32m先张简支箱梁-汇报.ppt

1、,先张法预应力混凝土箱梁试验研究,2,汇报大纲,1、简述 2、试验研究的主要内容 3、试验箱梁工艺试验 4、混凝土收缩、徐变及梁体徐变上拱 5、32m先张箱梁静载弯曲试验 6、结论和建议,3,1、概述,先张梁具有施工工期短、占地少、灌筑质量易保证、耐久性好等特点，同时批量生产可减低工程造价。我国铁路折线配筋先张梁曾进行过跨度24m简支T型梁的相关试验研究，该梁型已于青藏铁路桥梁建设中得到应用，为整孔简支先张箱梁的设计、施工提供了可参考借鉴的经验。 合宁铁路客运专线跨度31.5m先张法预应力混凝土整孔简支箱梁为国内首次试制，设计速度为250km/h，由于在先张梁张拉台座、钢横梁、先张梁导向装置、

2、大吨位张拉与放张工艺等方面均缺乏成熟的经验，同时，为全面了解箱梁结构的强度、刚度、整体性以及静力使用性能，合宁铁路有限公司设立了“目标200250公里客运专线铁路24m、32m简支箱梁试制和试验研究”项目，通过整孔先张简支箱梁的试制和试验，以达到验证设计、检验施工工艺、完善技术条件等目的，为推广应用积累经验。,4,2、试验研究的主要内容,先张试验箱梁进行了以下各项工艺试验及测试： (1) 混凝土配合比、箱梁灌注和养护； (2) 混凝土强度、弹性模量的发展变化； (3) 水化热随时间变化过程； (4) 直线、折线预应力钢绞线摩阻损失； (5) 张拉与放张过程中的钢绞线应力控制； (6) 钢绞线荷

3、载随水化热发展的变化； (7) 跨中截面预应力效果； (8) 梁体压缩量；,5,(9) 传力柱应力状况； (10) 钢绞线的锚固传力长度； 静载试验： (1)设计荷载作用下箱梁的应力与变形； (2)先张箱梁开裂试验（2.0倍设计荷载）与重裂试验； 长期测试： (1)运营后两年内的梁体徐变上拱及发展规律； (2)运营后两年内的混凝土徐变发展规律。,3.结构尺寸,6,为保持先张梁和后张梁的通用和互替，先张梁与同等跨度后张梁的外形构造尺寸相同，跨度32m梁全长32.6m，计算跨度31.5m，桥面板宽13.0m，跨中梁高2.8m，支点部分梁高3.0m，横桥向支座中心矩为4.7m。,预应力筋布置,7,直

4、线预应力筋：17-17.8-1860钢绞线 折线预应力筋：17-15.2-1860钢绞线 直线筋数量为直线梁162根、曲线梁168根，折线筋数量直、曲线梁均为56根。折线筋通过预埋在台座上的8个导向装置分两批弯起，弯起角度8度。,8,3、试验箱梁工艺试验,试验箱梁的混凝土配合比前期已立项试验研究完成，共进行了6个配合比的试验，根据灌筑工艺效果，确定编号为X-04的配合比在正式批量制梁时使用，本次先张箱梁仍使用该配合比。,试验箱梁混凝土配合比（kg/m3）,9,3.1 混凝土灌筑和养护,先张试验箱梁于2006年8月22日开始灌筑第一孔，至2006年9月20日灌筑完成全部3孔先张试验箱梁，3孔试验

5、箱梁灌筑时间分别约为58小时，第一孔箱梁由于灌筑过程中出现堵管、爆管时间偏长，正常可在5小时左右灌筑完成。根据夏季高温的特点，首孔先张试验箱梁选择在夜间灌筑混凝土，后两孔试验梁在灌筑时已进入秋季，最高环境温度在30以下，故选择在下午进行灌筑，为控制混凝土水化热的最高温度，3孔试验梁均采用加冰块对水进行降温处理。 根据现场测试结果，3孔试验箱梁混凝土的入模温度在2732之间，第一孔最高为32，后两孔相对低一些，灌筑时相应的环境温度在1734之间。入模混凝土的坍落度控制在160180mm。3孔先张试验箱梁均采用撒水自然养护，顶板覆盖棉麻布保湿，养护时间10天。,10,3.2 混凝土强度及弹性模量,

6、3孔试验箱梁的梁体混凝土强度6天时为50.151.5MPa，相应的弹性模量为34.735.9GPa，满足放张混凝土强度、弹性模量应达到90设计值的要求。14天以后，梁体混凝土强度、弹性模量继续增长，但速度相对缓慢。,11,3.3 混凝土凝结时间、泌水率,在先张箱梁灌筑过程中进行了混凝土凝结时间、泌水率等性能指标测试记录，测试记录结果见下表。根据测试结果，混凝土的初凝时间为7小时10分钟8小时05分钟、终凝时间为10小时25分钟11小时15分钟。,12,3.4 水化热发展的变化趋势,3孔先张试验箱梁均进行了混凝土水化热温度随时间变化情况的测试。在箱梁跨中和梁端截面按顶板、底板和腹板分三层，共布置

7、24个温度传感器，同时在箱内和梁外布置环境温度测点3个，根据测试记录，各孔箱梁温度测试从第一盘混凝土灌筑开始，持续时间在120140小时左右。各部位水化热温度在混凝土开盘后30小时左右后达到最高，各部位维持高温时间在12小时左右，随后缓慢下降。3孔试验箱梁顶板最高温度分别为63.4、62.7和63.8；腹板最高温度分别为60.5、60.8和60.7；底板最高温度分别为58.4、46.8和43.1。箱梁的最高温度基本位于梁端截面顶板与腹板结合部，该部位混凝土厚度在箱梁中最大。在混凝土水化热升温和降温过程中，均为芯部温度高于表面温度，顶板、底板的芯部温度与表面温度的温差始终在10以内， 总体来看，

8、箱梁顶板混凝土水化热温度相对较高，腹板温度居中，底板混凝土水化热温度相对较低。,13,试验中每孔箱梁共选择30根钢绞线，其中直线筋18根，分别在各层的中部和两端，折线筋12根，两侧腹板各6根。 根据张拉过程中分级测得的预应力束主动端和被动端的荷载，通过线性回归确定直线筋和折线筋钢绞线被动端和主动端荷载的比值，并根据回归曲线的斜率，确定出直线筋和折线筋的摩阻损失率。,3.5 直线、折线钢绞线摩阻损失,14,根据实测结果，3孔先张试验箱梁直线筋钢绞线摩阻损失平均值换算至跨中与设计值相比，差值分别在0.771.89；折线筋钢绞线分别在0.540.86。根据折线筋摩阻损失测试结果，经计算可得3孔试验箱

9、梁折线筋的摩擦系数分别为0.186、0.290和0.253，与设计取用的摩擦系数0.25基本相当。实测结果表明钢横梁安装、定位工艺良好，上、下钢横梁内设置钢绞线通过钢管可行，钢绞线的穿束、初调工艺制定合理，可满足设计要求。通过直线、折线筋摩阻测试，并严格控制张拉力，可以获得准确的梁体混凝土预施应力。为进一步降低直线筋的摩阻损失，端模板直线筋的开孔直径应适当增加，同时注意封堵，以避免露浆。,15,3.6 钢绞线荷载随混凝土水化热发展的变化趋势,根据实测结果，在整个混凝土水化热发展过程中，钢绞线力值随着混凝土水化热的升高而缓慢降低，基本在1520小时降到最低；随着混凝土水化热的下降，钢绞线力值又缓

10、慢回升，在60小时左右恢复到灌筑开始时的力值。由于混凝土水化热的影响，放张时钢绞线实际对梁体施加的应力与张拉控制应力相比，直线筋降低在3.5左右(约50MPa)，折线筋在7.5左右(约90MPa)。设计时梁体温差按40计算，预应力筋温差应力损失为80MPa，实测箱梁直线预应力筋温差损失小于设计值，折线筋略大，折算总的温度应力损失约60 MPa，小于设计值。,16,3.7 预应力效果、弹性上拱度和梁体压缩量,1、跨中截面预应力效果根据实测结果，在预施应力作用下，箱梁跨中及1/4截面腹板应力呈线性分布，折线、直线预应力束全部放张后，实测3孔试验箱梁跨中截面下翼缘的平均预压应力分别为16.80MPa

11、(第一孔曲线梁)、15.19MPa和15.76MPa(第二、三孔直线梁)，与跨中设计计算值(含自重影响)16.46 MPa(曲线梁)和16.06(直线梁)相比，相差2.075.42；跨中顶板的平均预压应力分别为1.12MPa、1.62MPa和1.83MPa，试验箱梁全截面受压。,17,2、弹性上拱度三孔试验箱梁(第一孔为曲线梁，第二、三孔为直线梁)在放张阶段均进行了上拱度测试，根据实测结果，在预应力作用下，3孔试验箱梁上拱值分别为15.0mm、13.0mm 和15.5mm，箱梁跨中预应力产生的弹性上拱值（含自重影响）与设计计算值15.78mm(曲线梁)和15.04mm(直线梁)基本一致。,18

12、,3、梁体压缩量试验箱梁在放张后进行了梁体压缩量测试，在预应力作用下，实测3孔箱梁上缘平均压缩量分别为7.5mm、7.5mm和4.0mm，下缘平均压缩量分别为12.5mm、13.0mm和15.5mm，与理论计算值(曲线梁：上缘7.2mm，下缘13.0mm；直线梁：上缘7.1mm，下缘12.7mm)相比基本一致。实测3孔试验箱梁放张后全长均符合产品质量检验要求，预留压缩量设置可行。,19,3.8 传力柱应力状况,在终张拉过程中，进行了传力柱应力状况的测试，测试包括传力柱跨中、1/4截面、上部斜向端截面及下部端截面，测点布置见下图。,20,根据测试结果，传力柱跨中和1/4截面为全截面受压，最大压应

13、力分别为4.58MPa和4.24MPa；上部斜向端截面横向局部最大拉应力为2.38MPa，下部端截面横向局部最大拉应力为2.95MPa，局部拉应力均小于规范中有关C50混凝土许用拉应力的规定；两侧传力柱总压缩量分别为3.91mm和3.98mm，传力柱无旁弯现象。从测试结果看，传力柱的端部结构设计较合理，其柱身所受压应力较小，截面尺寸有进一步减小、优化的空间。,21,3.9 17.8mm筋钢绞线锚固传力长度,铁科院曾进行过直径15.24mm钢绞线的传力长度测试，对于直径17.8mm钢绞线的传力长度，国内目前尚无资料介绍，理论上强度相同的钢绞线直径越大，传力长度越长。本次直线筋钢绞线(17.8mm

14、)传力长度测试在混凝土试件上进行，制作的试件尺寸为2020500cm，配有构造钢筋。直线筋钢绞线位于试件的中心，试验过程：先按设计的张拉控制应力进行张拉，然后灌筑混凝土，待混凝土强度达到C50后，再进行钢绞线分级放张，同时测试外贴钢弦的应变。试件一的钢绞线按设计的控制应力(0.71fptk)张拉，力值为25.2kN，试件二、试件三张拉力为27.4kN(0.77fptk)，提高约8.7。,22,试件一,试件二,试件三,测试结果图,23,根据实测结果，放张后，在060cm长度范围内，试件应力快速增加，随后应力的增加趋缓，在距离端面大于100cm以后，试件混凝土应力已基本趋于一致，可认为传力锚固已完

15、成，由此确定直径17.8mm钢绞线的传力长度约为50倍钢绞线直径，小于设计取用的80倍直径。,24,4、混凝土收缩、徐变及梁体徐变上拱,为测试混凝土的长期收缩、徐变，在每孔试验箱梁内均埋设振弦式应变计16个，分别布置于箱梁跨中和1/4截面，两截面测点位置相同，测点布置见下图。同时，在箱梁内侧跨中和支点两侧布置了6个长期挠度测点，进行徐变上拱的长期测试。,25,4.1 混凝土收缩、徐变,混凝土预应力的收缩、徐变损失以放张后为起始点。根据实测应变换算至预应力钢筋重心处的预应力损失，到33天时，箱梁的收缩、徐变损失已完成全部的40.15，与设计计算值相比均偏小约2。 从箱梁混凝土收缩、徐变应变量的发

16、展过程可以发现，在预应力作用后1个月内收缩、徐变速度相对较快。,26,预应力重心处混凝土收缩、徐变实测结果,27,4.2 梁体徐变上拱,试验箱梁跨中上拱度与梁体混凝土收缩徐变的趋势基本一至。根据实测结果，试验箱梁在25天(第二孔)、19天(第三孔)时的上拱值分别为9.5mm和8.25mm。 第二孔箱梁，在终张拉后33天的上拱值为10.35mm，与设计计算值10.83mm(未考虑二期恒载)相比，偏小约4，结果与梁底板混凝土收缩、徐变损失情况相近，满足箱梁终张拉后1个月徐变上拱度不大于L/3000的要求。 一个月时试验箱梁上拱值为23.35mm，略小于预留反拱（32m箱梁预留反拱26mm），此时箱

17、梁混凝土的收缩、徐变已完成约40，因此试验箱梁上拱的终极值可以控制在20mm之内，可满足设计要求。 上述结果表明，通过严格控制混凝土质量并准确施加预应力，箱梁的长期变形性能可以满足设计要求。,28,5、先张梁的静载试验,32m箱梁静载试验加载图式,29,加载等级1.0时各截面实际弯矩、剪力与设计计算值比较,5.1 静载试验弯矩包络图,30,加载等级2.0时各截面实际弯矩、剪力与设计计算值比较,31,5.2 测点布置,静载试验中，在箱梁的跨中、1/4截面共布置外贴振弦式应变测点88个，另有内埋应变测点32个，其中在箱梁两侧跨中下翼缘3.0m范围内，布置外贴振弦式应变测点30个；同时，布置挠度测点

18、6个(采用百分表)，压力荷载传感器10个。,端部截面,32,预应力筋折点截面,跨中截面,33,5.3 箱梁静载弯曲试验,静载弯曲试验共进行三个循环，第一循环荷载加载至1.0倍设计荷载，共分为5级，每点最大荷载为1078kN；第二循环为开裂试验，荷载加载至1.55倍设计荷载，共分为15级，每点最大荷载为1913kN；第三循环为破坏试验，荷载加载至2.0倍设计荷载，共分为19级，每点最大荷载为2606kN。每级加载间隔（包括测读时间）为35分钟，在第一和第二循环的1.0及1.2倍设计荷载时持荷20分钟，观察梁体裂缝。三个循环实际加载与计算荷载完全一致，误差小于0.25，相关系数均大于0.9999。

19、,34,实际荷载与计算荷载相关曲线,35,加载过程中，荷载与挠度基本保持线性关系(相关系数大于0.999)，说明梁体处于弹性工作状态。根据实测结果，第一、第二和第三加载循环跨中静活载挠度分别为6.54mm 、6.48mm和6.33mm，挠跨比分别为1/4817、1/4861和1/4976，满足设计不大于1/3982的要求。,第一循环,第二循环,第三循环,36,第二循环加载至1.2倍设计荷载，分布于箱梁两侧跨中3.0m范围内的30个测点的实测应变与荷载基本保持线性关系（相关系数均大于0.999），未出现明显增大或减小，试验箱梁拉应力最大的区域仍处于弹性状态；加载至1.45倍设计荷载，仪表显示出应

20、变有明显增大；加载至1.5倍设计荷载，跨中下缘出现肉眼可见的裂缝。分析跨中应力测试结果，箱梁开裂荷载为1722.8kN，荷载等级为Kf=1.422(设计为1.39)，比设计值略大2.3。,南侧跨中下翼缘,北侧跨中下翼缘,5.4 开裂试验,37,开裂试验中，在距梁端46m范围内(变截面距支点3.95m结束)沿45方向布置一排应变测点。测试结果表明，梁端出现斜裂缝的荷载为1766 kN，相应的荷载等级为Kf=1.45。,梁端出现斜裂缝时相应的荷载等级,38,根据应力实测结果，推算箱梁跨中截面中性轴高度为1.642m，与设计值1.765m相差7.0，实测底板平均厚度比设计值(300mm)大4.3，其

21、余梁体各部结构尺寸控制较好。,跨中沿截面高度应力实测结果,39,第三循环重裂试验中，加载至设计荷载时，实测挠度及跨中下翼缘应变均与荷载呈线性关系，梁体下缘尚未消压；加载至1.15倍设计荷载时，实测应变和挠度均有明显增大，说明梁体已经消压、进入线弹性阶段；加载至1.25倍设计荷载，跨中下缘原裂缝已肉眼可见；加载至1.35倍设计荷载时，跨中下缘出现了新裂缝。根据跨中应变测试结果，试验箱梁重裂荷载为1246kN，相应的荷载等级为Kf=1.11(设计为1.08)。,重裂弯矩,跨中挠度,5.5 重裂试验,40,5.6 折点截面开裂状况,试验箱梁的折线筋分两批弯折，折点距跨中截面分别为5.018m和6.2

22、98m，试验测试距跨中近的截面，以检验箱梁在开裂后折点截面的状况。 根据应变测试结果，试验箱梁折点截面斜裂缝开裂荷载为2128kN，换算弯矩为116508kNm，相应的荷载等级为Kf=1.69；折点截面弯曲裂缝开裂荷载为2301kN，换算弯矩为125979.8kNm，相应的荷载等级为Kf=1.8。,41,加载至1.62.0倍设计荷载时，梁体跨中下缘及梁端腹板陆续产生新的弯曲裂缝和斜裂缝；1.7倍设计荷载时，跨中新增10条弯曲裂缝，两端腹板新增9条斜裂缝，同时已有裂缝也在不断延伸，斜裂缝已延伸至顶板；1.8倍设计荷载时，跨中弯曲裂缝已延伸到腹板顶；加载至2.0倍设计荷载时，跨中挠度90mm，梁体

23、裂缝分布均匀，形态和发展趋势正常，梁体未出现混凝土压溃或预应力钢绞线断丝现象，卸载后跨中裂缝基本闭合，表明梁体尚未达到破坏。,5.7 先张梁的破坏试验,42,6、试验结论,试验箱梁混凝土采用的各种原材料均满足“技术条件”要求，高性能混凝土的各项性能符合施工及设计要求。采用合理的灌筑程序，可以保证梁体一次成型的灌筑质量。 直线筋钢绞线摩阻损失在1.0左右；折线筋钢绞线的摩擦系数在0.1860.290，与设计取用的摩擦系数0.25基本相当，表明钢横梁安装、定位工艺良好，上、下钢横梁内设置钢绞线通过钢管可行，钢绞线的穿束、初调工艺制定合理，可满足设计要求。通过直线、折线筋摩阻测试，并严格控制张拉力，

24、可以获得准确的梁体混凝土预施应力。 下钢横梁在跨中5m范围内的挠度差为4mm，终张拉阶段，直线筋应力与设计偏差在1.0左右；放张阶段，折线筋和直线筋钢绞线的应力增加在2.03.5之间，钢绞线的力值变化均符合设计要求。,43,钢绞线力值随着混凝土水化热的升高而缓慢降低，直线筋降低在3.5左右，折线筋在7.5左右，箱梁预应力筋温差应力损失小于设计值。 预应力产生的跨中预压应力、弹性上拱值和上、下缘压缩量与设计计算值基本一致，试验箱梁全截面受压；箱梁的全长均符合产品质量检验要求，预留压缩量设置可行。 传力柱全截面受压，最大压应力为4.58MPa，端截面横向局部最大拉应力为2.95MPa，小于规范中有

25、关C50混凝土许用拉应力的规定，传力柱总压缩量约4.0mm，传力柱无旁弯现象。 直径17.8mm钢绞线的传力长度约为50倍钢绞线直径，小于设计取用的80倍直径。 混凝土收缩、徐变在一个月时已完成全部损失的40，与设计计算值相比偏小约2；徐变上拱值满足箱梁终张拉后1个月徐变上拱度不大于L/3000的要求。,44,第一、第二和第三加载循环跨中静活载挠度分别为6.54mm 、6.48mm和6.33mm，挠跨比分别为1/4820、1/4861和1/4973，满足设计不大于1/3982的要求；加载至1.2倍设计荷载，分布于箱梁两侧跨中3.0m范围内的实测应变与荷载基本保持线性关系，证明试验箱梁拉应力最大

26、的区域仍处于弹性状态，梁体刚度及抗裂性均满足设计要求。 根据跨中应力测试结果，箱梁开裂荷载为1722.8kN，换算弯矩为94323.3kNm，略大于设计值2.3，相应的荷载等级为Kf=1.422；梁端斜裂缝出现的荷载为1766 kN，相应的荷载等级为Kf=1.45；加载至1.5倍设计荷载，跨中下缘出现肉眼可见的裂缝，距梁端4.5m处腹板出现斜裂缝。 根据跨中应力测试结果，试验箱梁重裂荷载为1246kN，换算弯矩为68218.5kNm，略大于设计值2.7，相应的荷载等级为Kf=1.11。,45,试验箱梁折点截面斜裂缝开裂荷载为2128kN，换算弯矩为116508kNm，相应的荷载等级为Kf=1.

27、69；折点截面弯曲裂缝开裂荷载为2301kN，换算弯矩为125979.8kNm，相应的荷载等级为Kf=1.8。 箱梁加载至1.62.0倍设计荷载时，梁体跨中下缘及梁端腹板陆续产生新的抗弯和剪切裂缝；在加载至2.0倍设计荷载时，梁体裂缝分布均匀，形态和发展趋势正常，梁体未出现混凝土压溃或预应力钢绞线断丝现象，卸载后跨中裂缝基本闭合，表明梁体尚未破坏。,46,综上所述，通过跨度32m有碴先张预应力混凝土简支箱梁试制中的一系列工艺试验、吊梁、移梁、静载弯曲试验等，表明台座、传力柱、张拉横梁、张拉和放张设备能满足箱梁的制造要求，编制的各项施工工艺合理可行，试制箱梁的刚度、抗弯、抗剪、重裂及破坏性能均能

28、够满足设计要求；箱梁的制造、移运、架设能够达到客运专线预制后张预应力混凝土简支梁技术条件、铁路桥涵工程施工质量验收标准和客运专线桥梁制造与架设施工技术细则的要求；设计的先张箱梁满足客货共线铁路设计暂行规定对结构变形以及静力使用性能的要求。,47,7 、建议,(1) 为进一步降低直线筋的摩阻损失，端模板直线筋的开孔直径应适当增加，同时注意封堵，以避免漏浆。 (2) 传力柱的柱身截面尺寸可进一步优化设计。 (3) 箱梁的开裂、重裂弯矩均略大于设计值2.03.0，梁端斜裂缝几乎与跨中弯曲裂缝同时出现，建议考虑调整预应力筋的配置，适当增加折线筋的数量，尽量减少直线筋隔离段进入支点内。,谢 谢！,汇报完毕,