浅谈55T梁边板预应力张拉时产生的侧弯现象

浅谈55T梁边板预应力张拉时产生的侧弯现象
【摘要】以浙江宁波奉化三高连接线跨甬金立交桥主桥55mT梁边梁施工为例，分析了边梁侧弯的形成原因，提出侧弯量估算方法，建议已产生侧弯梁板的施工注意事项。

【关键词】边梁侧弯原因注意事项
1、概述：
奉化三高连接线跨甬金立交桥主桥上部采用55m预应力T梁桥，梁高2.80m，下部为单排双柱式桥墩（交接墩）φ1.6m，基础采用单排φ1.8m钢筋混凝土钻孔灌注桩。

T形梁采用C50混凝土，分左右幅，半幅桥面宽12.25m，由6片T梁组成，左右幅共12片梁板，其中边板4片，中板8片。

主桥处于R＝500m半径圆弧上，桥面弯曲通过边梁的翼缘板调整（图1）。

公路等级为一级公路，桥梁设计荷载为公路－Ⅰ级。

T梁内外边梁悬臂正长表
T梁预应力钢绞线符合《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-2003标准的270级高强度低松弛的钢绞线，规格为15.20mm，标准强度σy=1860Mpa，Ey=1.95X105MPa,松弛率不大于2.5%；张拉时以应力控制为主，控制应力：55米T梁σk=1209Mpa、9φs15.20mm，一束，两端张拉，每束钢绞线的张拉控制力为1757.7KN，每片梁板共8束，张拉合力Fz=14061.6KN（图2）
2、梁板截面几何特性和质量特性
以梁板底横截面水平向为X轴，垂线为y轴。

截面特性取断面积最小处。

计算方法采用autoCAD软件绘制，然后用massprop（面域/质量特性）命令可求解。

注：“－”表示质心在y中性轴左侧，“+”表示右侧。

3、力学性能分析
T梁两端受钢绞线张拉力，因此可视作两端为球铰支座的细长压杆来研究。

3.1、长细比
式中i为截面的惯性半径,U为长度因素，取u=1,l=5500cm。

λx表示则以X轴为中性轴，λy表示则以y轴为中性轴:
3.2、计算λ1值
查《混凝土结构设计规范（GB50010-2010）》，C50砼E=35000Mpa,σp=35 Mpa，代入上式，λ1=99.3
3.3、杆件临界压力
根据计算结果得知，λxiλ1,从计算结果说明以x轴为中性轴构件属小柔度压杆，以y轴为中性轴构件属大柔度压杆，小柔度压杆主要考虑构件强度达到极限而失稳，是个强度问题。

而以y轴为中轴构件则是大柔度压杆，必须考虑构件失稳问题。

大柔件压件可用欧拉公式计算临界压力：
很显然，Fcri均小于Fz，也就是说当T梁在张拉力约50%左右开始倾向于失稳弯曲状态。

4、梁板失稳分析
当受压构件达到临界压力后，构件受到微小干挠后即产生弯曲，对于后张法T梁，可以按两端受压构件研究，微小干挠产生的原因是张拉力合力没有通过质心，在y中轴上，合力Fz与质心在y轴上距离X产生失稳弯距Msw=Fz•X 而致使T梁侧向弯曲。

钢绞线张拉合力点在横截面上y轴方向随梁板长度而变化的，但在X轴方向是不变的，始终处于中心位置，T梁浇筑完成后质心是固定的，所以张拉力合力绕y中性轴的失稳弯距是固定的。

注：“－”表示在图1坐标系中弯曲方向朝左侧，“+”表示朝右侧
从以上计算结果可以看出中板的失稳弯距很小，而边板的失稳弯距很大，应进行认真研究。

因T梁的挠度远远小于跨度，挠曲线可以用以下近似微分方程表达
因Msw是定值，两次积分后得挠度曲线方程
边界条件：铰支座上挠度为零，故：
当z=0时，w=0，代入上式后，c2=0。

当z=l时，w=0，代入上式后，
跨中挠度最大，即当z=l/2时，
将l=5500cm代入上式，得w
梁失稳挠度w (mm)
中板外边板内边板
w -0.03 53.5 -83
注：“－”表示在图1坐标系中弯曲方向朝左侧，“+”表示朝右侧
从上述计算结果表明，中板侧弯量很少，可以不考虑其影响，而边板侧弯量较明显。

需考虑对梁板质量的影响。

55T梁边梁板实际张拉后侧弯量数据表（mm）
左幅外边板左幅内边板右幅外边板右幅内边板
w 62 90 55 95
查《混凝土结构设计规范（GB50010-2010）》挠度限值：
W0=l/400=13.75cm
从理论计算和实际测量的侧弯量数据表明，均在规范允许范围内，梁板可以使用，不影响其内在质量。

实际测量的侧弯数据与理论计算不一致，原因有很多，1）、混凝土各部位存在差异性，实际不可能是均质结构。

2）钢绞线波纹管实际安装时可能存在偏差；3）因T梁断面局限性，左右侧钢绞线无法做到同时张拉，会造成加剧侧弯。

5、当T梁出现侧弯时，张拉过程、出坑、运输，安装过程注意事项：
5.1、从欧拉公式看出，受压构件失稳临界压力与材料弹模成正比，与截面惯性距成正比，与构件长度的平方成反比，所以一、要严格控制混凝土浇筑质量，确保过到设计要求；二、因构件截面已固定，惯性矩是定值，为确保55T梁张拉过程中构件安全，建议在梁板中间设临量时制约(如图3)，张拉结束后静置一段时间后再缓慢撤消制约，防止侧弯量过大过快损坏梁板。

5.2、梁板出坑起吊时，切忌梁板凸起处朝下，应使凸起处略微朝上，防止当凸起处朝下时因重力作用而加剧侧弯量。

5.3、T梁运输过程中要速度缓慢，防止剧烈震动。

5.4、T梁张拉结束后，经监理认可尽快按排安装，让边梁的内侧横隔板与中板横隔板焊接固定，防止其他挠动，加剧侧弯量增加，造成梁板损坏。

实践证明，梁板从2009年投入使用至今，一直完好无损，没有产生裂缝等质量通病现象。

6、体会
T形梁边板，因设计及施工等原因，梁板预制好后质心不在y中性轴上，当钢绞线张拉力超过失稳临界压力时，绕y中性轴产生的侧弯弯距会使梁板产生弯曲变形，当变形量小于规范允许值时，梁板可以使用且并不会影响其他力学性能。

但出坑、运输、安装过程中要有保护措施。

参考文献
[1] 材料力学Ⅰ/刘鸿文主编.－4版.-北京：高等教育出版社
[2] 高等数学/李永琪主编.－杭州：浙江大学出版社
[3] 混凝土结构设计规范GB50010－2010
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。