后张法预应力箱梁预拱度设置

后张法预应力箱梁预拱度设置

凌叙金

海宁市嘉海混凝土股份有限公司 浙江 海宁 314406

海宁市欣河水泥股份有限公司 浙江海宁 314406

摘要：现代桥梁的发展不仅仅集中于施工技术、使用功能特征、质量安全等方面，人们对其外形关注度也不断提高，是一座城市经济实力的象征。而桥梁线性是体现桥梁外形特征的主要控制点，若线性设计不合理则会导致桥梁使用功能、驾车行驶舒适感等下降，影响桥梁美感。因此，针对预应力箱梁设置符合要求的预拱度至关重要。基于此，本文以案例分析法，就钱江通道北接线上跨沪昆铁路立交工程为研究对象，重点对预拱度的设置原理、预拱度设置计算及修正、现场施工质量控制等内容进行阐述，期望能够给同领域相关施工技术人员提供一定理论参考。

关键词：后张法；预应力；箱梁；预拱度；设置

0引言

为了有效抵消桥梁梁部、拱及桁架结构荷载的作用产生的挠度，在施工的过程中可预留与位移相反的校正量，主要可确定的因素包含有：①脚手架所能够承受的施工荷载，进而引起的弹性变形；②超静定结构体系由于混凝土收缩徐变导致的挠度的产生；③杆件接头的挤压过程和卸落过程中设备的压缩导致的塑性变形；④脚手架基础部分受到荷载冲击后的弹性变形等。同时合理规范的设置预拱度也是保证桥梁结构整体线性的重要措施，本文选取后张法预应力箱梁项目，对预拱度的设置展开探讨。

1工程简介

1.1桥梁简介

钱江通道北接线上跨沪昆铁路立交工程，钱江通道及接线工程（北接线）与铁路交叉工程两幅高架桥上下部结构。桥梁分左、右两幅，桥梁起讫桩号，左幅K3+936～K4+371，全长435m，右幅K3+936～K4+381，全长445m。桥梁跨径为左线：第一联4×30m先简支后连续小箱梁，第二联4×30m先简支后连续小箱梁，第三联3×30m先简支后连续小箱梁，第四联3×35m先简支后连续小箱梁（铁路跨）。右线：第一联4×30m先简支后连续小箱梁，第二联4×30m先简支后连续小箱梁，第三联4×25m先简支后连续小箱梁，第四联3×35m先简支后连续小箱梁（铁路跨）。箱梁由现场预制场预制，根据施工现场安装构件需用量计划，及时预制和供应预制构件。预制箱梁采用1台40m跨的130t龙门吊进行场内移运。箱梁顶板厚0.18m，底板厚0.18m，腹板跨中厚0.18m，支点厚0.25m，斜腹板斜率1：4。为便于模板制作及美观，主梁沿纵向外形轮廓尺寸保持不变。小箱梁采用先简支后连续结构，在跨中及支点设置横梁。中支点横梁宽0.2m，采用现浇连接，边支点横梁宽0.25m，跨中横梁宽0.2m，边支点及跨中横梁通过横向湿接缝连接，为了便于小箱梁预制施工，预制箱梁顶面按2%，底面按平坡进行设置。

1.2施工主要方法

采取预制法制作箱梁，为保证线路在运营状态下的平顺性，梁体预设反拱，根据设计文件的要求，反拱度设置为17mm，位置按二次抛物线过渡，在实际施工中反拱的设置应根据具体情况，充分考虑预应力施加时间、收缩徐变的影响以及预计二期横载上桥时间。制梁台座顶部标高一致，形成反拱抛物线线型。浇筑砼时在顶部两道纵梁边缘倒角处预埋∠50的角钢，再在顶面铺设10mm钢板。在钢板和角钢中间适当布设调节钢板垫块，用于调节梁板的反拱和施工台座时的施工误差，调节好后其他空隙采用细砂填满。钢板与调节垫块及预埋角钢点焊接牢固或用平头螺丝固定于预埋角钢上。当台座需要改变反拱时，将钢板与调节垫块及预埋角钢上的固定点解除，更换调节钢板使台座反拱符合要求后，固定好。上垫块施工用、水平仪控制高程，全程测量监控保证反拱线型。

2预拱度设置原理

2.1预拱度设置主要影响因素

①支架承受荷载作用后所引起的弹性变形 。②由于杆件的接头部位受到一定程度的挤压，或者卸落设备的作用导致整体压缩而产生的塑性变形 。③在支架基础受载以后，对应的弹性塑性沉降值为 ；④由于混凝土结构的收缩徐变导致的挠度值为 ；⑤自重+1/2的活载后引起的挠度值控制为 ；⑥箱梁预应力张拉过程中所引起的反拱值标记为 。

2.2预拱度计算

在预拱度的设计和计算的过程中，需要按照二次抛物线法进行合理的分配，其中支座处设计为0。

其中，上述公式中， 为距离桥梁左侧支座x处的预拱度值；X为距离左支座处的距离；L为跨长；其中： 。

3预拱度设置

3.1弹性挠度计算

以5#和6#桥梁支架为例，采取有限元法，对桥梁结构进行建模分析，并结合实际桥梁运行中的荷载运行值进行荷载试验，经过分析得出跨中的最大挠度为 =3.2cm，对应支架的模型图如下图1所示。

图1 支架模型示意图

3.2压重试验

为了能够得到有效的支架基础受载后的弹塑性沉降值，并合理严重挠度的计算结果，可选取其中一孔作为压重试验的基础和标准，压重荷载的过程中，载荷的重量可达到箱梁结构的重量的120%。待基础沉降及其结构变形稳定以后，可测量对应的基础沉降数值和挠度值。其中基础沉降数值见下表1。

表1 基础沉降值统计

由所观测到的数据结果可知，平均基础沉降值为 ，对应桥梁跨中的弹性变形平均值为 ，与理论分析得到的数值基本保持一致。

3.3预拱度值计算

箱梁在自身重力和外部荷载的作用下，都会表征出一定的挠度值，而箱梁结构产生较大的变形后，除了会导致安全隐患发生外，还会导致通行的困难，桥梁桥面的铺装层结构也容易受到一定程度的损坏，这对于桥梁日后使用造成极大的不便。在实际施工环节中，箱梁结构在横载作用条件下，会产生一定程度的挠度，会导致施工困难度加大，对桥梁整体安全性能也具有一定的影响。预制梁张拉的过程中，由于永久作用力会导致上拱幅度较大，不仅会影响到桥面结构的铺装，同时也会对施工造成较大的影响，进而导致桥面铺装层的薄厚程度不一致，不仅对混凝土材料造成浪费，同时也增加了桥梁结构的横载，对桥梁整体的结构使用寿命造成较大的影响。

4预拱度修正

4.1挠度观测

后张法预应力混凝土浇筑完成7d后，要及时的测量和控制桥面标高，控制好梁底结构的实际高度，这样才能够有效的控制挠度观测值的正确性，在实际的测量结果中，梁底部的标高一般比设计梁底的标高的差值为1.3cm，混凝土浇筑及养护28d以后，支架卸载后，对于实测的结果进行分析，显示出梁底标高与设计梁的底部标高差为0.8cm。

4.2预拱度的修正分析

在实际预拱度的实测的过程中，随着浇筑完混凝土龄期的逐步增加，箱梁结构跨中会逐渐的产生上拱，统计实际观察的结果显示，预应力钢束张拉的过程中，混凝土结构的收缩徐变，会导致梁体上部拱2.1cm，以此可通过对跨中预拱度降低1em，对原有的预拱度值进行科学修正，保证桥梁梁体线型能够与设计线形相互融合。

5现场施工差异及原因分析

结合实际施工过程中的测量，箱梁施工的过程中，达到了设计强度，预加应力阶段施工的过程中，箱梁结构上拱部分的尺寸平均在19mm，并且要小于施工过程中的计算值29.08mm，经过相关研究和分析得出现场施工存在差异的主要原因为：

首先，理论设计上采取C50混凝土，其弹性模量的理论值为3.45×10⁴MPa，而经过现场施工箱梁结构的弹模试验分析可知，现场实测的过程中弹模平均值＞4×10⁴MPa以上；其次，箱梁跨中结构中的挠度值量测的过程中，选定的是箱梁台座上的上拱度，从而可有效的忽略台座结构对梁体回缩所产生的摩擦阻力，保证减少阻力变形的影响。最后，在理论分析中可知，计算参数中的各个数据取值与实际梁体结构之间是具有偏差的，箱梁结构尺寸在施工测量的过程中也存在一定的偏差。

6提高预拱度设计精度的建议

①预应力管道结构施工定位应精确，线形结构应保持顺滑，从而减少由于预应力间的摩擦导致的摩擦阻力的损失；②严控原材料的施工质量，确保施工用材的性能稳定，使得混凝土级配达到一定的均匀性，同时还要确保混凝土材料级配均匀性，加强对混凝土结构的弹模的及时修正和处理。③加强施工环节中，对各结构的精度的控制，针对箱梁结构来说，要对模板的对应尺寸进行定时定量的校核和控制，确保模板设计过程中，预拱度设计的精度化、规范化。④预应力的施加应更加精确，如定时对千斤顶进行有效的修订、标定等。

7结束语

作为预应力箱梁结构桥梁来说，主体外形简练、美观，荷载均匀合理，是一种经济性、使用功能性强的桥梁结构形式。在实际的设计和施工环节中，为了保证施工线形更加顺畅、优美，在施工的过程中应保持合理的预拱度，其中，对于箱梁来说，预拱度的设计要通过模型建立的方式进行计算，同时还要注重与预拱度设计相关的影响因素，如施工环境、施工过程中的临时荷载、施工误差及环境温度的变化等，相关因素中，存在很多随机性的变动因素，导致由于混凝土温差变化引起的挠度数值变化过程难以控制和解决。因此，在实际的预拱度的设置中，应充分考虑桥梁设计的各种因素，并利用实测数据不断的修正处理。

参考文献

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