南水北調漕河渡槽工程混凝土溫度及應力分析

程運楓

(湖北葛洲壩試驗檢測有限公司 宜昌 443002)

吳正安

(中國葛洲壩集團國際工程有限公司 北京 100022)

1 工程概況

漕河渡槽位于河北省保定市，是南水北調中線工程跨度較大的交叉建筑物。渡槽全長2300m，槽身縱坡1/3900，設計流量125m3/s，加大流量150m3/s。渡槽為三槽一聯加肋帶拉桿結構型式，單槽斷面尺寸6.0m×5.4m。邊墻、中墻分別厚0.6m、0.7m，其頂部分別設2.0m、2.7m寬的人行道板。縱梁斷面尺寸:邊縱梁1.3m×2m，中縱梁1.4m×2m。槽身加設側肋及底肋，肋間距2.0m，側肋、底肋寬0.5m，分別高0.7m、0.9m，拉桿斷面尺寸0.3m×0.4m。

漕河渡槽36～76號跨跨度達30m，槽身跨度大、施工工藝復雜、基礎承載力要求高。

2 安全監測的內容

漕河渡槽41號跨樁號為376+520.4～376+550.4，分別在主梁、次梁、底板、人行道板、拉桿梁等部位布置了混凝土應力應變、溫度、鋼筋應力、錨索預應力等監測儀器，通過監測成果分析對槽身結構受力狀態進行監控和評估(見圖1、圖2)。

圖1 主梁監測儀器布置

圖2 次梁監測儀器布置

3 應力應變及溫度分析

主梁長29.96m、高7.4m、寬22.0m，每跨分4條主梁，在右邊梁和右中梁底部各布置鋼筋計和應變計。主梁鋼筋應力及混凝土應變根據儀器埋設位置的不同，鋼筋應力的分布各不相同，上下游為壓應力，中間部分為拉應力。上下游兩端的鋼筋應力在－47.7～－26.5MPa之間，底層2/5、4/5的位置，鋼筋應力在－12.0～－21.0MPa之間，主梁中部為－9.3MPa。從以上的數據分析可知，主梁上下游呈受壓趨勢，中部呈受拉趨勢。主梁內部混凝土應力與鋼筋混凝土應力分布情況基本一致。上下游為－13.6～－25.8με，2/5、4/5 為 52.3 ～ －146.5με，中間為 23.4με。中間呈受拉、上下游呈受壓趨勢，混凝土內部應變均較小(見圖3)。

圖3 主梁溫度、鋼筋應力過程線

為了及時了解次梁溫度及應力應變分布情況，在次梁分別布置了鋼筋應力、混凝土應力應變儀器，測得鋼筋應力為:左右墻內側垂直鋼筋應力為－9.69～－12.09MPa，外側墻垂直鋼筋應力為 －37.0～－40.59MPa。次梁底部鋼筋應力分布情況:上部應力比下部應力要小，上部最大應力在－21.0～－7.7MPa之間，底部應力在－41.0～－38.2MPa之間。第二層在左右邊墻內外的垂直鋼筋上各布置儀器，應力分布外側墻在－60.0～－43.0MPa之間，內側墻應力在－42.0～－25.0MPa之間。

次梁上層混凝土應變比下層要小，上層混凝土應變在 －119.61～50.45με之間，下層在 －213.89～－174.96με之間。第二層左右邊墻各布置了一支應變計，監測到的應力應變在 －246.83～ －156.65με左右。呈受壓趨勢。

3.1 底板跨中剖面應力應變分析

3個槽孔上層鋼筋上的鋼筋計，其鋼筋應力在－60.83～－58.44MPa之間，埋設在下層鋼筋上的鋼筋計，其應力在－52.94～－47.63MPa之間。混凝土應力應變在－218.21～－241.88με之間，左右邊墻各布置一支應變計，應力應變在－123.21～－131.0με之間，呈受壓趨勢。

3.2 混凝土溫度分析

分別在底板與左右邊墻上布置了溫度監測儀器?；炷脸跗谥饕芩療嶙兓绊?，后期主要是隨氣溫變化而變化。

3.3 錨索預應力分析

渡槽采用三向預應力張拉，從張拉監測過程看，回油前監測儀器應力測值基本控制在設計應力值附近，與千斤頂張拉控制應力相吻合，說明施工過程控制較好，施工誤差基本控制在允許范圍內，張拉力控制較為可靠。

預應力張拉施工完畢后，梁體混凝土有效預應力實測值位于合理范疇，預應力張拉基本達到預期效果。

單端張拉階段，張拉端回油前與回油后錨夾片回縮自緊過程中，測試直線形孔道張拉端測值減少量占該級張拉設計應力的2.5% ～8.4%，平均為6.3%;被動端(封閉端)測值減少量占該級張拉設計應力的1.7% ～3.7%，平均為3.1%。兩端同時張拉時，錨固損失減少量占該級張拉設計應力的5.8%～10.6%，平均為8.7%。

波浪形曲線其兩側張拉端在回油前后其應力差值，平均占該級張拉設計應力的18.5%。圓弧形曲線其兩側張拉端在回油前后其應力差值平均為23.4%。

雙向張拉與單向張拉相比較，預應力錨固損失減少不明顯。

在張拉階段，預應力張拉對同向相鄰孔道鋼絞線應力增量影響不顯著。

縱向筋張拉至60%σcon時該級張拉前測值與上一級張拉后應力測值相差平均約為0.2%σcon。

豎向張拉對縱向預應力松弛影響不明顯。張拉至60%時，M1 自15%σcon→30%σcon→60%σcon時，A1 應力松弛總量為0.1% ～0.5%，B2應力增量為0.1% ～0.2%。

預應力張拉鎖定后，經過灌漿封閉，應力比較穩定，預應力測值沒有明顯變化。從圖4中可以看出:預應力不受溫度影響，預應力幾乎就是一條直線。

圖4 錨索預應力進程線

4 結語

30m跨蓄水試驗預應力施工明顯改變了渡槽混凝土的應力狀態，預應力施加后，槽身整體結構處于受壓狀態。目前渡槽增加荷載時，應注意通水后的水壓力，改變渡槽的應力狀態，因此在通水后須加強監測，特別注意拉應力變化。

a.渡槽屬于薄形混凝土結構物體，在沒有通水的情況下，渡槽混凝土應力應變狀態受日照影響明顯，在同一斷面上的對稱位置，同一時刻，陽面與陰面混凝土應力狀態差異較為明顯。

b.渡槽混凝土應力應變狀態受季節影響非常明顯，混凝土溫度應力狀態的改變對結構總應力影響較為顯著。

c.30m試驗跨加載試驗數據分析認為:相比于溫度影響，槽身加載(卸荷)，結構混凝土應力變化一般在2.8～6.8MPa之間，對結構整體應力影響并不顯著，結構仍整體處于受壓狀態。

d.根據以上數值校驗，建筑物應力應變與設計意圖相符，達到設計要求。