预应力混凝土施加应力前裂缝分析与防治(2)
作者:佚名; 更新时间:2014-12-05
测点,共计6个测点。如图2



图2   应力测点与挠度测点布置图
  挠度测点分别布置于预应力t梁跨中截面和l/4截面的下缘,采用电测百分表进行竖向变形观测。为消除支座变形的影响,试验时还在支座处设置了观测点,通过百分表测试其压缩变形。
  (3)试验荷载与工况
  本次检验对单片t梁跨中截面采用三点加载试验的方法。试验荷载确定按照现浇混凝土、二期恒载、活载(汽车+人群)在跨中截面作用弯矩与加载重物在跨中截面产生弯矩等效的原则,本次采用钢轨及预制人行道板等加载,试验荷载总重量约为56.62吨(见图3)。共分6级加载(见表1)。



图3   三点集中加载示意图
  加载间距为跨中至两测个4米,悬臂部分各为2米。每级加载完毕后,持续10分钟,稳定后读数。卸载完毕10分钟后,记录残余读数。

表1
荷载分级 荷载重量(t) 跨中截面产生弯矩(kn?m) 跨中截面设计弯矩(kn?m) 效率系数
1级 9.73 855.91 5082.5 0.17
2级 30.16 2620.00 0.52
3级 40.86 3543.46 0.70
4级 48.31 4186.65 0.82
5级 54.23 4697.74 0.92
6级 56.62 4903.91 0.96


  (4) 试验仪器:本次试验仪器有静态应变数据采集仪ucam?1a;接点扫描箱usb?50;电测式百分表;刻度放大镜wysx?40x。
  (5)试验结果与分析:跨中截面各级荷载作用下,所测得的跨中截面及l/4截面应力观测结果列于表2、表3中;挠度观测结果列于表4、表5中。



表2               跨中截面应力观测结果         单位:mpa

荷载分级 各测点实测应力 各测点理论计算值 校验系数
1 2 3 1 2 3 1 2 3
1级 -0.73 -0.15 1.33 -1.17 0.13 1.66 0.62 / 0.80
2级 -2.69 -0.25 4.26 -3.59 0.39 5.10 0.75 / 0.84
3级 -3.68 -0.10 5.57 -4.85 0.53 6.90 0.76 / 0.81
4级 -4.36 0.05 6.27 -5.73 0.63 8.15 0.76 0.08 0.82
5级 -5.04 0.08 7.45 -6.43 0.71 9.14 0.78 0.11 0.82
6级 -5.14 0.15 7.76 -6.72 0.74 9.54 0.76 0.20 0.81


表3             l/4截面应力观测结果           单位:mpa

荷载分级 各测点实测应力 各测点理论计算值 校验系数
1 2 3 1 2 3 1 2 3
1级 -0.08 0.13 0.93 -0.67 0.07 0.95 0.11 / 0.98
2级 -0.88 0.13 2.77 2.05 0.22 2.91 0.43 0.59 0.95
3级 -1.91 0.08 3.65 -2.77 0.30 3.93 0.69 0.27 0.93
4级 -2.37 0.13 4.26 -3.27 0.36 4.64 0.72 0.36 0.92
5级 -3.17 0.10 4.81 -3.67 0.40 5.21 0.86 0.25 0.92
6级 -3.22 0.13 5.01 -3.83 0.42 5.44 0.84 0.31 0.92


表4             跨中截面应力观测结果           单位:mm

荷载分级 观测读数 理论读数 校验系数
初始 0 0 /
1级 2.84 5.57 0.51
2级 11.75 17.04 0.69
3级 17.84 23.04 0.77
4级 22.07 27.22 0.81
5级 26.23 30.55 0.86
6级 27.12 31.89 0.85
残余 3.48 0 /


表5           l/4截面挠度观测结果           单位:mm

荷载分级 观测读数 理论读数 校验系数
初始 0 0 /
1级 1.63 3.86 0.42
2级 7.64 11.81 0.65
3级 11.85 15.98 0.74
4级 14.67 18.89 0.78
5级 17.15 21.18 0.81
6级 17.73 22.11 0.80
卸载 0.95 0 /

  表中应力符号拉为“+”,压为“-”;挠度符号向下为“+”,向上为“-”。  
  在整个静荷载试验过程中,未发现受检t梁出现新的受力裂缝,原有裂缝经灌胶处理并粘贴了炭纤维后,试验过程中也未发现再开裂现象。
  从试验数据结果可以看出,测点2由于距中性轴较近,所测得的数据较小,相对误差较大,但总体趋势与其它两测点一样,仍然较理想,同理论计算值有明显的对应关系。其中测点1和测点3应力实测值均小于对应工况的理论计算值,其中跨中截面应力校验系数达到了0.62~0.84,l/4截面应力校验系数达到了0.11~0.98。所测得的挠度值无论是跨中截面还是l/4截面,均小于理论计算值,校验系数在0.42~0.85之间,相对残余挠度较小(跨中:3.48/27.12=12.8%;l/4:0.95/17.73=5.4%),满足“试验方法”中小于20%的要求。
  由此表明试验结果是满意的,受检t梁受力性能较好,处于良好的弹性工作阶段,其强度、刚度和抗裂性能均满足设计荷载下的使用要求。
  (6)检验结论:
  本次荷载试验,最大效率系数达到了0.96,满足“试验方法”中对荷载效率系数在0.80<η≤1的要求,可以对受检t梁的工作性能作出评价。
根据检验结果,受检的t梁在试验荷载作用下,具有较好的弹性工作性能,其强度、变形刚度和抗裂性能均满足设计荷载作用下的使用要求。
  五、裂缝的预防:
  1、结构设计方面:
  混凝土构件的设计构造钢筋必须满足规范要求的最小配筋率,所使用的构造钢筋尽量采用小截面,小间距分布的形式。以避免混凝土局部收缩所引起的应力集中。
  2、原材料方面:
  混凝土在硬化过程中,水泥水化放热,从而使混凝土的温度收缩应力增大。所以,应在不影响强度和施工进度的情况下尽量采用低水化热水泥。水泥用量方面在不影响混凝土强度的前提下可减少15%的水泥用量,同时增加粗骨料,以补充减少水泥的体积。
根据个混凝土强度级别不同,规范对砂、碎石、施工用水的含泥量、碎石中的灰粉量的要求都有所不同。总之,所有材料都应严格控制在规范要求以内。
  3、混凝土配合比设计方面:
  在配制混凝土施工配合比过程中,在满足混凝土强度的前提下,减小水泥用量。满足施工要求的情况下采用最小水灰比。
  4、混凝土施工过程控制:
  (1)混凝土的拌制:每盘混凝土的拌和时间应控制在2~3分钟左右,搅拌时间不宜过长也不能过短,过短搅拌不均匀,过长会破坏材料结构;混凝土浇注过程中多做几次坍落度实验,严格控制施工水灰比。
  (2)混凝土浇注:浇注过程中采用插入式振捣器为主,附着式震动器为辅(主要在梁端10米处使用)。附着式震动器应采用间歇式震动,每次开启的时间大约为30秒左右,以避免浇注过程出现过震现象,以使混凝土产生离析。插入式振捣器的振捣间距应不大于插入式振捣器的振捣半径1.5倍,以避免浇注过程出现漏震现象。
  (3)混凝土养生:当施工气温大超过30℃,梁体水分的蒸发非常快,且梁体侧面不易吸附水分,如果梁体表面的水分被蒸发,梁体表面的混凝土要进行水泥的水化和硬化反应,就会吸取梁体内部的水分,从而加快混凝土的干缩。要使梁体有足够的水分进行水泥的水化和硬化反应,就必须即时对预应力构件进行洒水养生。规范要求洒水养生的间隔时间最小为2小时,必要时可减为1.5小时一次。
  夏季施工时,若混凝土在浇注完毕,拆模以前气温超过30℃时,在浇注完毕12小时后可在模板外层进行洒水降温。以避免由于内部温度过高,体积膨胀过大,在冷却后体积收缩过大而产生收缩裂缝。养生时间要保持到施加预应力之后。
  5、模板设计及台座制作方面:
侧模:根据梁体结构形式进行设计,在满足几何尺寸的前提下,尽量减少直角连接,减少应力集中点;模板表面打磨光滑,减小摩阻力。
  制梁台座:制梁台座表面尽量光滑,摩阻力小。制梁台座表面可铺设表面光滑的材料,如水磨石、钢板、胶合板等。
  六、结束语
  预应力混凝土t梁是桥梁工程的主要受力结构。经过对开县东河大桥淹没复建工程共有三片t梁裂缝的原因分析,裂缝处理及处理结果检验,简要提出了以上混凝土收缩裂缝的防治措施。由于正确分析出了裂缝的形成原因并制定了切实可行的预防措施,所以在以后的梁体预制过程中再未出现收缩裂缝。由此可见,收缩裂缝是可防可治的,该预防措施具有一定的适用性。
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