薄壁混凝土槽型梁裂縫控制技術(shù)研究

方向春

摘要：槽型梁多為薄壁混凝土，底板內(nèi)布置雙向預(yù)應(yīng)力筋以增強其整體剛度及抗裂性能，由此對施工工藝提出了較高的要求。新建京沈鐵路客運專線采用薄壁混凝土槽型梁結(jié)構(gòu)，為國內(nèi)工程中首例應(yīng)用，由于安全等級較高、使用壽命較長，施工時應(yīng)制定合理工藝及工序以滿足其抗裂要求。本文從模板布置、鋼筋綁扎、混凝土澆筑及養(yǎng)護三個方面控制裂縫的產(chǎn)生，具體闡述施工工藝及實現(xiàn)過程，針對槽型梁結(jié)構(gòu)特點制定雙向預(yù)應(yīng)力張拉工序，并采用MIDAS/Civil軟件對張拉過程中槽型梁應(yīng)力分布進行計算，以保證張拉工序合理、可靠，為類似工程提供經(jīng)驗。

Abstract： Channel girder is properly made of thin-wall concrete members， in practice. And horizontal and longitudinal prestressing tendons are always put into the bottom plate， in order to improve the integral rigidity and crack resistance. Beijing-Shenyang Passenger Dedicated Line is the first application of channel girder with higher safety class longer service life， causing more strict crack resistance in construction. Measures of controlling crack is provided during manufacturing frameworks， assembling reinforcement， and placing and curing concrete. Bidirectional prestressing process is presented when considering the structural features. The verification of prestressing is executed by the stress distribution， with the help of MIDAS/Civil. The procedure and technology of controlling crack can be applied to similar projects.

關(guān)鍵詞：槽型梁；薄壁混凝土；裂縫控制；預(yù)應(yīng)力張拉；雙向預(yù)應(yīng)力

Key words： channel box girder；thin-wall concrete；crack control；prestressed stretching；bidirectional prestressing

中圖分類號：TV544 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）06-0116-03

0 引言

橋梁工程中，槽型梁腹板及底板均為薄壁混凝土結(jié)構(gòu)，在豎向荷載作用下，將產(chǎn)生縱向彎矩及橫向彎矩[1，2]。此時，槽型梁底板混凝土產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，而起橫向抗彎剛度較小，易出現(xiàn)縱向裂縫[2]；槽型梁屬于開口下承式薄壁結(jié)構(gòu)，抗扭剛度較小，其腹板與底板結(jié)合處同時承受彎矩及扭矩，應(yīng)力集中較為明顯，該位置較易產(chǎn)生裂縫；槽型梁中鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋分布較密，混凝土澆筑質(zhì)量不易保證，裂縫較易產(chǎn)生[3，4]。因此，為保證槽型梁結(jié)構(gòu)的安全及耐久性，施工時應(yīng)制定合理的工藝及工序，有效控制裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展。

新建京沈鐵路客運專線全長697km，設(shè)計時速為350km，其中板石山2號中橋及繞陽河特大橋均采用預(yù)應(yīng)力混凝土雙線簡支槽型梁，設(shè)計使用壽命100年，為國內(nèi)鐵路工程中槽型梁結(jié)構(gòu)首次應(yīng)用。簡支槽型梁跨徑32.6m，兩端及中間共設(shè)置9道橫梁，橫梁間設(shè)置4道縱梁，腹板為外傾23°倒L形，腹板內(nèi)側(cè)對應(yīng)于橫梁位置處設(shè)置加勁隔板，槽型梁高3.4m，底板厚0.33m，寬11.1m，內(nèi)部凈寬9.9m，如圖1所示；為防止正常使用階段出現(xiàn)較大的裂縫及撓度，槽型梁內(nèi)部設(shè)置雙向預(yù)應(yīng)力筋，橫向49束，縱向159束。由于槽型梁截面較復(fù)雜，鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋分布較密，混凝土施工質(zhì)量較難保證，從而影響槽型梁結(jié)構(gòu)的正常使用及耐久性[5]。本文針對薄壁混凝土槽型梁施工中模板、鋼筋及混凝土工程特點，并考慮預(yù)應(yīng)力筋雙向張拉控制難點，闡述具體施工工藝，為類似工程應(yīng)用提供參考。

1 薄壁混凝土槽型梁施工工藝

槽型梁多為薄壁混凝土結(jié)構(gòu)，為控制裂縫的產(chǎn)生，主要從槽型梁模板布置、鋼筋綁扎、混凝土澆筑及養(yǎng)護三方面闡述施工工藝。

1.1 模板布置

為保證模板剛度及施工精度，槽型梁模板放置于碗扣式腳手架上，其下部橫向布置10cm×15cm主龍骨，縱向布置10cm×10cm次龍骨，并設(shè)置可調(diào)節(jié)頂托以保證結(jié)構(gòu)精確定位[6]。模板采用1.5cm厚橋梁專用竹膠板，便于實現(xiàn)底板下橫、縱梁節(jié)點構(gòu)造及梁與底板間加腋構(gòu)造，模板加工及安裝時按照底模板、側(cè)模板、翼板底模板、腹板內(nèi)模板順序組織施工，具體如圖2所示。

1.2 鋼筋綁扎

考慮槽型梁的承載能力及構(gòu)造要求，其內(nèi)部鋼筋配置較多、分布較密、分類較細[7]，與預(yù)應(yīng)力預(yù)埋管道及錨固端預(yù)埋件間存在碰撞的可能，如圖3所示。為便于鋼筋定位及混凝土振搗，綁扎鋼筋時按照橫梁、縱梁、底板、腹板、翼板的順序進行，同時對鋼筋水平、豎向間距微調(diào)整，與預(yù)埋管道及預(yù)埋件間留有足夠空間，保證混凝土振搗密實。endprint

1.3 混凝土澆筑及養(yǎng)護

該工程槽型梁較為復(fù)雜，為保證結(jié)構(gòu)整體性，整跨需連續(xù)澆筑，故對混凝土和易性要求較高，坍落度應(yīng)控制在200mm左右[8]，所用C50級混凝土配合比見表1，水灰比為0.3。澆筑混凝土?xí)r采用2臺泵送車同時、對稱、連續(xù)澆筑，按照水平分層、縱向分段、橫向?qū)ΨQ的方案，槽型梁混凝土澆筑順序如圖4所示。澆筑底板混凝土?xí)r，由腹板注入混凝土，待高度達0.4m時，直接由底板灌注混凝土，然后澆筑腹板混凝土，單次澆筑高度30～40cm?；炷翝仓r應(yīng)同步振搗，并避免鋼筋、預(yù)埋管道移位。待混凝土澆筑完成及初凝后，應(yīng)及時采用土工布覆蓋，并定期灑水養(yǎng)護。

2 槽型梁雙向預(yù)應(yīng)力張拉工序

為避免槽型梁撓度及裂縫過大，底板橫、縱向均布置有預(yù)應(yīng)力筋，腹板內(nèi)布置縱向預(yù)應(yīng)力筋，具體見圖5。由于施工階段混凝土強度未完全生成，同時槽型梁截面并非完全對稱，張拉預(yù)應(yīng)力筋時應(yīng)重點控制其順序及張拉應(yīng)力，以避免出現(xiàn)裂縫。

2.1 雙向張拉工序

該工程為增強槽型梁的整體剛度及抗裂性能，底板橫、縱向均布置預(yù)應(yīng)力筋，腹板內(nèi)布置有縱向預(yù)應(yīng)力筋，抗拉強度fpy=1260MPa。由于槽型梁底板厚度較小且同時存在雙向預(yù)應(yīng)力筋，為避免單向張拉時梁體破壞，考慮槽型梁的結(jié)構(gòu)特點并參考已有工程經(jīng)驗，該工程雙向張拉預(yù)應(yīng)力筋時采用分階段方案，即首先張拉橫、縱向預(yù)應(yīng)力筋，控制應(yīng)力σcon=0.6fpy，然后逐步將橫、縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉至設(shè)計值fpy，具體張拉順序如圖6所示。

2.2 槽型梁應(yīng)力分析

為驗證張拉工序的可靠性，采用MIDAS/Civil軟件建立槽型梁的有限元模型，分階段依次設(shè)定并激活相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋及張拉控制應(yīng)力[9-12]，由此得到張拉過程中槽型梁的應(yīng)力計算結(jié)果，如圖7所示?？梢钥闯觯趶埨瓩M梁預(yù)應(yīng)力筋H2b、H3及H4至0.6fpy時，槽型梁內(nèi)出現(xiàn)最大拉應(yīng)力σt=0.6MPa，小于混凝土抗拉強度（ft=1.9MPa）；在張拉底板橫向預(yù)應(yīng)力筋H1'、H2a及H2c至fpy時，槽型梁內(nèi)出現(xiàn)最大壓應(yīng)力σc=17.7MPa，小于混凝土抗壓強度（fc=23.1MPa），說明本文提出的雙向預(yù)應(yīng)力筋張拉工序是安全可靠的。

3 結(jié)論

新建京沈客運專線采用薄壁混凝土槽型梁，底板橫、縱向設(shè)置雙向預(yù)應(yīng)力筋以提高其整體剛度及抗裂性能，故對施工工藝要求較高，施工時應(yīng)避免出現(xiàn)裂縫而影響槽型梁安全及耐久性。本文從模板布置、鋼筋綁扎、混凝土澆筑及養(yǎng)護三個方面闡述槽型梁薄壁混凝土施工工藝，并提出雙向預(yù)應(yīng)力張拉工序，由MIDAS/Civil軟件分析了張拉過程中槽型梁的應(yīng)力分布，以此驗證張拉工序的可靠性，為類似工程應(yīng)用提供借鑒意義。

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