《箱梁质量控制》PPT课件.ppt

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1、客运专线预应力混 凝土梁的质量控制 铁道科学研究院铁道建筑研究所 2005年 12月 0.前言 (1)我国既有铁路预应力混凝土梁的概况 (2)客运专线预应力混凝土梁的特点 (3)预应力混凝土梁质量控制是客运专线桥 梁乃至高速铁路桥梁质量控制的关键问题。 1.原材料 1.1 总则 1.2 应重点控制的问题 (1)水泥 (2)骨料 (3)粗骨料 (4)高效减水剂 (5)钢绞线 (6)锚具 (7)桥面防水层材料 2.制梁设备 2.1 总则 2.2 重点控制问题 (1) 模板 (2) 制 、 存梁台座 (3) 箱梁支点的不平整量 支点不平整量的定义 h 2h 4 ih = H - H i 1 1 h

2、h h 3 3 A A A A (i2 ) A A A A A 0 图中： h = (h + h )/2 42 A 点 实际高差h h或 支点不平整量 或 H + H - H - H 2 4 31 33 1 2 2 4 4 3 3 3 H 2 H 4 H H 3 3 H 3 当h h或 3 3 2 h时 ， A A A A 1 2 3 4 仍处于一个平面 出现支点不平整 3 当h h或 3 A A A A 1 2 2 h时 ， 43 2h h (h ) 3 3 3.混凝土配合比及浇筑前的质量检查 3.1 总则 3.2 重点控制问题 (1) 预应力管道的位置与定位 (2) 箱梁支座板的不平整量

3、(3) 钢筋及预应力管道的混凝土保护层厚度 各国规范对钢筋、预应力管道保护层的规定 国家 距表面最近钢筋保护层厚度 (mm) 预应力管道最小 保护层厚度 德国 40 1.2倍管道直径 (各向 ) 日本 30 1.0倍管道直径 (各向 ) 中国高 速暂规 30 侧面： 1.2倍管道直径 底面：不小于 60mm 4.混凝土浇筑工艺 4.1 总则 4.2 重点控制问题 (1) 混凝土的配合比 、 准确计量及工作性能 (2) 各种试件的制备 (3) 混凝土施工时的温度控制 混凝土施工时的温度控制 （ 1）模板温度宜控制在 5 35 ； （ 2）混凝土拌和物入模温度宜控制在 10 30 ； （ 3）冬季

4、施工的控制。 5.混凝土的养护及拆模 5.1 秦沈客运专线箱梁制造的经验 （ 1）秦沈客运专线的成功建成，标志者我国 铁路预制梁技术的全面提高； （ 2）由于尚缺乏足够的经验，也存在一些不 足，主要体现在以下几个方面： 混凝土养护温度的控制 先期生产时混凝土的早期开裂 混凝土的水化热发展规律 0 24 48 72 96 120 144 0 20 40 60 80 沙河桥 底 板 腹板 中 腹板 上 顶板 箱内温度 空气温度 跨中截面 温度汇总 ( ) 时 间 ( 小时 ) 0 24 48 72 96 120 144 0 20 40 60 80 石河桥 底 板 腹板 中 腹板 上 顶板 箱内温度

5、 空气温度 跨中截面 温度汇总 ( ) 时 间 ( 小时 ) 根据箱梁混凝土水化热温度随时间变化的测试结果，水化热 温度在混凝土完浇筑成后 16 20小时左右后达到最高，考虑各 箱梁浇筑时间不同等因素后，箱梁混凝土水化热出现最高温度 时间平均约为混凝土入模后 24小时。 混凝土水化热的下降 0 24 48 72 96 120 0 20 40 60 80 沙河桥 底 板 腹板 顶板 平均 跨中温度 ( ) 时 间 ( 小时 ) 梁跨中及端部截面底板每小时降温约 0.45 0.55 ，顶 板每小时降温约 0.35 0.45 ，腹板每小时降温约 0.30 0.35 。 0 24 48 72 96 1

6、20 0 20 40 60 80 石河桥 底 板 腹板 顶板 平均 跨中温度 ( ) 时 间 ( 小时 ) 箱梁混凝土与环境的温差 0 24 48 72 96 120 0 15 30 45 60 沙河桥 底 板 腹板 顶板 气温 跨中温差 ( ) 时 间 ( 小时 ) 停止蒸养 48小时后，箱梁内外空气温度差在 10 之内；除端 部腹板及跨中腹板上部变截面处与环境温度差在 17 20 外， 箱梁其他部位与环境的温差基本在 15 之内。同时，梁体混 凝土表面与芯部的温差不大。因此，可选择此时进行箱梁模 板的拆除，以防止梁体由于温差过大出现早期裂缝 。 0 24 48 72 96 120 0 15

7、 30 45 60 石河桥 底 板 腹板 顶板 平均 端部温差 ( ) 时 间 ( 小时 ) 5.2 混凝土养护及拆模的温度控制 养护的温度控制： （ 1）静停时间 （ 2）升温速度 （ 3）蒸汽温度 （ 4）混凝土芯部最高温度 （ 5）拆除保温设施时的温差 拆模的控制： （ 1）芯部与表面、表面与环境温差、混凝土强度 （ 2）拆模后宜进行早期张拉 （ 3）气温急剧变化时不宜拆模 6.预应力施工 6.1 质量控制基本原则 （ 1）预应力施工的质量将直接影响梁体的抗裂性能 ; （ 2）为有效避免可能出现的梁体早期裂缝，除应对 拆模时梁体芯部及环境温度、混凝土的强度、弹性 模量进行控制外，应采用三

8、次张拉工艺； （ 3）应对张拉用设备及相关资料进行检查； （ 4）终张拉应在存梁台座进行，并严格控制张拉混 凝土弹性模量及龄期不小于 10天。 （ 5）根据现场实测的各种摩阻结果，复核设计或施 工单位确定的各种张拉参数。 6.2 预应力的各种损失简介 预应力混凝土结构的预应力损失分两大部分： （ 1）瞬时损失： 后张法：管道摩阻、锚口及喇叭口摩阻、弹性压 缩、锚具回缩； 先张法：锚口摩阻 (折线配筋时的转折器摩阻 )、 温差损失、弹性压缩、锚具回缩； （ 2）长期损失： 混凝土收缩徐变损失、预应力筋松弛损失。 6.2.1 管道摩阻损失 d P P-dP dP N 2 sin)( 2 sin d

9、 dPP d PN 22 sin1 dPdP ，d 时 ，并忽略高阶小量： dPN 则： dPNdP d P dP ；两边积分得： 12 0 2 1 lnln PPd P dPP P ，因此 e P P P P 1 2 1 2 ln （ 1）管道摩阻损失的组成 由摩擦引起的摩阻 (摩擦系数 m) 由管道偏差引起的摩阻（摆动系数 k， 并与管道长度有关） 因此，设计规范中计算管道摩阻损失 的公式为： P2/P1 e-(kx+mq) （ 2）影响损失的主要因素 摩擦系数 (相对较稳定 )； 管道弯起的角度； 管道的长度； 直管道的平顺程度。 其中： 2 4项与施工工艺及质量关系 密切，变化相对较大

10、。 6.2.2 锚口及喇叭口摩阻损失 千斤顶 限位板 夹 片 锚 板 锚垫板 钢绞线 限位高度 （ 1）产生损失的原因 （ 2）影响损失的主要因素 锚口摩阻： 夹片的加工精度； 限位高度； 钢绞线的直径。 喇叭口摩阻： 分丝角度； 喇叭口的长度。 6.2.3 弹性压缩及回缩损失 弹性压缩损失主要取决于梁体混凝土及钢 绞线弹性模量、张拉顺序和张拉吨位；一般 情况下，只要终张拉时梁体的弹性模量满足 设计要求，实测弹性压缩损失往往小于设计 值。 夹片回缩损失主要由夹片锚固后的外露高 度和限位板高度决定 6.2.4 长期损失 （ 1）松弛损失 松弛损失主要由钢绞线的原材料性能、加 工工艺决定，相对较稳

11、定（ 2.5%）。 （ 2）收缩徐变损失 主要影响因素包括：混凝土的弹性模量、 张拉龄期、混凝土的配合比、初始应力的大 小、外界环境等。 因此，需要控制终张拉时混凝土的弹性模 量、龄期；要求控制混凝土中水泥用量。 6.3 预施应力的质量控制 预应力混凝土结构的大量试验结果表明，通过测试管 道、锚口和喇叭口摩阻以及钢绞线弹性模量确定预应力筋伸 长量，并严格控制预应力管道位置，可以获得准确的梁体混 凝土预施应力。为此新技术条件中规定在试生产期间应至少 进行 2件瞬时损失测试，正常生产后每 100件进行一次测试。 6.3.1 管道摩阻试验 1.工具锚 2.主动端千斤顶 3.对中垫 4.主动端传感器

12、5.被动端传感器 6.被动端千斤顶 管道 21 锚垫板 43 钢束 轨道梁 635 1 6.3.2 预应力张拉伸长量的计算 （ 1）预应力施工中实测伸长量的组成： 梁体锚底之间钢绞线的伸长量 (设计值 )； 工作锚与工具锚之间钢绞线的伸长量； 工具锚夹片的回缩。 （ 2）张拉力不变条件下，影响伸长量的主要因素： 钢绞线的弹性模量； 预应力的管道摩阻、锚口及喇叭口摩阻。 （ 3）考虑管道摩阻的伸长量的计算 P 1 2 P d P( ) 令 lkKklKl 由 Kxkx ePxPePP )()( 1 2 钢绞线微段的伸长量 d 为 dxEAxPd )( ，两边积分得： z kxl Kxl K EA

13、 Pl kx e EA Pldxe EA Pdx EA xP )( 00 1)( （ 4）施工伸长量的计算 设计伸长量 L1 K1设计钢绞线弹模 /实际钢绞线弹模 K2设计 KZ/实测 KZ 工作锚与工具锚之间钢绞线伸长量 L2； 工具锚夹片回缩量 L3 施工伸长量 L L1K1K2 L2 L3 6.3.3 严格避免超张拉 超张拉后，虽然可以提高梁体的有效预 应力，提高梁体的抗裂性，但对梁体的后期 徐变上拱影响较大。 高速铁路对轨道的平顺度要求很高，因此应控制预应力 混凝土结构的后期徐变上拱度。技术条件中除规定测试梁体 终张拉的弹性上拱度外，特别规定进行终张拉 30天后的徐变 上拱度测试和要求

14、。增加上述规定后，不仅可以控制梁体后 期变形，也可有效地防止施工单位为单纯满足梁体抗裂性检 验要求盲目加大预施应力，确保梁体的长期性能。 7.预应力管道压浆及封锚 7.1 管道压浆施工 （ 1）后张预制梁终拉完成后，宜在 48h内进行管道压浆。压浆 前管道内应清除杂物及积水，梁体及环境温度不得低于 5 （ 2）压浆用水泥应为强度等级不低于 42.5级低碱硅酸盐水泥 或低碱普通硅酸盐水泥，浆体水胶比不应超过 0.34，水泥浆 不得泌水， 0.14MPa压力下泌水率不得大于 2.5；浆体流动 度不大于 25s， 30min后不大于 35s；压入管道的浆体不得含 未搅匀的水泥团块，终凝时间不宜大于

15、12h。水泥浆 28d抗压 强度不小于 35MPa，抗折强度不小于 7.0MPa； 24h内最大自由 收缩率不大于 1.5，标准养护条件下 28d浆体自由膨胀率为 0 0.1。 （ 3）水泥浆应掺高效减水剂、阻锈剂，掺量由试验确定。严 禁掺入氯化物或其它对预应力筋有腐蚀作用的外加剂。 （ 4）预应力管道压浆应采用真空辅助压浆工艺式，压浆泵 应采用连续式；同一管道压浆应连续进行，一次完成。 压浆前管道真空度应稳定在 -0.06 -0.10 MPa之间；浆 体注满管道后，应在 0.50 0.60MPa下持压 2min。 （ 5）水泥浆搅拌结束至压入管道的时间间隔不应超过 40 分钟。 （ 6）冬季

16、压浆时应采取保温措施，并掺加防冻剂。 7.2 封锚 （ 1）封端混凝土应采用无收缩混凝土，抗压强度不应低于 设计要求； （ 2）封端前应对锚圈与锚垫板之间的交接缝用聚氨酯防水 涂料进行防水处理。 8.桥面防水层 8.1 桥面防水的重要性及存在的问题 （ 1）桥面防水是保证梁体耐久性的重要环 节，我国既有铁路桥梁中 80以上的病害 均与水害有关。 （ 2）目前存在的主要问题： 生产厂家多，各种低价劣质成品多； 低价中标、原材料质量低劣； 施工单位重视程度低，施工质量差； 检验手段不完善。 8.2 保证桥面防水质量的措施 （ 1）加强原材料的检验和施工过程的质量控 制； （ 2）桥面防水层保护层中

17、聚丙烯纤维网掺量 不应小于 1.8kg/m3；保护层混凝土断缝设置 应满足设计要求，并用聚氨脂防水涂料将断 缝垫实、垫满； （ 3）防水层构造、排水坡度、桥面泄水管位 置应符合设计要求； （ 4）泄水管和泄水管盖板构造应符合设计 要求。 9.架梁 9.1 支点不平整效应试验简介 （ 1）支点不平整量与支点反力的关系 0 1 2 3 4 -600 -300 0 300 600 R 1 支点下沉 实测值: R1 R2 R3 R4 计算值 支反力变化量( k N ) 支点不平整量( m m ) 0 4 8 12 16 -1600 -800 0 800 1600 R 1 、R 3 支点下沉 实测值:

18、R 1 R 2 R 3 R 4 计算值 支反力变化量( k N ) 支点不平整量( m m ) 实测箱梁两对角支点反力为零时支点不平整量 11.99mm，限元计算 9.61mm。当支点不平整量大于 7 8mm后，箱梁顶、底板纵向已经开裂，横 向刚度降低，因此实测箱梁的临界脱空量大于计算值。 箱梁下沉支点及其对角支点处顶板横向承受正弯矩作用，同端另一支点 处顶板横向承受负弯矩作用。顶板开裂前，实测结果与计算接近。当支 点不平整量分别在 4mm和 6mm时，顶板底面、顶面的实测最大拉应力各 达到 4.0MPa；当支点不平整量大于 7mm，顶板横向出现肉眼可见裂缝。 （ 2）出现支点不平整箱梁的顶板

19、横向应力 0 2 4 6 8 10 12 -40 0 -20 0 0 200 400 4.0 M Pa Li ne 实测值： 南侧 北侧 计算值 顶板底面 实测横向应变 支点不平整量 (mm) 0 2 4 6 8 10 12 -40 0 -20 0 0 200 400 4.0 M Pa Li ne 顶板顶面 实测值： 南侧 北侧 计算值 实测横向应变 支点不平整量 (mm) 箱梁支点下沉处的底板与相同位置顶板所受的弯矩方向相反。底板横向 开裂前，实测结果与计算接近。当支点不平整量大于 6mm时，箱梁底板 底面实测应变明显减小，说明底面横向已经出现细微裂缝，顶面横向拉 应力也接近 4.0MPa；

20、当支点不平整量大于 8mm时，底板出现明显的肉眼 可见裂缝。 （ 3）出现支点不平整箱梁的底板横向应力 0 2 4 6 8 10 12 -30 0 -15 0 0 150 300 3.0 M Pa Line 实测值： 南侧 北侧 计算值 底板底面 实测横向应变 支点不平整量 (mm) 0 2 4 6 8 10 12 -30 0 -15 0 0 150 300 4.0 M Pa Li ne 3.0 M Pa Li ne 底板顶面 实测值： 南侧 北侧 计算值 实测横向应变 支点不平整量 (mm) （ 4）试验研究结论： 为保证箱梁端隔板不出现裂缝，并留有一 定的安全储备，箱梁支点不平整度应控制在

21、 3mm以内，施工阶段可限制在 5mm以内。当 支点不平整量超过 5mm后，在端隔墙及顶、 底板出现裂缝的可能性很大，只要恢复支点 平整，裂缝基本闭合，肉眼仅可观察到很细 微的裂缝（ 0.05mm）。 9.2 保证箱梁各支点受力均匀的措施 （ 1）采用新的架梁方式，即预制梁落 下后应采用测力千斤顶作为临时支点， 应保证每支点反力与四个支点的平均值 相差不超过 5%。 （ 2）支承垫石顶面与支座底面间隙应 采用压力注浆填实。 （ 3）加强支座成品的检验工作，要求 配套检验（四个支座受力后的竖向相对 变形小于 1mm） 9.3 架梁的其他要求 （ 1）落梁时，支承垫石顶面与支座底面 之间注浆材料的

22、强度不应低于垫石混 凝土的设计强度，弹性模量不小于 30GPa，厚度不小于 10mm。注浆压力 不小于 1.0MPa。 （ 2）预制梁架设后，与相邻预制梁端的 桥面高差不应大于 10mm，支点处桥面 标高误差应在 +0 -20mm。 10.静载检验及质量要求 10.1 质量要求 与以往的质量要求相比增加的项目： （ 1）终张拉 30天后梁体上拱度 L/3000； （ 2）钢筋的保护层厚度不小于设计值。 10.2 静载检验 与 T形梁相比，箱梁的受力有以下特点： （ 1）箱梁的剪力滞后效应； -4 -2 0 2 4 0 2 4 6 8 10 跨中截面 200kN 400kN 实测值 有限元 梁理

23、论 600kN 底板应力 ( M P a ) 底板宽度 (m ) 以秦沈客运专线跨度 24m预应力混凝土双 线整孔简支箱梁为例： 综合剪力滞系数 1.044 其中： 自重剪力滞系数 1.035 二期恒载剪力滞系数 1.041 中活载剪力滞系数 1.053 静载检验 (5点加载 )剪力滞系数 1.071 考虑剪切变形后的刚度折减系数 0.91 （ 2）箱梁单线受力下的扭转效应； -4 -2 0 2 4 0 2 4 6 8 303.5 580.5 跨中截面 实测值 有限元 梁理论 底板应力 ( M P a ) 底板宽度 (m ) 单线加载实测应力 /双线加载应力 82.8%； 要求加载（卸载）时两侧荷载差在 5之内。 （ 3）箱梁支点不平整效应； （ 4）箱梁设计时刚度控制设计，活载在设计 荷载中的比例减少，导致混凝土抗拉强度 部分在抗裂安全系数计算中所占比例较大， 因此虽然箱梁的设计抗裂安全系数均在 1.3 以上，但只要出现早期裂缝，其抗裂安全 系数只能达到 1.0 1.05之间。 上述情况表明，只有加强预应力混凝 土箱梁施工的过程控制，才能保证梁体的 质量和静载检验的合格。