預應力混凝土連續(xù)梁橋施工技術優(yōu)化改進研究

1 引言

預應力混凝土連續(xù)梁因變形小、 受力好等特點而得到廣泛應用。 但預應力混凝土連續(xù)梁橋有著相對復雜的施工流程，在對稱懸臂澆筑完墩頂梁段后， 需施工各跨合龍段并解除臨時固結已轉換橋梁體系。 在整個施工流程中隨著不斷進行的施工工序，主梁的標高和內力也在不斷改變[1]。 當前已經(jīng)有較多關于預應力混凝土連續(xù)梁橋施工控制的研究， 為提高預應力混凝土連續(xù)梁橋的施工質量， 本文將從預應力損失和張拉順序以及施工工藝的優(yōu)化開展研究。

2 施工中預應力損失及張拉順序分析

2.1 現(xiàn)場施工預應力損失問題

預應力筋張拉后， 錨下控制應力中扣除應力損失后的預應力即為有效預應力。 有效預應力數(shù)值應合理可靠，過大或過小均不利橋梁受力， 有效預應力不足時容易導致梁體出現(xiàn)裂縫和下?lián)系萚2]，對橋梁的耐久性和安全性有一定影響。

預應力損失以其發(fā)生順序可分成瞬時損失和長期損失兩種類型。 瞬間損失多出現(xiàn)在預應力張拉施工流程，瞬時損失在控制應力中的占比約10%。 預應力的長期損失可以通過軟件模擬的方式準確取得其數(shù)值，因此，在室內即可得到長期損失的數(shù)值，在設計時即可加以彌補。

2.2 預應力張拉順序不同的影響

在連續(xù)梁懸臂施工的全橋合龍階段張拉全橋頂?shù)装妪X塊鋼束時，需進入箱室內完成錨固操作，而相關的施工機械在梁面上，導致施工較為復雜煩瑣，需要較多人員配合。 在實際施工時常出現(xiàn)施工人員違背設計張拉順序的情況[3]。以某連續(xù)梁為研究對象，探討張拉順序不同時對其受力性能的影響。 根據(jù)該橋梁的設計要求，需分5 批張拉鋼束，為便于描述，將剩余鋼束編號匯總，如表1 所示。

表1 剩余鋼束編號

基于剩余鋼束的張拉順序，將其分成兩種張拉方法。

方法一：交替張拉中跨和邊跨（設計張拉順序）

第一批（N2 和N11）、第二批（N2 和N10）、第三批（N3 和N9）、第四批（N2 和N8）、第五批（N1、N6 和N7）。

方法二：邊跨—邊跨—中跨

先張拉一側邊跨頂?shù)装宓娜夸撌?再張拉另一側邊跨的全部鋼束，最后張拉中跨鋼束。 即分跨單獨張拉三跨的剩余鋼束，在完成一跨鋼束的張拉后再張拉下一跨。

2.2.1 不同方法下的梁體撓度值

通過有限元分析軟件Midas Civil 進行建模分析， 在建模時以施工荷載組劃分的方式模擬合龍后梁體剩余鋼束不同的張拉順序，將各方法下梁體各跨計算累計撓度值匯總，如表2所示。

表2 不同張拉工況下梁體各跨撓度累計值

從表2 中可以發(fā)現(xiàn)，不同張拉順序下橋梁各跨的最終撓度僅有較小差值，中跨處上拱值僅差1 mm，可忽略不計。 但各跨撓度在開始張拉至張拉結束的過程中，梁體變幅相差較大。 為便于分析對比，提取模型中未張拉前剩余鋼束前梁體的最大撓度值，所得結果為17.3 mm。 此外，從兩種方法的張拉累計撓度變化看，方法一節(jié)點撓度變化更合理，從第一批到第五批鋼束張拉時梁體撓度累計最大值分別為：18.2 mm、18.0 mm、22.2 mm、25.5 mm 和25.2 mm，最大變幅約5 mm；方法二梁體累計撓度最大值分別為：28.9 mm、30.4 mm、26.0 mm，最大變幅約12 mm，撓度變幅更大，從各張拉順序下梁體同個截面的撓度變化情況看，方法二下的截面撓度存在突變，不利于整體結構的受力。

2.2.2 不同方法下梁體應力值分析

從撓度變化看， 梁體各跨跨中截面受張拉順序的影響最大，即危險截面主要為各跨跨中截面，因此，在應力分析時，選擇以各跨跨中截面作為研究對象。 在張拉剩余鋼束時，將梁體各跨跨中截面在不同張拉方法下頂?shù)装遄畲髴χ涤嬎憬Y果匯總，如表3 所示。

表3 不同張拉順序下梁體各跨頂?shù)装鍛ψ畲笾?/p>

從結果看，方法一應力變化均勻，截面受力合理，中跨跨中頂板在第五批鋼束張拉后的最大拉應力為1.72 MPa。 方法二中，頂板應力值在張拉完中跨鋼束后出現(xiàn)較大突變，產生約1.94 MPa 的拉應力，大于C50 混凝土抗拉強度設計值，產生裂縫的可能性較大，對橋梁運營質量影響較大。

綜合上述分析可知，方法二的張拉順序不合理，即預應力張拉時應交替張拉邊跨和中跨。

3 施工工藝改進

3.1 優(yōu)化鋼筋和鋼束管道間距

目前，若施工時出現(xiàn)鋼筋間碰撞或鋼筋碰撞管道等情況，往往采取移動鋼筋或截斷鋼筋的方式加以避免， 但該種處理方法將導致梁體內鋼筋不連續(xù)，內部鋼筋受力不完整。 為避免此類情況，應在設計時通過BIM 軟件模擬管道線形檢查碰撞情況，優(yōu)化鋼筋和預應力管道間距，并按照施工需要截取管道不同斷面的坐標以指導施工。

3.2 連續(xù)梁澆筑多孔振搗

3.2.1 腹板部位設置振搗通道

在腹板高度較大時， 混凝土泵送的澆筑高度也會隨之增大。 以某連續(xù)梁為研究背景，在該橋梁施工時，混凝土下料口采用的是160 mm 直徑的PVC 管， 并以70 mm 直徑的PVC管作為振搗通道，管道數(shù)量根據(jù)節(jié)段長短進行選擇，管間距70 cm，下料口底部距離底板50 cm， 且隨混凝土澆筑持續(xù)提升下料口，避免因混凝土澆筑高度過大而出現(xiàn)離析問題。 此外，還可根據(jù)振搗棒作用范圍， 按先前埋設的振搗孔道進行多孔定點振搗， 并腹板外側安裝附著式振動器， 避免出現(xiàn)混凝土不密實、鋼筋外露等問題。

3.2.2 0#塊支座部位加寬段振搗天窗

為確保0#塊底部混凝土的振搗質量， 可在起加寬區(qū)段沿縱橋向每側設置振搗天窗， 在當澆筑到振搗天窗下沿時即可封閉振搗天窗。

3.3 預應力管道及鋼筋的定位工藝

3.3.1 整體剛性井形架

以設計圖紙為標準，采用軟件模擬管道線形，截取管道在各斷面的坐標，以確保各截面整體井形架的精確加工。 井形架鋼筋應和管道間隙應保持約2 mm，井形架可采用直徑12 mm的鋼筋制作，直線段和曲線段的間距可分別布置成1 m 和50 cm，以確保預應力孔道定位的精準度， 避免預應力管道彎曲不平順等問題。

3.3.2 預應力孔道端模定位

為確保準確定位預應力孔道端部位置， 可在鋼板上按照梁端預應力管道坐標精確加工孔道定位。

4 結語