连续刚构桥施工中的几个问题

张士才

摘要:从施工的角度来提示在设计连续刚构桥时不可忽视的问题,主要内容有:纵向预应力束的锚固角度与管道局部偏差、竖向预应力粗钢筋的回缩、节段的养生时间、日温差的作用等;同时讨论了线形控制中四个重要问题。

关键词:连续刚构;施工与设计

连续刚构强大的生命力,它投资少,施工质量容易保证,兼之跨度可与斜拉桥竞争,连续刚构桥在国内有相当大的发展前景。现将施工中考虑到的几个问题提出来,抛砖引玉,供施工和设计参考。

1 现浇段

边跨现浇段一般采用落地满堂支架,在施工过程中难度相当大,特别是在高墩、地基复杂的情况下。某桥40m现浇段(720m3砼)用钢材高达1150t,耗时120天,难度、费用相当大。边跨中跨比例宜为0.54～0.55缩短现浇段长度,减小现浇段内的剪力,方便施工,也容易保证施工质量,节约投资。

2 结构内力方面

向预应力束的锚固角度与管道局部偏差

一般的,预应力束锚固方向与断面线存在一定的角度(有时还是空间角度)。该角度在图纸上可以描述,而在施工中不能控制,原因有:a.断面线观测控制十分困难;b.断面线本身位置也随施工过程而变化。其实在设计中完全可以使预应力束自然地在锚固断面上基本垂直地锚固,极大地方便施工。其实严格控制锚固角度也没有多大的意义。

预应力管道每米局部偏差对摩擦的影响系数K与管道线形、施工水平有很大的关系;另外一个因素就是管道直径与预应力束的直径差,随着桥梁跨度的增大和砼标号的提高,设计者尽可能地减小截面面积以减小恒载比例,这样会相应地增大预应力束面积 而减小管道面积。设计中确定的预应力束坐标其实是预应力管道的坐标,设计中要考虑施工的正负误差和预应力束的偏心,偏心值取决于管道直径与预应力束的直径差。如果取k=0.0008,μ=0.19,则预应力张拉伸长量仅在束长小于180m满足施工规范规定±6%,而目前预应力束长达267m,实践表明规范中K值过于严格。据笔者推算在施工不是十分严格的情况下K值可达0.004。

2.1 竖向预应力粗钢筋的回缩

施工中有这样的不利因素组合或单独作用:①锚垫板与钢筋中心线不垂直;②砼表面凹凸不平与钢筋中心线不垂直,张拉时钢筋不能保持原有中心线而使钢筋偏心;③锚固螺母的紧固靠手去向下拧紧,难以达到要求。如果上述三个因素组合在一起,则锚固时预应力筋回缩可达5mm。现假设φ预应力筋长度为4.5m,张拉力50t,伸长量约为13mm,则预应力损失相当大(38%)。如此情况设计者应考虑到,成其是现浇段部分梁体矮、剪力大。

箱梁顶底板上的普通钢筋设置一般是这样的:上下面有一层纵向和横向主筋组成的钢筋网,上下层钢筋网之间设竖向的联系筋,该联系筋习惯地称为“架立筋”。在底板上该联系筋要承受相当的拉力,尤其在跨中底板有预应力束时。国内曾有因设计失误而在预应力张拉过程中使底板分层的实例。对于长悬臂翼板的联系筋也要从设计上和施工上保证。简单地称联系筋为架立筋,模糊了部分人员(尤其是不参与设计的)对联系筋作用的认识,而在施工中放松了要求。

2.2 节段的养生时间

一般资料讨论砼性质以72小时龄期为起点。一般认为在砼达到一定强度后即可张拉,没有对龄期作出要求。为赶工期,张拉时(砼强度达80%)砼龄期最短可为48小时。结构一旦在某龄期小弹性模量状态下发生了位移,即使弹性模量随时间而增长,已发生的位移已不可恢复。而且,短龄期砼在拉应力状态下或压应力减小情况下发育不均匀,也会影响徐变收缩的发展。对于由某些粗集料(如闪长岩)组成的高标号砼其弹性模量E与强度R并不存在常见的E-R数学关系。张拉前砼养生时间应有所控制。

2.3 剪力键的设置

悬臂现浇梁段连接面因为震捣收缩等原因难以很好的连接,设置剪力键比较放心。但施工不便。如果设计者认为主梁是偏心受压而不是受弯的话,可以不设剪力键而简化施工。目前国内有的桥梁设剪力键,有的不设。

2.4 日温差的作用

理论和实际表明日温差会引起相当大的纵向温度应力,如某三跨(35+70+35m)上下等效温度差可达10℃,引起的底板最大应力3.9Mpa。重要桥梁在设计前应在桥址处做相应的模型实验。这样的应力会对砼桥面产生不利作用甚至产生裂缝。长期的日温差反复作用在结构悬臂阶段会残留相当大的不可恢复的附加变形,重庆嘉陵江大桥120m悬臂日上下变动达40mm,每循环残留变形为2%～5%。

3 线形(标高)控制的基本条件

3.1 施工质量稳定、施工计划完善的必要性

结构计算建立在一定假定条件上,它也要求结构处于假定条件范围内。如果大桥的施工质量不能保证稳定连续和可靠性,那么用有限元来计算大桥某时刻的状态是十分困难的,也是跟不上变化的。砼作为结构变形的母体,在一座桥梁中应力求砼生产、生长条件一致。

某梁段立模标高简单的说就是设计标高+预拱度,某梁段立模(预拱度设置)时刻处于成桥过程中,立模时刻该梁段的位移变化刚刚开始,而预拱度包括该梁段自立模时刻起在成桥过程中发生的所有位移的综合值。结构位移受结构的状态、时间、经历(应力历史)影响,故施工计划应完善,基本上不得变更。如果“计划赶不上变化”,那么预拱度计算就没有基础,更谈不上精度。为赶进度,缩短砼加载龄期,就增大了徐变,而且有可能影响施工质量。

如果施工质量不稳定、施工计划变化较大,线形控制就是空中楼阁。

如果不作深入的分析会认为挂篮增大了桥梁施工期内的变形。笔者大略推算,一般情况下挂篮会减小变形。挂篮荷载随悬浇推进而一步一步加上去,挂篮拆除是一次性全部卸载的。

3.2 高应力状态下的应变计算

砼线性徐变计算公式假定бha≤0.5Rba(Rba:砼28天标准强度)。《桥规》又认为在施工阶段50#砼最大应力可以等于0.75Rba(Rba :施工时砼标准强度)。徐变理论认为如果应力长期大于0.5 Rba,那么徐变为非线性,增长斜率明显剧增。如施工阶段某些单元砼应力可以达到0.58 Rba。规范假定砼弹性模量是在0.5 Rba时的割线模量,在弹性模量这一项上也应该作修正。受压试件内的微裂缝在应力强度比为0.5后时即可出现。微裂缝一旦出现,徐变迅速增加。

3.3 预应力张拉时的变形计算

该类型桥梁中,由自重引起的变形为主,预应力张拉减少底板压应力,增加顶板压应力,是否可以认为底板(结构)处于多次加载、卸载状态,一般认为卸载时应力应变曲线的割线往往平行于加载曲线原点的切线,而切线模量大于割线模量,故计算预应力作用引起的变形时,弹性模量是否要修正为切线模量。另一方面,预应力作用下的底板(结构)状态是否可以认为是徐变状态下的部分卸载,结构会有残留变形,不能简单地用直接刚度法来计算其变形。