部分人員(尤其是不參與設(shè)計的)對聯(lián)系筋作用的認識,而在施工中放松了要求。

2.2 節(jié)段的養(yǎng)生時間

一般資料討論砼性質(zhì)以72小時齡期為起點。一般認為在砼達到一定強度后即可張拉,沒有對齡期作出要求。為趕工期,張拉時(砼強度達80%)砼齡期最短可為48小時。結(jié)構(gòu)一旦在某齡期小彈性模量狀態(tài)下發(fā)生了位移,即使彈性模量隨時間而增長,已發(fā)生的位移已不可恢復(fù)。而且,短齡期砼在拉應(yīng)力狀態(tài)下或壓應(yīng)力減小情況下發(fā)育不均勻,也會影響徐變收縮的發(fā)展。對于由某些粗集料(如閃長巖)組成的高標號砼其彈性模量E與強度R并不存在常見的E-R數(shù)學(xué)關(guān)系。張拉前砼養(yǎng)生時間應(yīng)有所控制。

2.3 剪力鍵的設(shè)置

懸臂現(xiàn)澆梁段連接面因為震搗收縮等原因難以很好的連接,設(shè)置剪力鍵比較放心。但施工不便。如果設(shè)計者認為主梁是偏心受壓而不是受彎的話,可以不設(shè)剪力鍵而簡化施工。目前國內(nèi)有的橋梁設(shè)剪力鍵,有的不設(shè)。

2.4 日溫差的作用

理論和實際表明日溫差會引起相當(dāng)大的縱向溫度應(yīng)力,如某三跨(35+70+35m)上下等效溫度差可達10℃,引起的底板最大應(yīng)力3.9Mpa。重要橋梁在設(shè)計前應(yīng)在橋址處做相應(yīng)的模型實驗。這樣的應(yīng)力會對砼橋面產(chǎn)生不利作用甚至產(chǎn)生裂縫。長期的日溫差反復(fù)作用在結(jié)構(gòu)懸臂階段會殘留相當(dāng)大的不可恢復(fù)的附加變形,重慶嘉陵江大橋120m懸臂日上下變動達40mm,每循環(huán)殘留變形為2%～5%。

3 線形(標高)控制的基本條件

3.1 施工質(zhì)量穩(wěn)定、施工計劃完善的必要性

結(jié)構(gòu)計算建立在一定假定條件上,它也要求結(jié)構(gòu)處于假定條件范圍內(nèi)。如果大橋的施工質(zhì)量不能保證穩(wěn)定連續(xù)和可靠性,那么用有限元來計算大橋某時刻的狀態(tài)是十分困難的,也是跟不上變化的。砼作為結(jié)構(gòu)變形的母體,在一座橋梁中應(yīng)力求砼生產(chǎn)、生長條件一致。

某梁段立模標高簡單的說就是設(shè)計標高+預(yù)拱度,某梁段立模(預(yù)拱度設(shè)置)時刻處于成橋過程中,立模時刻該梁段的位移變化剛剛開始,而預(yù)拱度包括該梁段自立模時刻起在成橋過程中發(fā)生的所有位移的綜合值。結(jié)構(gòu)位移受結(jié)構(gòu)的狀態(tài)、時間、經(jīng)歷(應(yīng)力歷史)影響,故施工計劃應(yīng)完善,基本上不得變更。如果“計劃趕不上變化”,那么預(yù)拱度計算就沒有基礎(chǔ),更談不上精度。為趕進度,縮短砼加載齡期,就增大了徐變,而且有可能影響施工質(zhì)量。

如果施工質(zhì)量不穩(wěn)定、施工計劃變化較大,線形控制就是空中樓閣。

如果不作深入的分析會認為掛籃增大了橋梁施工期內(nèi)的變形。筆者大略推算,一般情況下掛籃會減小變形。掛籃荷載隨懸澆推進而一步一步加上去,掛籃拆除是一次性全部卸載的。

3.2 高應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變計算

砼線性徐變計算公式假定бha≤0.5Rba(Rba:砼28天標準強度)?！稑蛞?guī)》又認為在施工階段50#砼最大應(yīng)力可以等于0.75Rba(Rba :施工時砼標準強度)。徐變理論認為如果應(yīng)力長期大于0.5 Rba,那么徐變?yōu)榉蔷€性,增長斜率明顯劇增。如施工階段某些單元砼應(yīng)力可以達到0.58 Rba。規(guī)范假定砼彈性模量是在0.5 Rba時的割線模量,在彈性模量這一項上也應(yīng)該作修正。受壓試件內(nèi)的微裂縫在應(yīng)力強度比為0.5后時即可出現(xiàn)。微裂縫一旦出現(xiàn),徐變迅速增加。

3.3 預(yù)應(yīng)力張拉時的變形計算

該類型橋梁中,由自重引起的變形為主,預(yù)應(yīng)力張拉減少底板壓應(yīng)力,增加頂板壓應(yīng)力,是否可以認為底板(結(jié)構(gòu))處于多次加載、卸載狀態(tài),一般認為卸載時應(yīng)力應(yīng)變曲線的割線往往平行于加載曲線原點的切線,而切線模量大于割線模量,故計算預(yù)應(yīng)力作用引起的變形時,彈性模量是否要修正為切線模量。另一方面,預(yù)應(yīng)力作用下的底板(結(jié)構(gòu))狀態(tài)是否可以認為是徐變狀態(tài)下的部分卸載,結(jié)構(gòu)會有殘留變形,不能簡單地用直接剛度法來計算其變形。