预应力砼空心板的预拱度分析与控制在现代公路桥梁建设中，先张法预应力混凝土空心板以其施工工艺简单、可工厂化大批量生产、质量容易控制、上下部结构可同步进行等优点，大幅度的提升了桥梁的建设速度，非常适合于工期较紧、桥跨结构要求相对简单的项目，因而在高速、一般道路、市政设施建设工程等方面得到了广泛应用，但是受其运输、自重、架设条件等多方面因素的影响，一般较适合20米以下空心板梁的集中预制生产,在运输条件较好的平原地区可提高至25广东梅河高速公路位于粤东山岭重丘区，全线m以下先张法预应力空心板梁共3618片，集中设厂预制。在施工全套工艺流程中，空心板的预拱度对桥梁线型及能否满足桥面铺装层厚度，保证桥面结构起着重要的控制作用，并对分析预应力空心板梁质量具备极其重大的参考意义，因此，对空心板预拱度的分析并怎么来控制其发展也就显得很重要，然而空心板梁在预应力作用下，预拱度受砼弹性模量、砼强度、钢筋分布等各种各样的因素的影响形成十分复杂，能否较为准确的计算出预拱度的理论值是控制的关键，在施工中我们采用了有限元分析法对空心板的预拱度进行了计算分析，以此为标准对空心板梁的拱度进行实际控制，指导并修正各种影响因素，使拱度控制在规范允许范围内，提高空心板梁的预制质量。1、空心板预拱度的分析中性轴中性轴微元体预应力作用示意图如图dL,只考虑微元段上的预应力情况，作用预应力Py1、Py2……Pyn,预应力到微元段中性轴偏心距为h1、h2……hn,距离向下为正。在分析中采用如下基本假定：（1）空心板的截面形状满足平截面假定；（2）混凝土结构变形在弹性范围内，并适用叠加原理。（3）轴向压力只作用在截面上的一个对称轴上，结构为单向偏心受压。将预应力束的作用换算到中性轴处，得到空心板结构在P＝PyiM=FP(L)Pyihi此时，空心板在纯预应力作用下的挠度变化为MP(L)—预应力作用下计算截面处的总弯矩值；M(L)—单位力作用在处在计算截面处产生的弯矩值；E(L)—施加预应力部位的混凝土的弹性模量；I(L)—空心板换算截面处的惯性矩；Fp(L)—预应力束产生摩阻后的有效预应力系数。在空心板梁预拱度分析中，当梁型结构的截面尺寸确定以后，则截面的截面惯性矩I(L),混凝土的弹性模量E(L)也即确定，同时可认为整个空心板的混凝土弹性模量相同，均为E，此时截面的M(L)也可以很容易确定的。利用（2）式，就可以较为方便的分析空心板在预应力作用下的预拱度计算问在梅河高速公路施工中，将空心板预拱度的设计理论值、各实际观测值与本文所描述的方法得到的计算值进行了比较（见表－1）。表-1计算结果与理论、实际值对比表（20m）（单位：cm）位置支点2L/83L/85L/86L/87L/8支点理论值-0.90-1.66-2.37-2.88-2.37-1.66-0.90-1.01-1.77-2.49-3.01-2.49-1.77-1.01-0.95-1.70-2.44-2.96-2.44-1.70-0.95实测误差0％5.56%1.20%2.95%2.78%2.95%1.20%5.56%0％偏差分析示意图-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.5位置拱度cm系列1系列2系列3从表-1能够准确的看出，理论值和计算结果相差不大，计算结果与实际观测值较为接近，说明该计算结果较为可靠。在跨中，相差最小，能够完全满足实际施工需要，但另一方面，计算结果和实测值比理论值偏大，这是由于实际施工中的一些影响因素在计算假定中被忽略而产生，主要体现在以下几方面：预应力损失；混凝土强度及龄期影响；混凝土徐变。1.1预应力大小的影响影响预应力大小及梁体应力分布情况的因素很多，在先张法空心板实际施工中，主要有以下几个方面：（1）张拉设备的精确程度及人员的操作水平；（2）失效管的长度、位置及密封程度；（3）混凝土的收缩变形及预应力筋松弛引起的预应力损失；1.2混凝土强度的大小影响混凝土强度的重要的因素有配合比、实施工程质量及养护程度等，同时混凝土的强度也是影响徐变的主要的因素。下表为施工中的实测数据,对不同标号砼进行同一线梁同条件下的实验数据,基本反应出砼对拱度的影响，砼强度越高拱度变形越小，反之则越大。支点2L/83L/85L/86L/87L/8支点理论值计算值实际值拱度cm位置系列1系列2系列3表-2砼强度影响预拱度表(20m)（单位：cm）位置标号支点2L/83L/85L/86L/87L/8支点C400.951.802.683.582.681.800.950.751.452.152.802.151.450.750.581.121.662.151.661.120.581.3混凝土的徐变影响混凝土徐变的因素很多，大体上分为以下三类；（1）内在因素：混凝土的组成成分和配合比是影响徐变的内在因素，水灰比越大，水泥用量越多，徐变越大；骨料强度越高，含量越多，徐变越小。（2）外部因素：养护条件下的温度和湿度是影响徐变的外部因素，在预加应力阶段，湿度越大，温度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。（3）应力条件：徐变是混凝土受载后随时间增长的变形，因此施加初应力的水平和加载时混凝土的龄期是影响徐变的主要的因素，加载时混凝土的龄期越长，混凝土硬化越充分，徐变就越小。1.4空心板梁的断面结构影响从宏观意义上讲,横断面结构对拱度的影响并不大,但是相对同一桥跨的边梁和中梁结构不同，断面形式不同,一般边梁外侧增加翼缘板,并分布加强钢筋,翼缘板占整体断面的10%左右,对预拱度会产生一定影响,从实测结果看，边梁一般拱度较小,相差约1-1.5cm，实际施工可考虑改变边梁砼标号或断面结构，尽量做到边中梁拱度相同。支点2L/83L/85L/86L/87L/8支点理论值计算值实际值2、施工中预拱度的控制通过以上分析我们不难发现到影响空心板预拱度的各种重要的因素，在实际施工中，我们要采取比较有效措施控制预拱度，使其向工程有利的方向发展，预拱度过大或过小都不利于梁体的质量控制，拱度过大，则很难保证桥面铺装层厚度，严重影响梁体的荷载受力分布，没办法保证桥梁的正常使用，辽宁某高速公路就出现过因铺装层厚度不够，空心板梁上板面塌裂，造成翻车人员伤亡的重大交通事故，预拱度过小，说明张拉力不足或砼标号过高，没办法保证梁体的承载力或造成水泥的浪费。下面简述在梅河高速公路施工中控制预拱度发展的一些经验：1.1尽量选用精度高的张拉设备并按期校验，对钢绞线张拉实行应力应变指标双控，随时监控张拉设备的状态，发现工作异常及时校验。1.2尽量做到专人专机，提高操作人员的熟练程度。1.3严格按照设计安置失效管，检查失效管长度、位置无误后，对失效管两端密封，以防止灰浆灌入管内，保证达到失效效果。1.4施工中对混凝土质量加强控制，有条件的情况下尽量采用集中拌合，浇筑中加强振捣，养护采用覆盖喷洒，以减少空心板的收缩变形。 1.5 严控放张时间，不同批次的空心板放张强度尽量控制在同一范 围，这样有助于桥梁整体线形的美观、拱度值相近，砼强度最好达到设计强 90%以上放张。1.6 使用外加剂时，尽量采用早强减水剂，提高砼的早期强度并能改善 砼的和易性，提高砼的浇筑质量。在气温较低情况下施工，可考虑蒸汽养生， 提高砼的早期强度，缩短放张时间。 另外在存贮及吊装过程中都会对空心板梁的预拱度发展产生一定的影响，存贮 时间不能太长，一般不能超过两个月，存放时间比较久也可在梁体上部压重物， 比如较小规格的预制梁可堆放在较长的梁体上，起到反压作用，但总层数不 能超过四层。在堆放和运送过程中注意垫块的位置一定要正确，必须安放在 支座位置，否则及易造成反拱力过大造成梁体断裂。 结语：预应力空心板的线形控制是一个复杂且重要的过程，它是空心板 施工中各种参数误差、偏差累积的最后反映，而预拱度是影响桥梁线形和桥 面结构层厚度的主要的因素之一，因此施工中必须分析预拱度的形成发展过程， 以达到控制预拱度的目的。
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