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用支座位移法对组合梁桥施加预应力
文本摘要:钢-混凝土组合连续梁桥的中间支座附近为负弯矩区,会导致桥面混凝土开裂,缩短使用寿命。本文结合常州市马公桥工程的建设,对采用支座位移法来施加预应力,避免桥面混凝土开裂的技术进行了研究。
关?键?词: 组合梁桥? 支座位移? 预应力?
钢— 混凝土组合梁桥是中小跨径钢桥中的一种重要结构形式。这种组合结构以钢结构作为梁,用钢筋 混凝土作为桥面板,两种不同性质的 材料依靠剪力传递器连接成整体共同作用,作为桥梁的主要受力结构。当组合梁承受正弯矩作用时,混凝土板处于受压区,钢梁大部处于受拉区,因而能够充分发挥两种 材料各自的力学性能。同钢筋混凝土梁相比,组合梁能够大大减轻结构自重,具有更大的跨高比,组合简支梁跨径可达50m;同钢梁相比,组合梁又具有抗弯刚度大,结构高度小,稳定性好等优势。因此,钢—混凝土组合梁桥近年来得到了较为广泛的应用。??? 由于混凝土的抗拉性能很差,在钢筋混凝土中,是用钢筋来代替混凝土承受拉力的。但是,混凝土的极限拉应变也很小,每m仅能伸长0.1~0.15mm,再伸长就要出现裂缝。所以,当组合梁用作连续梁或悬臂梁,需要承受一定的负弯矩时,就会导致钢筋混凝土桥面板局部段受拉,桥面开裂。因此,必须采取一定的措施,来降低混凝土中的拉应力,使裂缝不出现或控制在一定范围内。对于这种情况,施加预应力是一种非常有效的处理方法。??? 1 施加预应力的几种方法??? 1.1 引入纵向力法??? 引入纵向力来施加预应力一般可分为两种形式:第一种是在中间支座附近的混凝土桥面板中,沿桥梁轴线方向埋设预应力筋(包括预应力粗钢筋、预应力 钢绞线等) ,通过张拉,对埋设预应力筋的区段施加预应力;第二种是在钢梁下翼缘施加一个张力,使钢梁变形后对上翼缘的混凝土桥面板施加一个预压应力。??? 1.2 预加荷载法??? 对于像悬臂梁这样的外部静定结构,可以采用预加荷载法来施加预应力,见图1所示。
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??? 现以悬臂梁为例加以说明(见图1)。首先,浇注悬挂跨、锚固跨跨中部分桥面板的混凝土,当其达到一定强度后,在这些桥面板上预加临时荷载;然后再浇注支座附近的桥面板混凝土,等混凝土达到设计强度后便将预加荷载去掉,由于预加荷载的加载和卸载,使梁各处受到一个大小相等、符号相反的弯矩。??? 预加荷载可以用砂、碎石、钢块、水等堆放在桥面上,特别是把水盛在水袋里的方法,具有一定的精确度,不仅可作预加荷载,还可用作浇注混凝土时调整上弯度的平衡重。??? 1.3 支座位移法??? 按不同支座的位移,可分为中支座位移法和端支座位移法。??? (1)中支座位移法。??? 中支座位移法施加预应力的过程可以用图2加以简单说明。
??? 首先,在钢梁吊装、拼接结束后,将中间支点抬高。接着,浇注桥面板混凝土,当其达到设计强度后,将中间支座下降,使组合梁落到最终支座上。这样由于组合梁的下落、变形,就在钢筋混凝土桥面板中产生了预压应力。这种方法的优点是沿梁全长均施加了预应力。图3为移动支座产生的弯矩图。
??? 对于长度较大的梁,钢梁中部需要抬高很多,在实际施工中有很大难度。按图4所示方法给组合梁设铰,可以克服这一困难。在设铰处,上拱度是不连续状态,如图4所示,钢梁中部的抬高量可以大大降低。最后,通过设置临时支撑并将这些铰在竖直方向顶高,或在设铰处用千斤顶引进所需的弯矩,使组合梁在纵向恢复顺直,并进行连接、固定,让组合梁恢复连续性。
??? 像其他长期荷载一样,桥面中的预应力值将随着混凝土徐变的增大而降低。尤其是这种由强迫变形所引起的预应力,下降得更为厉害。为使预应力保持较高值,应尽可能迟一些将梁下落到最后支座位置,以使混凝土浇注后得到足够的养护时间,减少徐变量。??? 支座位移法施加预应力具有施工方便、经济实用的特点。避免了预加荷载法搬运堆积荷载的麻烦,也不需精确定位预应力钢筋,确保 波纹管的畅通以及张拉、灌浆、封锚等工序,施工简便,省工、省力,而且基本不需额外增加辅助材料,省却了预应力筋、 锚具等费用。??? (2) 端支座位移法。??? 中间支座上升、下降的效果, 用移动端支座的方法同样可以达到。端支座位移法的施工顺序与中支座位移法基本相同,只要把中间支座上升、下降,改为端支座的下降、上升即可。??? 根据工地实际情况,往往移动端支座比移动中间支座施工更为方便,主要体现如下。??? ①中间支座往往位于河道中,水中搭设支架或脚手较为困难;而端支座在岸边,可方便地搭设支架或利用台帽搁置千斤顶,对钢梁进行顶高、下降,操作方便、安全。??? ②端支座移动比中间支座所需的顶升力要小,对顶升设备及支架的要求不高,施工较为方便。
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