U型梁預(yù)應(yīng)力筋張拉次序?qū)κ芰π阅苡绊懙挠邢拊治?/h1>
2019-08-05 01:40:36張程
山西建筑 2019年13期
張 程
(中鐵二十四局集團有限公司軌道交通分公司，上海 200071)
1 概述
對預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件而言，預(yù)應(yīng)力鋼筋過程中，各預(yù)應(yīng)力鋼筋間相互影響。目前多基于施工經(jīng)驗及結(jié)構(gòu)特點確定張拉的先后順序，但這種方法無法準確確定張拉時結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)；基于此，有必要通過有限元計算確定合理的張拉順序。大跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋普遍采用后張拉技術(shù)，在橋梁施工中的預(yù)應(yīng)力張拉工藝又是影響結(jié)構(gòu)承載性能的重要因素。因此，有必要對不同預(yù)應(yīng)力張拉順序?qū)Y(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形的影響進行研究。
青島藍色硅谷城際軌道交通工程07標土寨河站—藍色硅谷站區(qū)間，跨問海路采用了跨度為30 m+45 m+30 m連續(xù)U型梁(J176～J179)，并在國內(nèi)首次采用了現(xiàn)澆U梁的方法。該U型梁的典型斷面如圖1，圖2所示，立面如圖3所示。現(xiàn)澆三跨連續(xù)U型梁端部支點處梁高為2.04 m,中間支點處梁高為3.2 m，標準段的梁高為1.84 m，中間支點兩側(cè)變高段處梁高為2.04 m～3.2 m。等寬梁上開口處寬11.2 m，底板處厚0.3 m，邊腹板處厚為0.3 m～0.4 m(跨中～支點)，中間腹板厚為0.4 m～0.5 m(跨中～支點)。
三跨現(xiàn)澆連續(xù)U型梁因中支點兩側(cè)為變截面，在施工過程中模板數(shù)量眾多，布置形式復(fù)雜。本文將利用Midas civil結(jié)構(gòu)分析軟件對三跨連續(xù)U型梁在實際施工中由于張拉次序不同而引起的問題進行分析計算。研究在預(yù)應(yīng)力張拉過程中應(yīng)力和變形的情況，為施工控制提供參考。
2 三跨現(xiàn)澆連續(xù)U型梁澆筑過程介紹
本工程U型梁混凝土分二次進行澆筑[3]，先澆筑A段，并在張拉完A段預(yù)應(yīng)力筋后再澆筑B段，隨后張拉B段預(yù)應(yīng)力，最后完成封錨并拆除支架。A段澆筑順序：邊腹板→中腹板→底板，并分6層對稱澆筑。B段澆筑順序：底板→腹板→頂板，并分4層對稱澆筑，見圖4，圖5。
3 有限元模型
3.1 參數(shù)及模型
使用Midas civil進行結(jié)構(gòu)分析時，混凝土強度按設(shè)計取值，材料重度取為25.0 kN/m3，預(yù)應(yīng)力筋與管道間摩阻系數(shù)為μ=0.315 8，管道偏差系數(shù)k=0.001 5。據(jù)實測資料，環(huán)境濕度為70%[4]。
模擬時采用梁單元[5]，如圖6所示。邊界條件為兩端簡支，只考慮自重和預(yù)應(yīng)力,不考慮二期恒載和活載。通過扣除預(yù)應(yīng)力損失計算有效預(yù)應(yīng)力，其損失主要包括傳力錨固時的損失與傳力錨固后的損失[6]。本次計算主要考慮傳力錨固時引起的損失，包括：預(yù)應(yīng)力筋與管道間摩擦引起損失、混凝土彈性壓縮引起損失及錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的損失。
3.2 計算工況
在Midas civil計算時，通過荷載組施加鋼束的預(yù)應(yīng)力荷載，通過將荷載組設(shè)置為不同施工階段來實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼束的不同張拉次序[7]。本次主要對以下兩種張拉次序進行分析:
1)同步張拉。初張拉：N1-N2-N3-N4-N5-N6-N7-N8-N9-N10多點同步張拉至設(shè)計值；終張拉：N1～N10中10束鋼筋多點同步張拉至控制應(yīng)力。
2)單根張拉。其張拉次序為：分別張拉N1,N2,N3,N4,N9，然后對計算結(jié)果(最大正彎矩、最大負彎矩、最大豎向位移、最大剪力等)進行對比分析，依據(jù)計算結(jié)果選擇第一根張拉的預(yù)應(yīng)力筋；并在此基礎(chǔ)上進行第二批預(yù)應(yīng)力筋的張拉，并按照前面的分析程序?qū)τ嬎憬Y(jié)果進行對比分析，確定第二根張拉的預(yù)應(yīng)力筋；然后依次確定預(yù)應(yīng)力筋的張拉次序。圖7是三跨U型連系梁橫截面上10根預(yù)應(yīng)力筋的位置及編號。
4 計算結(jié)果與分析
4.1 變形結(jié)果分析
圖8給出了10根預(yù)應(yīng)力筋同步張拉后的位移圖，由圖8可以看出：最大變形位于邊跨跨中(圖中箭頭標注處)，最大位移(撓度)為0.134 mm。
圖9給出了15個施工段下的位移圖，由圖9可以確定最佳的張拉次序。
單從變形來看，不管是同步張拉還是按次序單獨張拉，最大變形均發(fā)生在邊跨的跨中，邊跨跨中節(jié)點的豎向、縱向變形在單獨張拉時最大，而同步張拉時較小。橫向變形在同步張拉、單獨張拉時始終為零。邊跨跨中節(jié)點豎向變形在采用單獨張拉工序時較大并隨施工階段的變化有較大的波動,混凝土梁體有可能產(chǎn)生比較大的預(yù)應(yīng)力損失，見表1。
表1 跨中節(jié)點在張拉完畢時的變形
4.2 應(yīng)力結(jié)果分析
圖10給出了10根預(yù)應(yīng)力筋同步張拉后的正應(yīng)力圖，由圖10可以看出：最大正應(yīng)力位于中間跨跨中區(qū)域，最大正應(yīng)力為731 MPa。最大拉應(yīng)力位于中間跨跨中區(qū)域，最大拉應(yīng)力為731 MPa；最大壓應(yīng)力為10 704 kPa，出現(xiàn)在邊跨支座處。
圖11給出了單獨張拉情況下得到的合理張拉次序的應(yīng)力圖。
在單獨張拉的前提下，通過對不同的張拉次序進行模擬分析，確定了比較合理的張拉次序，在合理的張拉次序分析結(jié)果中，單獨張拉的最大拉應(yīng)力為534 kPa，最大拉應(yīng)力位于中間跨跨中區(qū)域；最大壓應(yīng)力為5 670 kPa，最大壓應(yīng)力位于邊跨支座處。
圖12給出了15個施工段下的正應(yīng)力圖，由圖11可以確定最佳的張拉次序。從圖12我們可以看到，當依次張拉梁底板上的預(yù)應(yīng)力筋N1，N2,N3，N4時，正應(yīng)力值越來越大，但是如果同時張拉翼緣上的預(yù)應(yīng)力筋N9時，正應(yīng)力值就會相對減小。因此張拉次序的不同，對梁單元應(yīng)力的變化也有很大的影響。
相比較同步張拉，單獨張拉完成時的正應(yīng)力比較大，對梁體造成的預(yù)應(yīng)力損失大。所以較合理的張拉順序是同步張拉。
5 結(jié)語
青島藍色硅谷城際軌道交通工程07標的三跨現(xiàn)澆連續(xù)U型梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土，對混凝土的裂縫要求較高[8]。本文利用Midas civil軟件對三跨現(xiàn)澆U型梁施工期間的預(yù)應(yīng)力張拉進行了有限元分析，通過分析得到如下結(jié)論：1)張拉次序?qū)ψ冃巍?yīng)力及預(yù)應(yīng)力損失均有較大影響，建議施工過程通過計算分析確定合理的張拉次序。2)預(yù)應(yīng)力在同步張拉時損失最小。
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張 程
(中鐵二十四局集團有限公司軌道交通分公司，上海 200071)
1 概述
對預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件而言，預(yù)應(yīng)力鋼筋過程中，各預(yù)應(yīng)力鋼筋間相互影響。目前多基于施工經(jīng)驗及結(jié)構(gòu)特點確定張拉的先后順序，但這種方法無法準確確定張拉時結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)；基于此，有必要通過有限元計算確定合理的張拉順序。大跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋普遍采用后張拉技術(shù)，在橋梁施工中的預(yù)應(yīng)力張拉工藝又是影響結(jié)構(gòu)承載性能的重要因素。因此，有必要對不同預(yù)應(yīng)力張拉順序?qū)Y(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形的影響進行研究。
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三跨現(xiàn)澆連續(xù)U型梁因中支點兩側(cè)為變截面，在施工過程中模板數(shù)量眾多，布置形式復(fù)雜。本文將利用Midas civil結(jié)構(gòu)分析軟件對三跨連續(xù)U型梁在實際施工中由于張拉次序不同而引起的問題進行分析計算。研究在預(yù)應(yīng)力張拉過程中應(yīng)力和變形的情況，為施工控制提供參考。
2 三跨現(xiàn)澆連續(xù)U型梁澆筑過程介紹
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3.2 計算工況
在Midas civil計算時，通過荷載組施加鋼束的預(yù)應(yīng)力荷載，通過將荷載組設(shè)置為不同施工階段來實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼束的不同張拉次序[7]。本次主要對以下兩種張拉次序進行分析:
1)同步張拉。初張拉：N1-N2-N3-N4-N5-N6-N7-N8-N9-N10多點同步張拉至設(shè)計值；終張拉：N1～N10中10束鋼筋多點同步張拉至控制應(yīng)力。
2)單根張拉。其張拉次序為：分別張拉N1,N2,N3,N4,N9，然后對計算結(jié)果(最大正彎矩、最大負彎矩、最大豎向位移、最大剪力等)進行對比分析，依據(jù)計算結(jié)果選擇第一根張拉的預(yù)應(yīng)力筋；并在此基礎(chǔ)上進行第二批預(yù)應(yīng)力筋的張拉，并按照前面的分析程序?qū)τ嬎憬Y(jié)果進行對比分析，確定第二根張拉的預(yù)應(yīng)力筋；然后依次確定預(yù)應(yīng)力筋的張拉次序。圖7是三跨U型連系梁橫截面上10根預(yù)應(yīng)力筋的位置及編號。
4 計算結(jié)果與分析
4.1 變形結(jié)果分析
圖8給出了10根預(yù)應(yīng)力筋同步張拉后的位移圖，由圖8可以看出：最大變形位于邊跨跨中(圖中箭頭標注處)，最大位移(撓度)為0.134 mm。
圖9給出了15個施工段下的位移圖，由圖9可以確定最佳的張拉次序。
單從變形來看，不管是同步張拉還是按次序單獨張拉，最大變形均發(fā)生在邊跨的跨中，邊跨跨中節(jié)點的豎向、縱向變形在單獨張拉時最大，而同步張拉時較小。橫向變形在同步張拉、單獨張拉時始終為零。邊跨跨中節(jié)點豎向變形在采用單獨張拉工序時較大并隨施工階段的變化有較大的波動,混凝土梁體有可能產(chǎn)生比較大的預(yù)應(yīng)力損失，見表1。
表1 跨中節(jié)點在張拉完畢時的變形
4.2 應(yīng)力結(jié)果分析
圖10給出了10根預(yù)應(yīng)力筋同步張拉后的正應(yīng)力圖，由圖10可以看出：最大正應(yīng)力位于中間跨跨中區(qū)域，最大正應(yīng)力為731 MPa。最大拉應(yīng)力位于中間跨跨中區(qū)域，最大拉應(yīng)力為731 MPa；最大壓應(yīng)力為10 704 kPa，出現(xiàn)在邊跨支座處。
圖11給出了單獨張拉情況下得到的合理張拉次序的應(yīng)力圖。
在單獨張拉的前提下，通過對不同的張拉次序進行模擬分析，確定了比較合理的張拉次序，在合理的張拉次序分析結(jié)果中，單獨張拉的最大拉應(yīng)力為534 kPa，最大拉應(yīng)力位于中間跨跨中區(qū)域；最大壓應(yīng)力為5 670 kPa，最大壓應(yīng)力位于邊跨支座處。
圖12給出了15個施工段下的正應(yīng)力圖，由圖11可以確定最佳的張拉次序。從圖12我們可以看到，當依次張拉梁底板上的預(yù)應(yīng)力筋N1，N2,N3，N4時，正應(yīng)力值越來越大，但是如果同時張拉翼緣上的預(yù)應(yīng)力筋N9時，正應(yīng)力值就會相對減小。因此張拉次序的不同，對梁單元應(yīng)力的變化也有很大的影響。
相比較同步張拉，單獨張拉完成時的正應(yīng)力比較大，對梁體造成的預(yù)應(yīng)力損失大。所以較合理的張拉順序是同步張拉。
5 結(jié)語
青島藍色硅谷城際軌道交通工程07標的三跨現(xiàn)澆連續(xù)U型梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土，對混凝土的裂縫要求較高[8]。本文利用Midas civil軟件對三跨現(xiàn)澆U型梁施工期間的預(yù)應(yīng)力張拉進行了有限元分析，通過分析得到如下結(jié)論：1)張拉次序?qū)ψ冃巍?yīng)力及預(yù)應(yīng)力損失均有較大影響，建議施工過程通過計算分析確定合理的張拉次序。2)預(yù)應(yīng)力在同步張拉時損失最小。
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