浅析先张法预应力混凝土空心板梁

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1、浅析先张法预应力混凝土空心板梁摘要：通过吴江市中山北路跨苏州绕城高速公路大桥跨径为24米先张法预应力混凝土空心板梁的施工，为保证梁体安装就位后底面平整度，对空心板的反拱度进行了理论计算与实际测量，分析了反拱度理论计算值与实测测量值之间产生差异的因素，为空心板梁施工中的反拱度控制提供科学依据。关键词：反拱度；控制应力；有效应力；测量方法；放张强度；弹性模量；龄期；先张法预应力混凝土构件因其工艺和力学特点，不可避免的将产生向上的反拱度，反拱值的大小既是反映预应力施加是否合理、超限或不足的指标，也是可间接反映梁体混凝土施工质量控制好坏的指标，但如果反拱值偏差过大可导致下列情况的出现

2、：首先会使同一跨板梁之间在梁底平面上产生高差错台，影响桥梁外形美观，其次会直接影响桥面铺装层的厚度，桥面铺装层厚度不足会降低桥梁的安全性能和耐久性，严重的会因此修改设计，调整桥面高程时，既增加结构的自重，又造成浪费，有鉴于此，先张法预应力构件施工时对反拱度进行有效的控制是有重大的现实意义的。先张法预应力构件生产工艺过程及反拱度产生的原因简析如下：先张法预应力混凝土构件一般是在专门的长线台座上进行施工的，在浇筑梁体混凝土前将钢绞线临时固定在台座上进行张拉，然后绑扎钢筋并立模浇筑混凝土，待梁体混凝土达到一定的龄期和强度（两者之积即所谓的混凝土成熟度），放松并切断钢绞线，通过钢绞线

3、与混凝土之间的粘结力，使混凝土获得有效的预加力Ny，在预加力Ny及预加力产生的偏心弯矩My=Ny×ey(ey为下缘钢绞线中心到梁体截面换算中性轴的距离，所谓偏心距)作用下，构件的下缘各点均受压，上缘各点均受拉，从而产生向上的反拱度fmy，它是在偏心预加力Ny作用下引起的。下面通过吴江市中山北路跨苏州绕城高速公路大桥24米先张法预应力混凝土空心板梁的施工时，对构件反拱度理论值计算所作的算例，来说明先张法预应力构件理论反拱度的计算方法及过程。一、算例基本资料：中板梁标准跨径为L=23.96m，计算跨径为L0=23.452m，底宽为B=99cm，梁高为h=110cm，中板底部φs1

4、5.20mm钢绞线共17根，钢绞线中心到梁底距离为4.5cm，底部Φ20mm螺纹钢2根，钢筋中心到梁底距离为4.5cm，顶部Φ16mm螺纹钢4根，钢筋中心到顶面距离为3cm，钢绞线弹性模量Ey=1.95×105MPa，C50砼弹性模量Eh=3.5×104MPa，螺纹钢弹性模量Eg=2.0×105MPa，螺纹钢与砼弹性模量之比ng=5.714,钢绞线与砼弹性模量之比ny=5.571,设计每根钢绞线的张拉力为187.46KN，设计规定空心板梁混凝土强度达到设计强度的90%时方可放松钢绞线。整桥由苏州市市政工程设计院有限责任公司设计。跨径为L=23.96m中板断面尺寸如下图： 中板

5、理论反拱度计算过程如下：截面基本参数计算后可得：（1）、换算截面积Ah=5114.3cm2；（2）、换算截面中性轴到梁底的距离y=51.5cm；（3）、截面换算惯性矩Ih=7906303.3cm4；（4）、空心板梁计算截面刚度0.85EhIh；由于先张法空心板梁预应力靠钢绞线与混凝土之间的粘结力来传递，对于C50混凝土而言，端部预应力束传递长度。根据“24m板梁中板配筋图”知，梁体内钢绞线可根据有效长度分为6种类型，每种类型钢绞线有效长度如下表所示：编号 1 2 3 4 5 6有效长度(cm) 2396 2180 1980 1770 1560 1350根数 5 4 2 2 2

6、 2下面根据钢绞线的编号情况，按《材料力学》中共轭梁法进行计算跨中挠度得：编号1钢绞线引起的跨中反拱度可按下式计算：预加应力对梁体的偏心弯矩 空心板计算截面刚度 a值的计算相应由1号束预加力在跨中截面产生的向上挠度为 。编号为2、3、4、5、6钢绞线引起的跨中截面向上反拱度同理计算分别为 ，，，，。由空心板梁自身恒载产生的下挠度按下式计算得荷载自重集度 ，方向向下。由上可知，空心板梁钢绞线刚放张时跨中截面理论上拱度为 ，方向向上。中板按存梁期30d、60d、90d时跨中截面理论向上反拱度验算过程如下：A、梁内钢绞线预应力损失的计算：（1）、预应力筋的应力松弛损失的计算：根据《

7、桥规》（JTGD62）规定，预应力钢筋由钢筋应力松弛引起的预应力损失终值可按下式进行计算：对于钢绞线： 式中：ψ超张拉系数，一次张拉时，取ψ=1.0，ξ钢筋松弛系数，Ⅱ级低松弛钢绞线，取ξ=0.3，传力锚固时的钢筋应力，取=，预应力筋的抗拉强度标准值，取=1860MPa。将上述参数代入公式得（终极值）。钢筋松弛损失是随着时间的变化而逐步变化的，最终才趋于稳定的，中间阶段松弛应力损失值与终极松弛应力损失值的比值关系如下表：持续时间(d) 2 10 20 30 40 60 90比值 0.5 0.61 0.7