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料、质量,施工工艺等。加强施工过程主要工序的管理,特别是混凝土的养护对
消除混凝土的表面裂缝尤为关键。
中图分类号:TU528.571 文献标识码:A文章编号:
Abstract: the prestressed concrete hollow slab in construction process, easy to crack. Two factors: temperature stress, raw material
Material, quality, construction technology and so on. Strengthen the construction process of the main process management, especially the concrete curing to
Eliminate the surface of concrete crack was key.
Keywords: prestressed concrete, concrete, hollow slab, cracks, prevention and treatment
1、概述
预应力空心板是桥梁工程的主要受力结构,保证混凝土的预制质量至关重要,本预制厂预制空心板的数量315片,均为后张法预应力混凝土空心板。为保证后张梁的施工质量,对混凝土的控制尤为重要。
2、 裂缝产生的原因分析
鉴于预应力混凝土空心板产生裂缝,技术人员立即对施工中的各个环节进行了分析。
2.1 原材料因素
高强混凝土由于其水泥用量大多在(450~600kg/m3)。 混凝土因采用高标号水泥且用量大,这样在混凝土硬化过程中,水化放热量大,将加大混凝土的最高温升,从而使混凝土的温度收缩应力加大。在叠加其他因素的情况下,很有可能导致温度收缩裂缝。碎石采用上津永基料场碎石,级配符合规范要求,压碎值8.3%
2.2 设备因素
对张拉设备进行校验,如果张拉用的千斤顶油表度数不准,张拉力超过设计值,会使梁板锚垫板处砼直接产生裂纹,超张拉可能造成台座变形位移或局部损坏,如果处理不当或不及时在砼浇注过程座发生变形,混凝土表面就会产生裂纹。经检查,设备符合要求,台座地基满足要求,没有发现台座变形、位移、下沉现象锚垫板处砼并没有产生裂纹。
2.3施工工艺因素
2.3.1混凝土的拌制
拌和设备是500型强制式搅拌机,操作方面,拌和时间一般为3min左右,时间过短,从而影响混凝土的均匀性,取其坍落度为6~9,判定水灰比超过了设计用量,水灰比过大,混凝土干缩量加大,产生干缩裂缝。
2.3.2混凝土浇注。工地采用插入式振动器振密,振捣过程出现过振现象,致使混凝土表面粗细集料离析,靠近模板的混凝土表面细集料过于集中造成强度不够,当受到外界条件的影响如养护不及时,温度过高时有可能产生裂纹。
2.3.3混凝土养生。现场操作往往是等混凝土脱模后才开始养生,空心板顶面在大气中,夏季最高气温达35℃,加快了水份的蒸发,致使表面干缩裂缝。
2.4混凝土内箍筋的影响因素
由于钢筋和混凝土膨胀率的差异,钢材的膨胀率大于混凝土的膨胀率,混凝土表面的拉应力小于钢筋膨胀所产生的应力,从而使混凝土表面拉裂。
2.5混凝土自身应力形成的裂缝
2.5.1收缩裂缝
混凝土凝固时,一些水份与水泥颗粒结合,使体积减少,称为凝缩。另一些水份蒸发,使体积减小,称为干缩,凝缩和干缩合称为收缩。混凝土的干燥过程是由表面逐步扩展到内部的,在混凝土内呈现含水梯度。因此产生表面收缩大,内部收缩小的不均匀收缩,致使表面混凝土承受拉力,内部混凝土承受压力。当表层混凝土所产生的拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。
2.5.2温度裂缝
混凝土受水泥水化放热、阳光照射、夜间降温等因素影响而出现冷热变化时,将发生收缩和膨胀,产生温度应力,温度应力超过混凝土抗拉强度时,即产生裂缝。可以初步推断是由于水化热过大引起的温度裂缝。由于水化热作用,使混凝土内部与外表面温差过大,这时内部混凝土受压应力,表面混凝土受拉应力。由于混凝土抗压强度远大于抗拉强度,表面拉应力可能先达到并超过混凝土抗拉强度,而产生间距大致相等的直线裂缝(称温差裂缝),该结构裂缝形态正是如此。
3、裂缝的预防措施
3.1严把原材料质量关
进场材料必须经严格检验后方能使用,对高标号混凝土使用高标号水泥,减少水泥用量,水泥初凝时间必须大于45分钟。细集料使用级配良好的中砂,细度模数Mx应大于2.6,含泥量小于2%。粗骨料使用质地坚硬、级配良好的碎石,含泥量小于1%,针片状颗粒含量应小于5%。严格控制水灰比,保证水的用量控制在标准之内。
3.2混凝土拌和
细致分析混凝土集料的配比,控制混凝土的水灰比,减少混凝土的坍落度,合理掺加塑化剂和减少剂。混凝土拌和时间控制在3min,不能过短,也不能过长。搅拌时间短混合料不均匀,时间过长,会破坏材料的结构。保证混凝土的均匀性,严格控制加水量,经常检测混凝土的坍落度,以保证混凝土具有良好的和易性。
3.3混凝土的浇注
混凝土浇注应选择一天中温度较低的时候进行,采用插入式振捣器振捣时,移动间距不应超过振捣器作用半径的1.5倍,对每一振捣部位必须振动到混凝土停止下沉,不在冒出气泡,表面呈现平坦、泛浆,边振动边徐徐提出振动棒,避免过振,造成混凝土离析。
3.4混凝土养护
不论是收缩裂缝还是温度裂缝,混凝土的养护最为关键。等混凝土脱模之后才开始洒水养护的方法是错误的。混凝土浇注收浆完成后,尽快草帘覆盖和洒水养护,使混凝土表面始终保持在湿润状态,不允许混凝土在高温下暴晒。由于水泥在水化过程中产生很大的热量,混凝土浇注完成后必须在侧模外喷水散热,以免混凝土由于温度过高,体积膨胀过大,在冷却后体积收缩过大产生裂缝,养护时间不少于两周。
3.5 芯模
整体钢模板,有些空心板混凝土顶面裂缝就是由于混凝土在未达到2.5MPa时,模板支撑不稳固,致使顶面混凝土开裂。因此,预制之前检查芯模是否完好,支撑是否稳固格外重要。
【关键词】预应力混凝土空心板梁施工常见缺陷预防
中图分类号:TU37文献标识码: A
预应力混凝土空心板梁在普通公路和高速公路的中、小跨径桥梁中得到非常广泛的应用。此类桥梁常采用工厂预制、现场安装的方法施工,也可以为了适应各种形状的弯、斜桥梁就地现浇,具有施工方法灵活、施工方便、施工速度快等优点。预应力混凝土空心板梁桥构造简单、受力明确,并且具有高度小、自重轻、纤细美观等特点,非常适合使用在建筑高度受到限制的城市道路和平原区的高速公路上。预应力混凝土空心板梁由于初期设计考虑不周、施工质量不高以及后期材料性能退化、养护不利、长期处于超载状态等原因,梁体会产生较多病害,降低板梁的使用性能和使用寿命,严重的还会使板梁承载能力下降发生断梁、倾覆等危险事故。因此,针对预应力混凝土空心板梁常见病害的研究具有重要的工程实用价值。既可以对已有病害进行有效的维修和治理,防止病害进一步开展劣化,又能够指导设计和施工,使设计和施工更能充分考虑桥梁的使用状态和受力要求。
预应力混凝土空心板梁施工常见缺陷
1、混凝土裂缝
混凝土开裂可以说是高速公路桥梁的多发病,混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多,甚至多种因素相互影响,但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。混凝土桥梁裂缝按其产生的原因大致可以划分如下几种:(1)荷载引起的裂缝。混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生荷载裂缝,主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。(2)温度变化引起的裂缝。混凝土具有热胀冷缩性质,当外部环境或结构内部温度发生变化,混凝土将发生变形,若变形遭到约束,则在结构内将产生应力。当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。(3)收缩引起的裂缝。在实际工程中,混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在收缩种类中,塑性收缩和缩水收缩(干缩) 是发生混凝土体积变形的主要原因,另外还有自生收缩和碳化收缩。(4)钢筋锈蚀引起的裂缝。由于混凝土质量较差或保护层厚度不足,钢筋表面氧化膜破坏,钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应,其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2~4倍,从而对周围混凝土产生膨胀应力,导致保护层混凝土开裂、剥离。(5)施工材料质量引起的裂缝。混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌合水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格,可能导致结构出现裂缝。
2、梁内积水
空心板梁内存在积水时,对于混凝土浇筑质量较好的板梁,早期是不易被发现的。但是随着时间的推移,积水还是会从底板孔隙中慢慢渗出,呈现明显的青黑色潮湿状态。混凝土浇筑质量较差的板梁,底板不仅呈现潮湿状态,严重的还会产生析白现象并孳生青苔。如果底板存在裂缝,积水往往从裂缝大量渗出,并且加速混凝土的碳化,甚至在裂缝外形成碳酸钙“钟乳石”。
铰缝破坏
铰缝破坏的早期特征一般表现为铰缝渗水,首先是局部渗水,然后慢慢扩展至全长,铰缝混凝土破损、剥落,桥面铺装沿铰缝方向产生纵向裂缝。随着病害进一步发展,铰缝钢筋出现锈蚀、断裂情况,渗水状况进一步加重, 桥面铺装纵向裂缝继续扩展甚至形成一片破碎带。桥面车辆通过时破损铰缝两侧空心板有明显弹性下挠现象并产生上下错位形成台阶。当一片空心板梁两侧铰缝均出现上述现象,该片板梁则形成了“单梁受力”状态,桥梁已处于较为危险的工作状态。
4、施工方法及施工工艺不当
(1)抗裂钢筋位置不当。在预制空心板梁顶板钢筋中横向布置的8 钢筋, 往往因为施工不当使其保护层超标(过大或过小), 或因后期混凝土浇筑的过程中使8钢筋位置发生变动, 抗裂钢筋距离梁头较远, 削弱了钢筋的抗裂作用。
(2)加预应力引起的。预应力空心板梁一般采用四束钢绞线对称张拉。四束钢绞线在张拉时腹板受到挤压, 这样在顶板和底板中间产生横向内应力, 当横向内应力大于混凝土的允许应力时, 产生裂缝。
(3)钢筋触动。空心板梁预制施工中, 芯模拆除采用合页式两端拆模方法施工。拆除内芯模板时, 由于操作不当或者拆模较晚, 模板与混凝土多次撞击, 此时混凝土未达到终凝并且强度较低, 从而影响了钢筋与混凝土的握裹程度。这样, 一方面大大降低了钢筋与混凝土的握裹力, 甚至使钢筋与混凝土脱离;另一方面由于模板与混凝土多次撞击, 使钢筋附近的混凝土松散, 严重影响其强度。
(4)混凝土振捣。空心板梁混凝土施工中, 施工人员往往重视底板、腹板振捣却忽视了板梁顶板的振捣, 振捣不到位, 致使空心板梁顶板混凝土松散、不密实;同时也应避免过振现象, 混凝土过振, 骨料下沉, 导致骨料在混凝土中分散不均匀, 顶板浮浆过多, 尤其是梁头位置。另外, 梁头处一般钢筋较密, 振捣不到位, 也会导致混凝土不实。这些都将会直接影响混凝土强度。
预应力混凝土空心板梁的预防措施
1、裂缝的预防措施
(1)严把原材料质量关
进场材料必须经严格检验后方能使用,对高标号混凝土使用高标号水泥,减少水泥用量,水泥初凝时间必须大于45min。细集料使用级配良好的中砂,细度模数Mx>2.6,含泥量小于2%。粗骨料使用质地坚硬、级配良好的碎石,含泥量小于1%,针片状颗粒含量应小于5%。严格控制水灰比,保证水的用量控制在标准之内。
(2)混凝土拌和
细致分析混凝土集料的配比,控制混凝土的水灰比,施工坍落度控制在70~90mm 之间,合理掺加塑化剂和减水剂。混凝土拌合时间控制在2min。
(3)混凝土的浇筑
混凝土浇筑应选择1d 中温度较低的时候进行,采用插入式振捣器振捣时,移动间距不应超过振捣器作用半径的1.5 倍,对每一振捣部位必须振动到混凝土停止下沉,不再冒出气泡,表面呈现平坦、泛浆,边振动边徐徐提出振动棒,避免过振,造成混凝土离析。
(4)混凝土养护
混凝土浇筑收浆完成后,尽快用草帘覆盖和洒水养护,使混凝土表面始终保持在湿润状态,不允许混凝土在高温下曝晒。
2、梁内积水处理方法
对空心梁板空腔内已有的积水,一般采取在底板钻孔的方法将积水引出,钻孔时应避免伤及钢筋。此外,还应消除梁内积水的来源。积水主要由桥面雨水从梁端封头混凝土裂缝渗入进来,但由于梁端的空间狭小,封闭裂缝难度较大,因此在对梁内积水处理时,应重点阻止桥面雨水下渗。对于破损的伸缩缝止水橡胶带和桥面防水铺装层应进行修补、更换或重新铺设,将雨水阻隔在桥面上。同时还应做好桥面排水系统,防止桥面积水。
3、铰缝维修和加固方法
铰缝是空心板梁受力的薄弱部位。目前运营的大部分空心板梁桥均采用小铰缝设计,设计结构与实际受力状态不符,极易在复杂应力状态下发生损坏。因此对于正在运营的铰缝尚且完好的桥梁,应在日常养护和巡检中加强铰缝状态的观察。对于铰缝损坏的桥梁,应及时进行维修和加固。考虑到原设计的不合理,应在原设计基础上对铰缝钢筋和混凝土进行加强,以增加铰缝的抗弯和抗剪强度,使其更好的发挥横向联系的作用。铰缝维修时增设并加粗铰缝钢筋,并按照铰缝的实际受力情况计算分析重新布设钢筋。同时,铰缝混凝土等级也应提高为与梁板同强度等级或高于梁板一个等级。铺装质量也是铰缝能否发挥其横向联系能力的一个重要方面。重新铺设桥面铺装时,应加密桥面铺装钢筋网,提高铺装层混凝土强度等级,使桥面铺装层参与梁板和铰缝共同受力。对于预应力空心板梁,桥面铺装厚度应考虑预应力束张拉后的上拱影响,适当增加铺装层的厚度。铺装应设防水层,阻止雨水侵蚀铰缝。桥面还应设置完整的排水系统,避免桥面积水,增加雨水下渗可能性。
施工方法及施工工艺不当的防治措施
采用定型钢模, 检查模板搭接有无错台、模板安装就位是否准确、加固措施是否牢靠。模板表面应光洁平整,脱模剂使用效果良好;(2)严格控制混凝土振捣, 做到均匀有序,不可漏振;同时应根据施工实际情况, 采取插入式振捣棒与平板式振动器或附着式振动器相结合的振捣方式, 使所有混凝土部位均能振捣到位;(3)严格检查梁体钢筋的制作加工、绑扎安装质量, 砂浆垫块设置应合理, 要确保钢筋保护层符合设计要求;(4)混凝土浇筑前应严格检查模板拼接、安装、加固质量, 并加以粘贴密封条、胶带等措施, 防止漏浆跑模。(5)预应力筋的张拉控制应力应符合设计要求。预应力筋张拉锚固后,实际建立的预应力总值与检验规定值的偏差不应超过±5%。张拉应力过低,通过钢筋传递给混凝土的预压应力降低,混凝土的抗压能力降低使构件的承载力降低,故挠度过大或抗裂度降低,使用寿命短;张拉应力过高,钢筋应力可能超过屈服点,使钢筋产生残余变形,甚至会发生径缩、变形增大、应力不再增加,实际建立的预应力值反而减少,同时使构件在使用过程中可能发生上拱或脆断,危险性很大。(6)释放张预应力筋时的混凝土强度必须符合设计要求。当设计无明确要求时,应
达到混凝土立方体抗压强度等级的80%。放张不宜过早,避免造成钢筋和混凝土握裹力达不到要求,影响空心板整体强度,在使用较大荷载还未达到承载力时产生裂缝。
总结
预应力混凝土空心板是桥梁的承重结构,在预制过程前,要制定出施工工艺规程,对所有参与施工人员进行技术交底;掌握关键工序的技术要点,严格按规范要求检测各项指标,发现异常,及时找出问题产生的原因,采取合理的处理措施加以解决,确保混凝土空心板的预制质量。
参考文献
关键词:预应力混凝土空心板梁常见病害 原因分析
预应力砼简支空心板梁广泛应用于公路、城市桥梁工程中。近年来,不少桥梁上预应力混凝土空心板梁桥常常出现沿预应力钢束的纵向裂缝和渗水等病害,这引起了设计单位和管理部门的广泛重视。结合本人长期从事桥梁检测工作的经验,对工作中经常发现的几种常见病害做一些简要分析。
1.板梁底板渗水、析白及纵向裂缝病害
渗水的根本原因是板梁裂缝,许多板梁由于受到施工条件、进度的影响,梁预制完成后不能及时架设,桥面铺装等未能按时铺设,导致反拱值增加,超过设计允许值较多,梁板反拱过大时,极易产生板梁的横向裂缝。日常检查发现,纵向裂缝多出现在施工完成阶段,在桥梁并未投入营运期就出现该种裂缝,初期裂缝较窄并伴有渗水析白现象,多发生在底板靠支座及跨中附近,裂缝长度较长,最大缝宽部分在0.2mm以上。
(1)常见病害表现:
1)板梁底板纵向裂缝并伴有析白渗水现象。2)板梁底板纵向裂缝。
(2)原因分析
预制空心板采用一次性装模并一次性浇筑混凝土,由于板较宽,通常在1~1.3m左右,芯模底面下的底板混凝土不能直接振捣密实,而是两侧的混凝土(有的大部分是水泥砂浆)挤压流动填充空心板的底板,如果混凝土石料规格过大,水灰比不当,振捣不到位,混凝土不密实,水泥砂浆或水泥聚集在一起,就会出现底板混凝土不密实、渗水漏水现象或纵向收缩裂缝,有时我们可以通过在底板位置发现有一层水印迹或是白色物质可以判定此处可能有裂缝产生,因为这种白色物质是当外界水分通过裂缝向室外渗流时,渗漏水带出的氢氧化钙与空气中的二氧化碳结合形成的碳酸钙。如不处理,底板钢筋易锈蚀,影响桥梁使用寿命。所以采用先浇底板后装芯模再浇底板以上混凝土的工艺流程,施工质量容易得到保证。
2.板梁底、腹板横向裂缝病害
这里提到的病害主要是在桥梁投入营运期发现的,且这类裂缝产生的部位多发生在板梁底板跨中位置,所以其产生原因属于非营运期外荷载引起裂缝。
(1)常见病害表现:
板梁底、腹板横向裂缝;板梁底、腹板横向裂缝析白渗水。
(2)原因分析:
1) 当梁板反拱过大时,极易产生板梁的横向裂缝。多个现场已反映出这个问题的存在,即梁顶面横向裂缝较多,且大都在横向箍筋处,从顶面裂至两侧面上部,往往呈20cm间距(因箍筋间距为20cm)。特别是当施工工艺不合理,顶板纵向普通钢筋配置不足,顶面构造钢筋保护层不够等情况下,这类裂缝则发生得尤为突出、明显和多条。
2) 梁板裂缝问题的另一种可能性是由胶囊内模不平整及跑模所导致,胶囊约束钢筋太少会造成无约束部分胶囊的膨胀与定位不牢固,振捣方式不当还会使胶囊移位,这样会造成板梁断面与设计断面偏差较大,局部顶底板的厚度偏薄,降低了顶底板局部承载力产生裂缝。解决此类隐患的方法是经常检查空心胶囊是否漏气,及时修补。为避免胶囊移位,采用增设结构钢筋定位胶囊、侧板砼两边对称振捣。
3) 板梁在浇注过程中水泥用量过大,在水泥颗粒和水结合后发生水化热反应产生较大的水化热,部分水分大量蒸发使混凝土体积减小,从而导致混凝土内外收缩不均匀,或温差过大或养生不及时等,致使表面混凝土承受拉力,内部混凝土承受压力。当表面混凝土所受拉力超过其抗拉强度时,易出现干缩裂缝。
4) 混凝土板梁浇注后,过久的搁置在底座上或过久地留在两侧模板之中,没能适时拆去侧模吊离底座解除约束。从而产生因底座与梁底的啮合约束了梁体的收缩,拉裂底腹板形成横向裂缝。
5) 在板梁吊装或堆码过程,由于摆放位置受力支点不当出现受力不均匀出现的裂缝。
3.板梁底板划痕、破损露筋病害
这类病害主要出现在某些桥下兼汽车通道或航道的桥梁中,通常这类病害发生的位置都位于跨中位置,主要是外界人为因素产生的破坏,通常是一些交通工具超高或是桥下因某些原因造成净空不能达到通行要求所致。
(1)常见病害表现:板梁底板划痕、破损露筋。
目前公路桥梁抵抗撞击主要靠桥梁结构自身强大的刚度,通行车辆与桥梁主梁的碰撞接近刚性碰撞,巨大的撞击力对碰撞部位主梁将产生较大的局部破坏,部分板梁的钢铰线外露或部分断裂。此外,此类碰撞事故对通行的交通工作也将产生很大的破坏。
(2)原因分析
一些超高交通工具的撞击,导致板梁底板被划伤,严重的甚至造成钢铰线的外露和断裂,如不进行一些必要的修补处理必将对桥梁整体的耐久性造成不利影响。
4.结束语
预应力砼简支空心板梁病害的发生,除环境因素外,大多数情况下是设计缺陷和施工过程中的质量控制导致的。混凝土桥梁的病害处理措施还应针对结构裂缝或毛细孔道的处理,提高原结构的密实度和防水抗渗性能。位于环境恶劣地区的钢筋混凝土结构,除考虑结构刚度外,其设计混凝土桥梁不宜按允许裂缝出现的情况考虑。采用渗透结晶性防水材料作为结构表面的防护层较单纯防水材料更适合于耐久性要求。为提高结构耐久性和使用寿命,保证结构的使用安全性,应建立定期检测、维护和维修机制。
参考文献:
[1]杨文渊,徐编.公路工程质检工程师手册-桥涵工程分册[M].人民交通出版社,2OO5.3
关键词:桥梁;预应力;空心板梁;混凝土施工;成因;危害;预防措施
中图分类号: TU37 文献标识码: A 文章编号:
预应力空心板梁作为桥梁的承载构件,必须严格控制其施工质量,但是,在进行混凝土浇土浇筑施工过程中,由于是施工单位的技术水平差异,常会因各种原因产生一些质量问题,从而影响了梁体结构的使用和耐久性,严重时甚至造成梁体的整体破坏。因此,必须谨慎对待,及时采取措施予以防治,笔者结合近年来预应力空心板梁混凝土工程施工中常出现的一些问题,进行了详细地分析研究,并且提出一些相应的预防措施,以供同行参考斧正。
一、混凝土表面浮浆过多
1、危害
在进行混凝土浇筑的过程中,由于施工人员的失误,造成混凝土各种原料在整体构件中的分布不均匀,从而使得梁体浇筑结束后,混凝土表面的浮浆过多,有时浮浆的厚度可以达到5cm以上,则混凝土内部的水泥浆含量比例较少,其骨料含量比例较大,尤其是钢筋布置密集、截面狭小或拌合物不能直接倾倒的角落等部位粗骨料的含量比例相对来说比较大,如此一来,不仅影响梁体的整体外观,而且严重影响了混凝土的内部质量,即直接影响到构件混凝土的整体强度和变形特征,极易使得混凝土产生裂缝,从而形成梁体局部裂纹。
2、成因
造成混凝土表面形成较多浮浆的原因主要有三方面;其一是振捣强度过大,振捣时间过长;其二是在运输过程中,由于自卸车装料时没有注意进行适当的前后移动,从而使得混凝土拌合物中粗细集料出现离析现象;其三是混凝土拌合物的坍落度偏大。
3、预防措施
在进行混凝土振捣时,应该把握好振捣的时间和强度,均衡有序,既要避免漏振,又要防止过振;在往自卸车上面装料的过程中,每装一下都要移动一下机械的位置,从而降低了混凝土拌合物的离析率,发生离析后应该及时进行二次拌制;在混凝土浇筑施工中,应该定期检测混凝土拌合物的坍落度,并且严格控制拌合物中水和灰的配合比例。
二、空心板顶板厚度不足
1、危害
在空心板预制施工中,极易形成空心板底板过后,顶板厚度不足的质量问题。由于空心板顶板的位置处于受压区,其混凝土承受着使用荷载的所有压应力,所以,顶板厚度不足将直接影响到空心板的整体承载力,有造成梁板报废的可能。
2、成因
造成空心板顶板不足的原因有三方面:其一是在混凝土浇筑施工中,没有检测施工工序,从而使得浇筑混凝土时芯模发生上浮;其二是橡胶芯模在定位筋之间形成波形;其三是芯膜的固定不牢或是定位措施不当,芯膜外形几何尺寸和设计尺寸不相符。
3、预防措施
在混凝土浇筑施工中,应该尽量采取穿芯模的施工工序,即浇筑底板混凝土、穿芯模、肋板以及顶板混凝土,并且保证空心板底板的混凝土厚度适中;由于橡胶芯模的弹性比较大,所以不必完全按照设计值定位钢筋长度,可以适当地缩小1-2cm,此外,为了有效地消除定位筋间的波形上浮量,可以在芯模顶部和定位钢筋之间纵向排列放置三到四根长度稍大于梁板长度的钢筋;严格控制芯模外形的几何尺寸,并且仔细检查芯模的定位措施,定位筋应该按照实际情况进行适当地调整或是加密,另外需要注意的是定位筋的间距最好不大于40cm。
三、梁体局部空洞
1、危害
梁体局部空洞使得混凝土的受力面积减少,从而影响了其的使用功能和耐久性,久而久之,有造成梁体破坏的可能,梁体局部空洞的主要发生在钢筋布置密集、截面狭小、预埋管道等部位。这些部位不容易发现,且难以采取相应的措施。
2、成因
主要原因是钢筋布置过于密集,混凝土拌合物中的粗骨料的粒径较大,预埋件周围的截面过于狭小,混凝土拌合物不能直接倾倒到个别狭小空间,个别角隅处空间狭小造成振捣不到位。
3、预防措施
混凝土骨料的粒径和配比应该满足施工要求,定期检测混凝土的坍落度,混凝土拌合物运输应采取相应的措施防止离析;混凝土的振捣要做到均匀有序,避免漏振现象的发生;针对个别角隅处空间比较狭小的现状,应该选用相匹配的振捣棒;应该尽量采取穿芯模的施工工序,既要防止底板混凝土过厚,又要保证底板混凝土密实到位。
四、混凝土分层界面明显
1、危害及成因
梁体浇筑完成后,混凝土的表面分层界面明显,也就是说出现了两层界面,颜色明显不一致,严重时还出现了错台、漏浆的现象,其不仅影响了梁体的整体外观,而且直接影响了混凝土内部的质量,即使得混凝土内部形成抗剪薄弱层,究其原因,主要是因为在混凝土浇筑施工中,由于混凝土的方量较大、施工机械出现故障、停电以及自然因素等原因,造成了混凝土分层浇筑或浇筑中断时间过长,从而使得混凝土分层界面比较明显,并且该界面缺少粗骨料的挤嵌咬合作用,进而引发了混凝土的内部质量问题。另外,对上层混凝土进行振捣时,极易使得下层已经初凝的混凝土产生细微的裂缝,从而影响了混凝土的使用功能和整体强度。
2、预防措施
由于不可预知的因素的变数极大,所以在混凝土浇筑施工时,应该根据施工现场的实际情况,预先储配好发电机、振捣器、防雨布、搅拌机等器具;为了保证混凝土浇筑的连续性以及预防浇筑中断导致下层混凝土初凝的现象,在安排施工计划时,必须全面了解混凝土初凝时间、施工气温以及劳动力和机械生产情况等信息,才能使得混凝土浇筑工作可以顺利开展。
五、梁板外观质量缺陷
1、危害及成因
在立交桥、城市桥梁以及景观设计桥梁中尤为重视梁板的外观质量,其也是梁板的一个检测评定标准,假如梁板外观质量不过关,不仅影响梁体的使用功能和耐久性,也影响一个城市或地区的市容形象。预制梁板外观质量缺陷主要有:混凝土表明的浮浆过多,混凝土分层界面明显、颜色明显不一,局部裂纹,钢筋外漏,底板鼓包,线性不直,砂浆垫块痕迹明显等。
2、预防措施
其一,严格控制混凝土振捣的时间和强度,做到均衡有序,规避漏振,同时,还应该根据施工县城的实际情况,采用插入式振捣棒和附着式震动器相结合的振捣手段,从而做到所有部位都能振捣到位。
其二,为了有效规避砂浆垫块痕迹明显的现象,可以用焊接段钢筋来代替砂浆垫块,如果必须使用砂浆垫块,需要尽量采用三角形的砂浆垫块,从而使得砂浆垫块与模板的接触基本为线性接触,从而使得砂浆垫块了无痕迹。
结语:
预应力空心板梁混凝土由于各种原因会产生不同程度的质量问题,从而影响了桥体的使用功能和耐久性,因此,笔者通过对预应力空心板梁混凝土施工中一些常见的问题进行简单的总结和分析,希望在以后的施工中对同行有一定的帮助。
参考文献:
关键词:桥梁设计;预应力;空心楼板;计算分析
Abstract: the prestressed concrete simply-supported hollow slab bridge is relatively commonly used in the design of the upper structure form, combined with examples, this paper expounds 20 m prestressed concrete simply-supported hollow slab of the upper structure size and structure for calculation and analysis for the similar project aims to provide the reference.
Keywords: bridge design; Prestressed; Hollow floor; Calculation and analysis
中图分类号: U445文献标识码:A文章编号:
引言
联和东路北延线道路市政工程位于广州市萝岗区的西北部,道路以已建联和东路与联和南路路口为起点,自南向北途经规划一路,建设中的华标品雅居小区,止于规划二路,全长876.609米,宽40米。该项目中乌涌桥中心桩号K0+084.924,为一2X20m预应力混凝土空心板桥,桥梁全长45.04m,空心板梁高0.95m,采用后张法施工,桥面简易连续,顶板厚0.12m,底板厚0.12m。桥面铺装采用10cm C50混凝土现浇层+水泥基渗透结晶型防水材料+10cm沥青铺装。
设计参数
本桥梁道路等级为城市主干道Ⅰ级;汽车荷载等级为公路-Ⅰ级,人群荷载标准值:3.5kN/m2;设计车速为50 km/h;设计车道为双向七车道;结构安全等级为一级,结构重要性系数为1.1;乌涌中桥分左右两幅,其中桥面宽度分别为:乌涌桥左幅桥面宽度为18.0m,横断面组成:6.0m(人行道及非机动车道)+12.0m(机动车道)=18.0m。;乌涌桥右幅桥面宽度为23.0m,横断面组成:17.0m(机动车道)+6.0m (人行道及非机动车道)=23.0m。温度效应按照均匀温度作用分别按整体升温20℃、整体降温20℃考虑。梯度温度根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60―2004)取值。抗震设防等级:地震动峰值加速度0.1g( 基本烈度为Ⅶ度),抗震设防烈度为Ⅶ度。设计洪水频率20年一遇,洪水位标高31.22m。坐标系统采用广州城建坐标系统,高程系统采用广州城建高程系统。该桥梁结构设计基准期为100年。
预应力采用φs 15.2mm预应力钢绞线,抗拉强度标准值fpk=1860MPa,1000小时松弛率在初始荷载为70%公称最大负荷时≤ 2.5%,初始荷载为80%时≤ 3.5%。预应力钢绞线必须符合国家标准GB/T 5224-2003,计算弹性模量E=1.95x105 MPa。本桥采用D40伸缩缝,伸缩缝要求供货商在现浇段施工前提供有关图纸,以便进行调整。根据受力特性选用圆板式橡胶支座,其成品受力性能应满足相关标准的要求。桥梁均应在摊铺沥青混凝土铺装层之前,洒布厚度1.0~1.5mm防水层,桥面防水层采用水泥基渗透结晶防水涂料,其性能应符合国家有关规定。
设计计算分析
了有效地降低了层高,提高了净空高度,节约了竖向构件费用,同时考虑到现浇空心混凝土无梁结构体系,依跨度和荷载不同,可降低建筑总造价5%-20%。本桥梁的结构体系为简支结构,按部分预应力A类构件设计。3)空心板预制时,按1m一道在铰缝的侧模嵌上50cm长的φ6钢筋,形成6mm凹凸不平的粗糙面。张拉台座应有足够的强度及稳定性,两端预应力钢筋锚固横梁、放张砂筒等应有可靠的固定等安全防范措施,防治上翻、滑脱等安全事故的发生。预制空心板预应力钢筋必须待混凝土强度达到设计混凝土强度等级的85%后,且混凝土龄期不小于7天,方可放张。在条件具备时适当增加龄期,提高混凝土弹性模量,减少反拱度。部份预应力钢筋两端采用的硬塑料套管或硬塑料围裹密实等失效措施应稳固牢靠。
设计计算采用平面杆系结构计算软件计算,桥面现浇层参与结构受力,荷载横向分配系数采用铰、刚接板法计算,并用梁格法进行检算。空心板顶板计算按单向板和悬臂板计算,并采用空间结构计算软件复核。采用桥梁博士V3.1.0计算,计算共分4个阶段,即3个施工阶段和1个使用阶段。3.1横向分布系数计算
活载横向分布系数采用G-M法计算。进行结构验算时,为预留一定的安全储备,横向分布系数乘以1.25的增大系数。汽车冲击系数按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)4.3.2条计算,计算正弯矩和剪力效应时μ=0.237。
3.2计算结果分析
(1)中板计算结果及结果分析。持久状况承载能力极限状态验算,对该桥梁正截面承载能力极限计算,其计算结果见图1所示。由图1可以看出,构件承载力设计值大于作用效应的组合设计值,正截面承载能力极限状态满足规范要求。
图 1正截面承载能力极限计算结果
(2)受弯构件斜截面抗剪承载力验算Vpb。对本桥梁验算支点、支点h/2处、支点腹板宽度变化处,验算结果显示支点最大剪力承载力为996.0,设计剪力为13.3,VR/Vd为74.959;支点h/2处最大剪力承载力为1061.3,设计剪力为513.5,VR/Vd为2.067。由计算结果表明,构件斜截面抗剪承载力大于作用效应的组合设计值,斜截面抗剪承载能力极限状态满足规范要求。
(3)持久状况正常使用极限状态验算。对预应力混凝土构件截面抗裂验算,荷载短期效应组合作用下正截面抗裂性验算结果表明,从结果中可以看出,短期效应组合作用下没有出现拉应力,满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中6.3.1条A类预应力构件在短期效应组合下 的要求。对荷载长期效应组合作用下正截面抗裂性验算,结果见图3所示。从图3可以看出,长期效应组合作用下没有出现拉应力满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中6.3.1条A类预应力构件在长期效应组合下 的要求。
对该桥梁预应力混凝土构件斜截面采取斜抗裂验算,在荷载短期效应组合作用下斜截面抗裂性验算见图2所示。从图2可以看出,短期效应组合作用下斜截面主拉应力很小,满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中6.3.1条A类预应力构件在短期效应组合下预制构件 的要求。
图2荷载短期效应组合作用下斜抗裂性验算图
(4)桥梁变形计算分析。对该桥梁按短期效应组合结构的位移计算结果所示。从结果表明,在荷载短期效应组合下,跨中的最大挠度为0.006,C50混凝土的挠度长期增长系数为1.425,故考虑荷载长期效应的影响下,最终计算边跨跨中的最大挠度为:0.006/0.95×1.425=0.009因为由预加力产生的长期反拱值大于按荷载短期效应组合计算的长期挠度,不设预拱度。
(5)持久状况应力验算。其中该桥梁正截面混凝土的压应力验算结果可以表明,正截面混凝土的压应力最大值13.93≤0.5fck=16.2MPa,满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中7.1.5条的要求。预应力钢束拉应力见表4所示,从表4中可以看出钢束拉应力满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中7.1.5条钢绞线应力的要求。桥梁斜截面混凝土的主应力计算结果可以表明,混凝土的主压应力最大值:11.51MPa
表1钢束拉应力表
4.结论
文章结合实例,根据钢筋混凝土结构设计理论和桥梁结构力学行为等相关理论,给出了预应力空心板桥梁的应力和变形的设计理论与施工验算的方法,同时结合该预应力空心板结构实例,按照具体的设计过程进行了预应力空心板桥梁结构的设计计算。
参考文献:
[1] 李学刚,徐进.13m预应力混凝土简支空心板上部结构设计计算[J].黑龙江交通科技,2007,28(09):18~19.
[2] 李月姝.装配式预应力空心板桥结构的设计与数值模拟分析[J].交通标准化,2010,27(06):31~33.