CN110387806B - 一种预应力梁板挠度变形控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于桥梁施工技术领域，尤其涉及一种预应力梁板挠度变形控制方法。北方严寒地区，在桥梁施工中，会遭遇较长的冰冻期，由于冰冻期暂停施工，预应力梁板越冬前完成体系转换未加载二期荷载，长时间空载使预应力梁板产生挠度变形而上拱。为了控制预应力梁板的挠度变形，本申请提供一种预应力梁板挠度变形控制方法，采用加载与二期荷载相等的等效荷载，达到与预应力梁板加载二期荷载相同的挠度变形效果，从而实现对预应力梁板挠度变形的精确控制。本方法实施简便、经济实用，并且能达到精确控制的目的，适于行业内推广应用。

Description

一种预应力梁板挠度变形控制方法

技术领域

本申请涉及桥梁施工技术领域，尤其涉及一种预应力梁板挠度变形控制方法。

背景技术

在我国东北严寒地区，冰冻、雨雪天气一般开始时间较早，而在翌年较晚时间才结束，越冬时间长，冬季季节寒冷，越冬期间混凝土无法正常施工，每年混凝土有效施工时间短。因此，为确保工程质量，越冬期间混凝土工程不得不暂停施工，例如在吉林地区，每年11月到翌年4月均为冰冻期，长达6个月无法施工，需暂停越冬施工。若预应力梁板越冬前完成体系转换并且未加载二期荷载，在越冬期间预应力梁板因挠度变化而产生位移，直接影响桥面铺装厚度，严重时甚至会影响桥面标高以及桥面线型，降低桥梁的舒适度和耐久性。其中，体系转换是指桥梁结构的受力体系发生变化，主要是由于桥梁合龙，临时支架、约束拆除或增加等原因。桥梁一期荷载是指桥梁梁体自重,即自主混凝土结构所产生的永久荷载,二期荷载包括桥面现浇层、铺装、栏杆、防撞墙、道板、人行道、轨道及声屏障等所产生的永久荷载。

目前，预应力梁板在越冬期间普遍停止施工，也并未采取任何控制预应力梁板变形的措施。但通过对预应力梁板的挠度变形相关研究，如40mT梁模型变形数值分析，该桥中跨中梁预制梁长3920cm、梁宽170cm、梁高250cm，梁体设计为C50钢筋混凝土，预应力钢束采用φ^s15.2mm钢绞线，其抗拉强度标准值f_pk＝1860MPa，张拉控制应力σ_con＝1350MPa。采用有限元软件Midas civil建立40mT梁模型，分别定义预制、存梁及越冬等施工阶段，通过施工阶段变形数值模型分析，进而得到40mT梁跨中变形-时间数据。研究结果表明：越冬间断施工(预应力梁板越冬前完成体系转换并且未加载二期荷载)120天与存梁90天相比跨中向上变形增加1.6mm，越冬间断施工150天与存梁90天相比跨中向上变形增加1.9mm，越冬间断施工180天与存梁90天相比跨中向上变形增加2.1mm。这说明间断施工时间越长，梁板跨中持续上拱变形越大。

因此，亟需一种控制预应力梁板挠度变形的方法，以实现对预应力梁板越冬间断变形精准控制，该方法既方便现场操作，还能保证工程质量。

发明内容

本申请的目的是提供一种预应力梁板挠度变形控制方法，以解决预应力梁板因挠度变形影响工程质量的问题。为了实现本申请的目的，可以寻求加载等效荷载的方法：虽然越冬间断施工二期荷载不能施加，但可以对二期荷载作用产生的挠度进行计算，然后再加等效荷载使其产生的挠度与二期荷载产生的挠度一致。

本申请采用的技术方案如下：

一种预应力梁板挠度变形控制方法，包括以下步骤：

根据预应力梁板宽度为B，桥面现浇层厚度h₁，桥面现浇层容重为γ₁，桥面沥青混凝土厚度h₂，桥面沥青混凝土容重为γ₂，预应力梁板跨径L，设梁板弹性模量为E，截面惯性矩为I，得出二期荷载在跨中产生的挠度f_二：

根据预应力梁板宽度为B，等效荷载为q，纵桥向加载范围系数n，等效布载纵桥向范围为nL，设梁板弹性模量为E，截面惯性矩为I，得出等效荷载在跨中产生的挠度f_等：

根据所述二期荷载在跨中产生的挠度f_二与所述等效荷载在跨中产生的挠度f_等相等，得出等效荷载与二期荷载比

的关系式：

根据所述等效荷载与二期荷载比的关系式，得出不同预应力梁板跨径L、不同n值时的等效荷载与二期荷载的比值；

根据所述等效荷载与二期荷载的比值，在实际预应力梁板跨径条件下选择预设n值，得出等效荷载与二期荷载的比值以及等效荷载q，并在预应力梁板上加载等效加载物。

可选的，所述预设n值取值范围：0.1≤n≤0.2。

可选的，所述在预应力梁板上加载等效加载物时，加载施工方式为从跨中向两侧对称加载。

可选的，所述加载施工方式为从跨中向两侧对称加载的步骤中，等效加载物的堆码层数不多于两层。

可选的，所述加载施工方式为从跨中向两侧对称加载的步骤中，当等效加载物在铅垂方向上多层加载的时候，采用交错对称摆放。

可选的，所述等效加载物为砂袋。

可选的，所述等效加载物为混凝土块。

可选的，所述等效加载物为水袋。

本申请的技术方案具有如下有益效果：

本申请的预应力梁板挠度变形控制方法，根据二期荷载在跨中产生的挠度f_二与等效荷载在跨中产生的挠度f_等相等，得出等效荷载与二期荷载比的关系式：

通过施加与二期荷载相等的等效荷载，使预应力梁板产生的挠度变形得到有效控制，承载等效荷载的预应力梁板与承载二期荷载的预应力梁板在力学上产生的挠度变形相同，因而避免了预应力梁板在越冬期间因空载而产生变形，达到了本申请的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的流程图；

图2为本申请实施例的加载示意图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1与图2，便于理解本申请的下列实施例。

本实施例提供一种预应力梁板挠度变形控制方法，包括以下步骤：

S101,根据预应力梁板宽度为B，桥面现浇层厚度h₁，桥面现浇层容重为γ₁，桥面沥青混凝土厚度h₂，桥面沥青混凝土容重为γ₂，预应力梁板跨径L，设预应力梁板弹性模量为E，截面惯性矩为I，得出二期荷载在跨中产生的挠度f_二：

S102,根据预应力梁板宽度为B，等效荷载为q，纵桥向加载范围系数n，等效布载纵桥向范围为nL，设预应力梁板弹性模量为E，截面惯性矩为I，得出等效荷载在跨中产生的挠度f_等：

S103,根据所述二期荷载在跨中产生的挠度f_二与所述等效荷载在跨中产生的挠度f_等相等，得出等效荷载与二期荷载比

的关系式：

S104,根据所述等效荷载与二期荷载比的关系式，得出不同预应力梁板跨径L、不同n值时的等效荷载与二期荷载的比值；

S105,根据所述等效荷载与二期荷载的比值，在实际预应力梁板跨径条件下选择预设n值，得出等效荷载与二期荷载的比值以及等效荷载q，并在预应力梁板上加载等效加载物。

在附图1中，示出了本实施例的流程图，附图1中的文字描述做了简化处理，其文字描述的核心实质与上述实施例中描述的实质完全一致，不能因简化描述而机械地理解为改变了保护范围。

在附图2中，示出了本实施例中分别加载等效荷载与二期荷载的预应力梁板示意图。图中所标识的内容可与本实施例结合以便于理解本实施例的技术实质。

在本实施例中的预应力梁板，是指广泛应用于路桥工程中的预应力梁板。预应力技术在桥梁工程中的应用，经过多年发展已经形成了较为完整的施工技术。预应力梁板自重轻、节省材料，能有效减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。预应力梁板的钢束呈下凹曲线布置，钢束张拉后产生了较大的向上分力，持续的钢束荷载作用以及混凝土收缩徐变，造成了暂停施工期间持续的挠度变形。

等效荷载是在预应力梁板上额外施加一定重量的加载物，加载物与二期荷载等效，即加载物使预应力梁板产生的挠度变形与承载二期荷载的预应力梁板产生的挠度变形相等，本申请中也称等效加载物。在本申请中，除特殊说明，等效荷载均指在预应力梁板上一定长度范围内均匀施加的加载物的荷载。

预应力梁板宽度是指预应力梁板的横向宽度；桥面现浇层是指在预应力梁板上浇筑的混凝土层；桥面沥青混凝土层在桥面现浇层之上铺装，桥面沥青混凝土层即为桥梁最上方的铺装路面层。容重指单位容积内物体的重量，常用于工程上指一立方的重量，如单位体积土体或混凝土的重量。预应力梁板跨径是指预应力梁板纵桥向的长度，即顺桥向预应力梁板的长度。

“弹性模量”的一般定义是：单向应力状态下应力除以该方向的应变。杨氏弹性模量(Young's modulus)是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量，它是沿纵向的弹性模量，也是材料力学中的名词。根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理量，仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材料的刚性，杨氏模量越大，越不容易发生形变。梁板弹性模量为E在本实施例中是指预应力梁板的杨氏弹性模量。

截面惯性矩指截面各微元面积与各微元至截面上某一指定轴线距离二次方乘积的积分。截面惯性矩是衡量截面抗弯能力的一个几何参数。任意截面图形内取微面积dA与其搭配z轴的距离y的平方的乘积y2dA定义为微面积对z轴的惯性矩，在整个图形范围内的积分则称为此截面对z轴的惯性矩Iz。

本实施例的一个实际应用中，按照本实施例的步骤，计算出等效荷载与二期荷载之比

的值如下表：

由上表可知，在实际工程应用中，已知预应力梁板的跨径条件下，只需要选择确定的n值，即可迅速得出等效加载物的重量值，根据n值和等效加载物的重量值，可指导在预应力梁板上加载等效加载物的施工。

本实施例的预应力梁板挠度变形控制方法，根据二期荷载在跨中产生的挠度f_二与等效荷载在跨中产生的挠度f_等相等，通过施加与二期荷载相等的等效荷载，使预应力梁板产生的挠度变形得到有效控制，承载等效荷载的预应力梁板与承载二期荷载的预应力梁板在力学上产生的挠度变形相同，因而避免了预应力梁板在越冬期间因空载而产生变形。

可选的，所述预设n值取值范围：0.1≤n≤0.2。

本实施例中n的取值范围被限定在0.1≤n≤0.2，是出于施工便利的需要。当0.1≤n≤0.2时，等效荷载与二期荷载的比值控制在一定范围内，同时施工的长度得到控制，不会因为施工的长度过大而延长施工时间。在较短的长度范围内施加并不太大的等效荷载，能有效缩短施工周期，降低施工难度。

可选的，所述在预应力梁板上加载等效加载物时，加载施工方式为从跨中向两侧对称加载。

本实施例中，限定加载时的具体施工方式为跨中向两侧对称加载，能最大限度保证加载时力学的均衡，避免因为加载时受力不均衡导致预应力梁板挠度变形不理想。

可选的，所述加载施工方式为从跨中向两侧对称加载的步骤中，等效加载物的堆码层数不多于两层。

本实施例中，等效加载物的堆码是指在预应力梁板上设置等效加载物时，等效加载物在垂直方向上叠放。堆码层数不多于两层，是为了便于施工，堆码层数过多会造成叠放不整齐，加载物容易掉落，最终影响预应力梁板的挠度变形。

可选的，所述加载施工方式为从跨中向两侧对称加载的步骤中，当等效加载物在铅垂方向上多层加载的时候，采用交错对称摆放。

本实施例中，若等效加载物在铅垂方向上多层加载，在无法保证每一层的加载物的重量和密度都相等的条件下，在摆放过程中，采用交错对称摆放，使最底层的加载物的重心处于预应力梁板的顺桥向中轴切面上，并使上面各层加载物的重心与最底层加载物的重心在同一铅垂线上，有利于预应力梁板受力的均衡。从而保证排放等效加载物后，预应力梁板的挠度变形与加载二期荷载的预应力梁板挠度变形相同。

可选的，所述等效加载物为砂袋。

在桥梁工程施工现场，砂袋是比较常见的建筑材料，本实施例采用砂袋为等效加载物，使加载施工变得更便利；砂袋袋装整齐、便于称重，在加载叠放时不易脱落，方便施工，利于施工的快速进行，缩短施工周期。

可选的，所述等效加载物为混凝土块。

在施工现场，作为废弃物的混凝土块散落在各处，将混凝土块作为等效加载物，废物再利用，既合理利用了资源，又能保持环境的洁净。

可选的，所述等效加载物为水袋。

本实施例中，采用水袋为等效加载物，一方面水袋中的水密度比较单一，加载时各水袋的体积和重量易于控制；另一方面，有利于施工的安全，水袋在施工或加载过程中如发生破溃，对人员、机械或桥梁的冲击力有限，伤害性比较可控。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种预应力梁板挠度变形控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据预应力梁板宽度为B，桥面现浇层厚度h₁，桥面现浇层容重为γ₁，桥面沥青混凝土厚度h₂，桥面沥青混凝土容重为γ₂，预应力梁板跨径L，设梁板弹性模量为E，截面惯性矩为I，得出二期荷载在跨中产生的挠度f_二：

根据预应力梁板宽度为B，等效荷载为q，纵桥向加载范围系数n，等效布载纵桥向范围为nL，设梁板弹性模量为E，截面惯性矩为I，得出等效荷载在跨中产生的挠度f_等：

根据所述二期荷载在跨中产生的挠度f_二与所述等效荷载在跨中产生的挠度f_等相等，得出等效荷载与二期荷载比

的关系式：

根据所述等效荷载与二期荷载比的关系式，得出不同预应力梁板跨径L、不同n值时的等效荷载与二期荷载的比值；

根据所述等效荷载与二期荷载的比值，在实际预应力梁板跨径条件下选择预设n值，得出等效荷载与二期荷载的比值以及等效荷载q，并在预应力梁板上加载等效加载物。

2.根据权利要求1所述的预应力梁板挠度变形控制方法，其特征在于，所述预设n值取值范围：0.1≤n≤0.2。

3.根据权利要求1所述的预应力梁板挠度变形控制方法，其特征在于，所述在预应力梁板上加载等效加载物时，加载施工方式为从跨中向两侧对称加载。

4.根据权利要求3所述的预应力梁板挠度变形控制方法，其特征在于，所述加载施工方式为从跨中向两侧对称加载的步骤中，等效加载物的堆码层数不多于两层。

5.根据权利要求3所述的预应力梁板挠度变形控制方法，其特征在于，所述加载施工方式为从跨中向两侧对称加载的步骤中，当等效加载物在铅垂方向上多层加载的时候，采用交错对称摆放。

6.根据权利要求1所述的预应力梁板挠度变形控制方法，其特征在于，所述等效加载物为砂袋。

7.根据权利要求1所述的预应力梁板挠度变形控制方法，其特征在于，所述等效加载物为混凝土块。

8.根据权利要求1所述的预应力梁板挠度变形控制方法，其特征在于，所述等效加载物为水袋。

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