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【摘 要】从上世纪50年代首座预应力混凝土桥梁修建至今,特别是改革开放以来,我国已经修建了大量的预应力混凝土桥梁。在这些桥梁的施工建设过程中,难免预应力钢束位置的将产生偏差。而预应力钢束位置的偏差究竟对结构产生怎样的影响。本文对此进行研究,为今后的预应力钢束施工误差对结构影响积累资料。
【关键词】预应力混凝土桥;施工误差;钢束;结构影响
Discuss influence of pre-stressed steel beam position deviation to structure during construction
Tian Jun1,Quan en-wei2,LI Ri-shan3
(1. Qingdao University of Science and Technology Feixian county campus Linyi Shandong 276000;2. Yanbian Huatong Road and Bridge Maintenance Engineering Co., Ltd.,
Yanji Jilin 133000;3. Yanbian Highway Administration Yanji Jilin 133000)
【Abstract】From the 50s of last century's first prestressed concrete bridge built so far, especially since the reform and opening up, China has built a large number of prestressed concrete bridge. The construction of these bridge-building process, it is inevitable prestressed steel beam position will result in bias. The location of prestressed steel beam deviation exactly what impact on the structure. The article studies for the future of prestressed steel beam construction error on the structural effects of the accumulation of information.
【Key words】Prestressed concrete bridge; Construction error; Steel beam; Structural effects
1. 前言
从上世纪50年代首座预应力混凝土桥梁修建至今,特别是改革开放以来,我国已经修建了大量的预应力混凝土桥梁。在这些桥梁的施工建设过程中,难免预应力钢束位置的将产生偏差。基于当前《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中关于预应力结构的基本假定和计算原理,对施工过程中预应力筋位置偏差对结构影响进行研究。
本文将从下面几个方面进行研究分析。即预应力损失的影响、结构应力状况影响、桥梁结构性能影响。
2. 预应力钢束施工误差对预应力损失的影响
通过研究分析可知,在实际工程中,预应力钢束偏离Δy对预应力第四﹑六项损失影响较大,其他项影响较小。在此仅对第四﹑六项损失进行研究。
(1)预应力第四项损失,即弹性压缩损失σl4:
NP4=(σcon-σl1-σl2)AP,
σPC4=NP4An+ NP4ypnypnJn,
σl4=(m-1)2mnpσPC4
(2)预应力第六项损失,即混凝土收缩和徐变损失σl6:
ρ=(AP+AS)AC , ePS= (APypn+ASysnAP+AS), ρPS=1+ePS 2i2,i=JnAn
NP6=(σcon-σl1-σl2-σl4) AP,
σPC6=[NP6An+NP6ypnypnJn]-MgkypnJn,
σl6=0.9EPξ(t)+npσpc6(t)1+15ρρps
将σl4、σl6对Δy取导,并通过试算得知,在实际工程中,当|Δy/yp∣<0.15时改变量可能达到10~20%以上。故应考虑预应力筋偏离Δy对预应力第四﹑六项损失影响。
3. 预应力钢束施工误差对结构应力影响
本文在此仅对后张法预应力结构进行研究,推导梁体下缘混凝土应力公式如下:
ePeσpeApypn-σpe1Ap1ypn1-σl6Asysn+σl61+AS1ysn1
σpeAp+ σpe1Ap1-σl6As-σl61+AS1
σpe=σcon-σl1-σl2-σl4-σl6,Np=σpeAp+σpe1Ap1-σl6As-l61As1
σcχ=NPAn-Np epeynsJn+Mg1kynsJn+Mg2kynsJ0
将结构应力σcx对Δy取导,并通过试算得知,预应力筋偏离Δy对预应力结构应力σcx影响较大,在实际工程中,当∣Δy/yp∣<0.15时σcx改变量将可能达到10~20%以上。
4. 预应力钢束施工误差对惯性矩的影响
图1 预应力钢筋和普通钢筋合力及偏心矩
本文在此仅对后张法预应力结构进行研究。根据现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)的计算原理,预应力钢筋和普通钢筋的合力Npo、Np及其偏心距epo、epn按下列公式计算。
NP=σp eAp+σ'p eA'p-σl6As-σ'l6A's,
epn= σp eApypn -σ'p eA'py'pn-σl6Asysn+σ'l6A'sy'sn
σp eAp+σ'p eA'p-σl6As-σ'l6A's,
σp e=σcon-σl,σ'p e=σ'con-σ'l
在上面的公式中,除图中标明的常用符号可参见(JTG D62-2004)外,需另外说明的有: σp e:σ'p e后张法构件受拉区和受压区
预应力钢筋的有效预应力;
则偏离后净截面重心轴至截面上缘距离Y*'ns(带*参数表示偏离后值):
y*'ns= y'ns + ApkΔyAn
偏离后换算截面重心轴至截面上缘距离 Y*'os:
y*'os=y'os+(np-1)ApΔyAo
偏离后预应力钢筋﹑普通钢筋到净截面﹑换算截面重心轴距离:
y*pn=ypn-Δy-ApkΔyAn,
y*po=ypo- Δy-(np-1)APΔyAo,
y*'pn= y'pn+ApkΔyAn ,
y*'po =y'po+(np1-1)ApΔyAo
y*sn=ysn-ApkΔyAn,
y*so=yso-(n-1) ApΔyAo ,
y*'sn=y'sn + ApkΔyAn, y*'so= y'so+(n1-1)ApΔyAo
偏离后净截面﹑换算截面惯性矩:
Jn=Jc-Apky*pn 2-A'pky*'pn2+(n-1)Asy*sn 2+(n1-1)Asy*'sn2
J0=Jc+(np-1) Apy*po 2+(np1-1)A'Py*'po 2
+(n-1)Asy*so 2+(n1-1)A'sy*'so 2
其中Apk ﹑ A'pk分别为受拉﹑受压区预应力管道截面面积。
将Jn、J0对Δy取导,并通过试算得知,预应力筋偏离Δy对截面惯性矩影响甚小,当∣Δy/yp∣改变量一般在2%以下。故可以不考虑预应力筋偏离对截面惯性矩产生的影响。
4. 预应力钢束施工误差对结构性能影响
(1)对适用性影响
预应力钢束位置的变化导致截面惯性矩的变化很小,故其引起的结构刚度变化很小,可忽略不计。但是预应力钢束位置的变化将导致结构局部收缩徐变等产生一定影响,从而长期将对结构挠度产生一定影响,从而对结构适用性造成一定影响。
(2)对安全性影响
预应力钢束位置的变化将导致结构最大应力的产生相应的变化,并将对结构安全性造成一定的不利影响。
(3)对耐久性影响
预应力钢束的位置偏差将导致保护层的变化,可能导致保护层厚度不足,可能造成钢筋锈蚀等病害,进而影响其结构的耐久性。
5. 结论
本章分析了钢束施工误差对预应力损失、结构应力、惯性矩的影响,对预应力损失而言,第四、六项损失受钢束偏差影响较大,当∣Δy/yp∣趋近0.15时时影响量可达10~20%以上;对结构应力状态而言,当∣Δy/yp∣∈[0.02,0.15]时,结构的应力变化量在2.9%~23.4%之间,钢束偏差与结构应力的变化量存在线性关系。本文研究成果,可供今后的预应力钢束施工误差对结构影响积累资料。
[文章编号]1006-7619(2009)12-23-1081
【关键词】预应力混凝土桥;施工误差;钢束;结构影响
Discuss influence of pre-stressed steel beam position deviation to structure during construction
Tian Jun1,Quan en-wei2,LI Ri-shan3
(1. Qingdao University of Science and Technology Feixian county campus Linyi Shandong 276000;2. Yanbian Huatong Road and Bridge Maintenance Engineering Co., Ltd.,
Yanji Jilin 133000;3. Yanbian Highway Administration Yanji Jilin 133000)
【Abstract】From the 50s of last century's first prestressed concrete bridge built so far, especially since the reform and opening up, China has built a large number of prestressed concrete bridge. The construction of these bridge-building process, it is inevitable prestressed steel beam position will result in bias. The location of prestressed steel beam deviation exactly what impact on the structure. The article studies for the future of prestressed steel beam construction error on the structural effects of the accumulation of information.
【Key words】Prestressed concrete bridge; Construction error; Steel beam; Structural effects
1. 前言
从上世纪50年代首座预应力混凝土桥梁修建至今,特别是改革开放以来,我国已经修建了大量的预应力混凝土桥梁。在这些桥梁的施工建设过程中,难免预应力钢束位置的将产生偏差。基于当前《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中关于预应力结构的基本假定和计算原理,对施工过程中预应力筋位置偏差对结构影响进行研究。
本文将从下面几个方面进行研究分析。即预应力损失的影响、结构应力状况影响、桥梁结构性能影响。
2. 预应力钢束施工误差对预应力损失的影响
通过研究分析可知,在实际工程中,预应力钢束偏离Δy对预应力第四﹑六项损失影响较大,其他项影响较小。在此仅对第四﹑六项损失进行研究。
(1)预应力第四项损失,即弹性压缩损失σl4:
NP4=(σcon-σl1-σl2)AP,
σPC4=NP4An+ NP4ypnypnJn,
σl4=(m-1)2mnpσPC4
(2)预应力第六项损失,即混凝土收缩和徐变损失σl6:
ρ=(AP+AS)AC , ePS= (APypn+ASysnAP+AS), ρPS=1+ePS 2i2,i=JnAn
NP6=(σcon-σl1-σl2-σl4) AP,
σPC6=[NP6An+NP6ypnypnJn]-MgkypnJn,
σl6=0.9EPξ(t)+npσpc6(t)1+15ρρps
将σl4、σl6对Δy取导,并通过试算得知,在实际工程中,当|Δy/yp∣<0.15时改变量可能达到10~20%以上。故应考虑预应力筋偏离Δy对预应力第四﹑六项损失影响。
3. 预应力钢束施工误差对结构应力影响
本文在此仅对后张法预应力结构进行研究,推导梁体下缘混凝土应力公式如下:
ePeσpeApypn-σpe1Ap1ypn1-σl6Asysn+σl61+AS1ysn1
σpeAp+ σpe1Ap1-σl6As-σl61+AS1
σpe=σcon-σl1-σl2-σl4-σl6,Np=σpeAp+σpe1Ap1-σl6As-l61As1
σcχ=NPAn-Np epeynsJn+Mg1kynsJn+Mg2kynsJ0
将结构应力σcx对Δy取导,并通过试算得知,预应力筋偏离Δy对预应力结构应力σcx影响较大,在实际工程中,当∣Δy/yp∣<0.15时σcx改变量将可能达到10~20%以上。
4. 预应力钢束施工误差对惯性矩的影响
图1 预应力钢筋和普通钢筋合力及偏心矩
本文在此仅对后张法预应力结构进行研究。根据现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)的计算原理,预应力钢筋和普通钢筋的合力Npo、Np及其偏心距epo、epn按下列公式计算。
NP=σp eAp+σ'p eA'p-σl6As-σ'l6A's,
epn= σp eApypn -σ'p eA'py'pn-σl6Asysn+σ'l6A'sy'sn
σp eAp+σ'p eA'p-σl6As-σ'l6A's,
σp e=σcon-σl,σ'p e=σ'con-σ'l
在上面的公式中,除图中标明的常用符号可参见(JTG D62-2004)外,需另外说明的有: σp e:σ'p e后张法构件受拉区和受压区
预应力钢筋的有效预应力;
则偏离后净截面重心轴至截面上缘距离Y*'ns(带*参数表示偏离后值):
y*'ns= y'ns + ApkΔyAn
偏离后换算截面重心轴至截面上缘距离 Y*'os:
y*'os=y'os+(np-1)ApΔyAo
偏离后预应力钢筋﹑普通钢筋到净截面﹑换算截面重心轴距离:
y*pn=ypn-Δy-ApkΔyAn,
y*po=ypo- Δy-(np-1)APΔyAo,
y*'pn= y'pn+ApkΔyAn ,
y*'po =y'po+(np1-1)ApΔyAo
y*sn=ysn-ApkΔyAn,
y*so=yso-(n-1) ApΔyAo ,
y*'sn=y'sn + ApkΔyAn, y*'so= y'so+(n1-1)ApΔyAo
偏离后净截面﹑换算截面惯性矩:
Jn=Jc-Apky*pn 2-A'pky*'pn2+(n-1)Asy*sn 2+(n1-1)Asy*'sn2
J0=Jc+(np-1) Apy*po 2+(np1-1)A'Py*'po 2
+(n-1)Asy*so 2+(n1-1)A'sy*'so 2
其中Apk ﹑ A'pk分别为受拉﹑受压区预应力管道截面面积。
将Jn、J0对Δy取导,并通过试算得知,预应力筋偏离Δy对截面惯性矩影响甚小,当∣Δy/yp∣改变量一般在2%以下。故可以不考虑预应力筋偏离对截面惯性矩产生的影响。
4. 预应力钢束施工误差对结构性能影响
(1)对适用性影响
预应力钢束位置的变化导致截面惯性矩的变化很小,故其引起的结构刚度变化很小,可忽略不计。但是预应力钢束位置的变化将导致结构局部收缩徐变等产生一定影响,从而长期将对结构挠度产生一定影响,从而对结构适用性造成一定影响。
(2)对安全性影响
预应力钢束位置的变化将导致结构最大应力的产生相应的变化,并将对结构安全性造成一定的不利影响。
(3)对耐久性影响
预应力钢束的位置偏差将导致保护层的变化,可能导致保护层厚度不足,可能造成钢筋锈蚀等病害,进而影响其结构的耐久性。
5. 结论
本章分析了钢束施工误差对预应力损失、结构应力、惯性矩的影响,对预应力损失而言,第四、六项损失受钢束偏差影响较大,当∣Δy/yp∣趋近0.15时时影响量可达10~20%以上;对结构应力状态而言,当∣Δy/yp∣∈[0.02,0.15]时,结构的应力变化量在2.9%~23.4%之间,钢束偏差与结构应力的变化量存在线性关系。本文研究成果,可供今后的预应力钢束施工误差对结构影响积累资料。
[文章编号]1006-7619(2009)12-23-1081