装配式预应力T梁的变形

装配式预应力T形梁的变形

作者：张超指导教师：黎鹏

摘要：由于预应力等因素的影响，后张预应力混凝土T形梁在张拉阶段会产生一定的反拱和侧弯现象。装配式梁桥在预制场标准化生产，存梁期混凝土的徐变效应将加剧T梁的变形，变形值可能超过规范规定的限制。如对其不加控制，将给后续的施工带来困难和安全隐患。本文从设计和施工两方面系统地分析了变形产生的原因，最后提出控制T形梁变形的方法，这对今后桥梁的设计和施工均有一定的借鉴作用。

关键词：装配式 T形梁反拱侧弯徐变效应变形控制

Assembly type prestressed T beam deformation

Name:ZHANG Chao Tutor: Li Peng

(School of Civil Engineering and Architecture, Henan University )

Abstract:As a result of prestress,T-shaped beam of post-prestressed concrete appears invert camber and lateral bending on the prestretching stage. Assembly type beam bridge in the prefabricated field standardization production,during the beanm-preserving time,creep effect increases the deformation,which may exceeed the cod limits.Without any control measures taken,the deformation can result in difficulties for construction and pose as potential menace for structural safety.So in this paper,the cause of deformation is analyzed from the angles of design and construction,the method of deformation control is also proposed in the paper,which can be used for references to design and construction of bridge.

Key words: assembly type T-shaped beam invert camber lateral bending creep effect deformation control

随着桥梁工程技术的逐渐发展，大跨度装配式后张预应力混凝土梁式桥以其标准化、现场施工方便和经济效益好等优势，被广泛应用于公路桥梁工程项目建设中。对于30m-50m跨径的桥梁，横截面大多布置成T梁截面形式。根据跨度的大小和具体的施工条件，T梁可在附近工厂或者在现场预制，但由于T形预制梁截面相对较小，其主梁横向刚度一般较弱，在张拉预应力钢筋时，跨中位置将产生一定程度的反拱和侧弯，在徐变效应作用下，这种变形将随时间增大。而过大的变形将给后续施工带来困难，对桥梁结构的安全带来隐患。

影响预应力T梁变形的因素还有很多，包括设计张拉力的大小、是否采用超张拉、施工中预应力筋的张拉顺序、预应力孔道定位是否准确、构件的截面尺寸、张拉时混凝土的弹性模量等因素。严格按照施工要求进行操作，可使这些因素对T形梁变形的影响程度降到最低，从而符合设计规定。下面探讨一下T形梁产生变形的原因及预防减少这些变形的一些措施。

1、T形梁产生反拱的原因及控制方法

混凝土材料是一种抗压强度高抗拉强度低的建筑材料，它的抗拉强度不仅很低（一般只有抗压强度的1/15-1/10），而且还很不可靠；它的抗拉变形能力也很小，这种破坏属于无明显预兆的脆性破坏。钢筋混凝土虽然利用钢筋来帮助混凝土承受拉应力，但如果不允许开裂，则钢筋的拉应力只能达到20-30MPa左右；如果允许混凝土开裂但需将裂缝宽度限制在0.2-0.25mm之内，则钢筋的拉应力也只能达到约150-250Mpa。由于钢筋混凝土存在两个难以解决的问题：一是在带裂缝工作状态下，裂缝的存在不仅造成受拉区混凝土材料不能充分利用，而且结构刚度下降，自重比例上升；二是从保证桥梁耐久性的要求出发，必须限制混凝土裂缝开展的宽度。上述原因限制了钢筋混凝土梁桥的跨越能力，这些就为预应力在桥梁上的应用创造了条件。我们知道，桥梁在恒载和活载作用下将产生向下的挠度，为了消除恒载和经常作用活载之长期效应所产生的挠度，通常在桥梁施工时设置预拱度。T形梁则由于预应力产生有利的反拱，会抵消由于荷载所产生的向下挠度。一方面，由于对预压应力产生的上拱估计不足，造成过分反拱，反而出现不利情况；另一方面，在存梁期，由于徐变因素的影响，会造成反拱进一步增大。在实际工程中，由于各种因素的影响，往往会出现存梁期超过规范和设计建议的时间。此时的预应力混凝土T梁未作用有二期恒载和活载，使得反拱超过设计和规范的限制。对于单孔桥而言，梁顶为一曲面；对于整座桥而言，在桥的总长范围内形成多个起伏波段。进而造成桥面不平整，而且在进行桥面铺装施工时，跨中的铺装会出现过薄的情况。这些不仅会导致高速行车困难，加大车辆的冲击作用，也可能使桥面铺装层和结构的辅助设备遭致破坏，严重者甚至威胁桥梁的安全。因此，预应力混凝土T形梁的挠度控制就显得尤为重要。

对于过大反拱，通常在施工时设置向下的预拱度，以抵消预应力和混凝土徐变产生的上拱值，避免桥面隆起直至开裂破坏，其向下的预拱度值通过计算来决定，通常取理论反拱值的1/2-3/5，预应力孔道同时也需按向下的预拱度值进行定位。对于存梁期过长造成反拱超过规定限制时，可采取在梁跨中压重的办法，以减小存梁期由于徐变效应所引起的反拱，压重值也应通过计算确定。这种方法简便易行，可避免因设置向下的预拱度需台座、预应力孔道和模板同时起拱的麻烦。况且存梁时间有时预先不能确定，这也给设置向下的预拱度带来困难。

2T梁产生侧弯的原因及控制方法

后张法预应力混凝土简直T形梁，由于其侧向刚度比横向刚度少十几倍，导致梁体的侧向稳定性较差。因此，在上部结构的安装中，梁与梁之间以横隔板相联结以增强结构的整体性和稳定性。但在梁的制作和吊运过程中，由于没有横向约束，梁体处于不利的受力状态，张拉很容易产生侧弯现象。T梁的侧弯将直接影响整个线路的线型及后续工序的质量和进度。同一跨度内如果梁的侧弯过大，且弯曲方向相反时，则相邻梁之间的横隔板和湿接缝处钢筋与混凝土使用量必然会加大，造成不必要的浪费，且相邻梁之间的梁肋间距变化，对梁的受力也会产生影响。同时，当梁产生侧弯时，梁上预埋的护栏钢筋和泄水孔必然偏位，如果边梁向外侧弯，则桥面的宽度、梁的长度等将会受到很大的影响。所以控制梁的侧弯就显得非常重要。

2.1 梁侧弯原因

（1）随着预应力技术在混凝土桥梁方面应用的日益成熟，使得桥梁的跨度不断加大，而梁体的截面和重量却在不断减小。T梁截面尺寸紧凑，虽然减轻了自重，使吊装重量减少，方便了施工。但同时也使得梁的整体刚度比较小，特别是梁的侧向刚度偏小。50m T形梁绕强轴（x-x）方向惯性矩I X是绕弱轴（y-y）方向惯性矩I y的18.6倍，即平面内横向刚度是纵向刚度的18.6倍。在预制安装施工阶段由于无横向约束，当荷载到达一定的临界值（大大低于梁的平面内承载力），极易产生梁的侧向弯曲并扭转。由于梁体截面尺寸较小，施工过程中预应力筋的偏差对梁体侧向弯曲较为敏感，所以在T梁强度满足设计要求的情况下，设计人员也不能一味地减小梁的截面尺寸。

（2）T梁中平弯钢束的存在是导致梁体侧向弯曲的主要原因。平弯钢束在张拉时会产生横向分力和侧向弯矩，而梁体侧向弯度较小，出现侧向弯曲则是必然的现象。由于平弯钢束对梁体的作用并不能相互抵消，况且在实际张拉时，不可能同时张拉各对称钢束，故设计的张拉程序也不能减小其影响。

（3）徐变效应使得梁体侧向弯曲变形进一步增大。徐变效应产生的侧向弯曲变形可达预应力产生初始弹性变形的2-4倍。徐变效应是混凝土特有的一种时变特性，徐变变形与许多因素有关，如养护条件，加荷时混凝土的龄期等，这些因素都将影响T梁侧弯的发展。

2.2 预防和减小侧弯的措施

针对以上T梁产生侧弯的主要原因，特采取下述措施来预防和减小T梁的侧弯：

（1）提高模板的加工精度，使预制T梁形状符合设计要求；严格控制定位预应力孔道的纵、横坐标位置，尤其注意其横向位置，确保不移位。

（2）梁体混凝土强度达到预期强度要求后，方能张拉预应力筋。必要时，还应掌握混凝土的弹性模量是否达到