連續鋼構橋施工中的幾個問題

謝偉偉

摘要:從施工的角度來提示在設計連續鋼構橋時不可忽視的問題,主要內容有:縱向預應力束的錨固角度與管道局部偏差、豎向預應力粗鋼筋的回縮、節段的養生時間、日溫差的作用等;同時討論了線形控制中四個重要問題。

關鍵詞:連續鋼構;施工與設計

連續鋼構強大的生命力,它投資少,施工質量容易保證,兼之跨度可與斜拉橋競爭,連續鋼構橋在國內有相當大的發展前景。現將施工中考慮到的幾個問題提出來,拋磚引玉,供施工和設計參考。

1 現澆段

邊跨現澆段一般采用落地滿堂支架,在施工過程中難度相當大,特別是在高墩、地基復雜的情況下。某橋40m現澆段(720m3砼)用鋼材高達1150t,耗時120天,難度、費用相當大。邊跨中跨比例宜為0.54～0.55縮短現澆段長度,減小現澆段內的剪力,方便施工,也容易保證施工質量,節約投資。

2 結構內力方面

2.1 向預應力束的錨固角度與管道局部偏差

一般的,預應力束錨固方向與斷面線存在一定的角度(有時還是空間角度)。該角度在圖紙上可以描述,而在施工中不能控制,原因有:斷面線觀測控制十分困難;斷面線本身位置也隨施工過程而變化。其實在設計中完全可以使預應力束自然地在錨固斷面上基本垂直地錨固,極大地方便施工。其實嚴格控制錨固角度也沒有多大的意義。

預應力管道每米局部偏差對摩擦的影響系數K與管道線形、施工水平有很大的關系;另外一個因素就是管道直徑與預應力束的直徑差,隨著橋梁跨度的增大和砼標號的提高,設計者盡可能地減小截面面積以減小恒載比例,這樣會相應地增大預應力束面積而減小管道面積。設計中確定的預應力束坐標其實是預應力管道的坐標,設計中要考慮施工的正負誤差和預應力束的偏心,偏心值取決于管道直徑與預應力束的直徑差。如果取k=0.0008,μ=0.19,則預應力張拉伸長量僅在束長小于180m滿足施工規范規定±6%,而目前預應力束長達267m,實踐表明規范中K值過于嚴格。據筆者推算在施工不是十分嚴格的情況下K值可達0.004。

2.2 豎向預應力粗鋼筋的回縮

預應力筋錨固后應垂直于錨墊板。施工中有這樣的不利因素組合或單獨作用:①錨墊板與鋼筋中心線不垂直;②砼表面凹凸不平與鋼筋中心線不垂直,張拉時鋼筋不能保持原有中心線而使鋼筋偏心;③錨固螺母的緊固靠手去向下擰緊,難以達到要求,。如果上述三個因素組合在一起,則錨固時預應力筋回縮可達5mm。現假設φ預應力筋長度為4.5m,張拉力50t,伸長量約為13mm,則預應力損失相當大(38%)。如此情況設計者應考慮到,成其是現澆段部分梁體矮、剪力大。

2.3 箱形截面頂底板架立筋

箱梁頂底板上的普通鋼筋設置一般是這樣的:上下面有一層縱向和橫向主筋組成的鋼筋網,上下層鋼筋網之間設豎向的聯系筋,該聯系筋習慣地稱為“架立筋”。在底板上該聯系筋要承受相當的拉力,尤其在跨中底板有預應力束時。國內曾有因設計失誤而在預應力張拉過程中使底板分層的實例。對于長懸臂翼板的聯系筋也要從設計上和施工上保證。簡單地稱聯系筋為架立筋,模糊了部分人員(尤其是不參與設計的)對聯系筋作用的認識,而在施工中放松了要求。

2.4 節段的養生時間

一般資料討論砼性質以72小時齡期為起點。一般認為在砼達到一定強度后即可張拉,沒有對齡期作出要求。為趕工期,張拉時(砼強度達80%)砼齡期最短可為48小時。結構一旦在某齡期小彈性模量狀態下發生了位移,即使彈性模量隨時間而增長,已發生的位移已不可恢復。而且,短齡期砼在拉應力狀態下或壓應力減小情況下發育不均勻,也會影響徐變收縮的發展。對于由某些粗集料(如閃長巖)組成的高標號砼其彈性模量E與強度R并不存在常見的E-R數學關系。張拉前砼養生時間應有所控制。

2.5 剪力鍵的設置

懸臂現澆梁段連接面因為震搗收縮等原因難以很好的連接,設置剪力鍵比較放心。但施工不便。如果設計者認為主梁是偏心受壓而不是受彎的話,可以不設剪力鍵而簡化施工。目前國內有的橋梁設剪力鍵,有的不設。

2.6 日溫差的作用

理論和實際表明日溫差會引起相當大的縱向溫度應力,如某三跨(35+70+35m)上下等效溫度差可達10℃,引起的底板最大應力3.9Mpa。重要橋梁在設計前應在橋址處做相應的模型實驗。這樣的應力會對砼橋面產生不利作用甚至產生裂縫。長期的日溫差反復作用在結構懸臂階段會殘留相當大的不可恢復的附加變形。

3 線形(標高)控制的基本條件

3.1 施工質量穩定、施工計劃完善的必要性

結構計算建立在一定假定條件上,它也要求結構處于假定條件范圍內。如果大橋的施工質量不能保證穩定連續和可靠性,那么用有限元來計算大橋某時刻的狀態是十分困難的,也是跟不上變化的。砼作為結構變形的母體,在一座橋梁中應力求砼生產、生長條件一致。

某梁段立模標高簡單的說就是設計標高+預拱度,某梁段立模(預拱度設置)時刻處于成橋過程中,立模時刻該梁段的位移變化剛剛開始,而預拱度包括該梁段自立模時刻起在成橋過程中發生的所有位移的綜合值。結構位移受結構的狀態、時間、經歷(應力歷史)影響,故施工計劃應完善,基本上不得變更。如果“計劃趕不上變化”,那么預拱度計算就沒有基礎,更談不上精度。為趕進度,縮短砼加載齡期,就增大了徐變,而且有可能影響施工質量。

如果施工質量不穩定、施工計劃變化較大,線形控制就是空中樓閣。

如果不作深入的分析會認為掛籃增大了橋梁施工期內的變形。筆者大略推算,一般情況下掛籃會減小變形。掛籃荷載隨懸澆推進而一步一步加上去,掛籃拆除是一次性全部卸載的。

3.2 高應力狀態下的應變計算

砼線性徐變計算公式假定бha≤0.5Rba(Rba:砼28天標準強度)。《橋規》又認為在施工階段50#砼最大應力可以等于0.75Rba(Rba:施工時砼標準強度)。徐變理論認為如果應力長期大于0.5Rba,那么徐變為非線性,增長斜率明顯劇增。如嘉陵江大橋施工階段某些單元砼應力可以達到0.58Rba。規范假定砼彈性模量是在0.5Rba時的割線模量,在彈性模量這一項上也應該作修正。受壓試件內的微裂縫在應力強度比為0.5后時即可出現。微裂縫一旦出現,徐變迅速增加。

3.3 預應力張拉時的變形計算

該類型橋梁中,由自重引起的變形為主,預應力張拉減少底板壓應力,增加頂板壓應力,是否可以認為底板(結構)處于多次加載、卸載狀態,一般認為卸載時應力應變曲線的割線往往平行于加載曲線原點的切線,而切線模量大于割線模量,故計算預應力作用引起的變形時,彈性模量是否要修正為切線模量。另一方面,預應力作用下的底板(結構)狀態是否可以認為是徐變狀態下的部分卸載,結構會有殘留變形,不能簡單地用直接剛度法來計算其變形。