預(yù)應(yīng)力混凝土梁板超期存放的影響與檢測評估

摘要：裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土梁板橋被廣泛應(yīng)用于我國公路建設(shè)中，針對預(yù)應(yīng)力混凝土梁板超期存放現(xiàn)象，對梁板超期存放的影響進(jìn)行綜合分析，指出主要可能會造成上拱值較大等不利影響；并提出超期存放預(yù)制梁板相關(guān)的檢測評估內(nèi)容和方法：主要可分為實(shí)際上供值量測、梁體外觀檢查、選擇代表性的梁體進(jìn)行靜載試驗(yàn)，為工程應(yīng)用提供一定的參考價值。
 
裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土梁板橋以其結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，被廣泛應(yīng)用于我國公路建設(shè)中。但在現(xiàn)有的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土梁板橋中，由于不可避免的工期延誤，個別工程預(yù)制梁板存在超期存放現(xiàn)象，為了避免出現(xiàn)不利影響，對梁板超期存放的影響進(jìn)行綜合分析和檢測評估顯得很有必要。
 
1 規(guī)范關(guān)于預(yù)制梁板存放時間的規(guī)定
《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3650-2020) （自2020年10月1日起施行）“17.2.7 構(gòu)件的存放應(yīng)符合下列規(guī)定：”條文中指出“構(gòu)件應(yīng)按其安裝的先后順序編號存放。預(yù)應(yīng)力混凝土梁、板的存放時間宜不超過3個月，特殊情況下應(yīng)不超過5個月；存放時間超過3個月時，應(yīng)對梁、板的上拱度值進(jìn)行檢測，當(dāng)上拱度值過大將會嚴(yán)重影響后續(xù)橋面鋪裝施工或梁、板混凝土產(chǎn)生嚴(yán)重開裂時，則不得使用。”
 
2 預(yù)制梁板超期存放的影響
預(yù)制梁體在預(yù)加應(yīng)力后將產(chǎn)生兩部分拱度，張拉上拱度和由梁的自重作用而產(chǎn)生的下?lián)隙?。而自重?fù)隙纫话爿^張拉上拱度要小得多，因此，張拉上拱度在抵消自重?fù)隙群?，梁體跨中實(shí)際存在的上拱度稱為彈性上拱度。上述的張拉上拱度和梁的自重?fù)隙染捎脧椥岳碚摰慕Y(jié)構(gòu)力學(xué)公式來計(jì)算。另一部分上拱度則是在張拉后，仍在預(yù)應(yīng)力作用下，隨著時間的推延產(chǎn)生的徐變上拱度。這種徐變上拱度由于與混凝土的級配、環(huán)境濕度、養(yǎng)生方法、預(yù)應(yīng)力大小、張拉齡期、截面尺寸及形式（梁體理論厚度）等諸多因素有關(guān)，且其關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，也缺乏可靠的系統(tǒng)實(shí)測資料可供借鑒驗(yàn)證。從一些橋梁的實(shí)測資料來看，徐變上拱度的離散性很大。往往同一種梁也因梁而異，同一橋的同一種梁也因梁而異，而種類形式不同的梁則出入更大。
 
從目前已有的文獻(xiàn)中可以看出，不同種類的水泥，普通硅酸鹽水泥其徐變上拱度要比用礦碴硅酸鹽水泥或火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥為大。在骨料與水泥比例相同時，水灰比愈大則徐變也愈大，因?yàn)榛炷恋男熳冎饕怯伤酀{引起的。除此之外，還有養(yǎng)生方法的影響，水中養(yǎng)生硬化的混凝土其徐變要比空氣中硬化的混凝土要小。
 
徐變上拱度在張拉后的 2~3年內(nèi)隨時間的進(jìn)展而增長。初期增長很快，后期逐漸減慢，一般在 2~3 年后基本上趨于穩(wěn)定而不再增長，此時的徐變上拱度值稱為終極值?，F(xiàn)行鐵路橋規(guī)提供的混凝土收縮和徐變的變形值在張拉后 10 天為終極值的 33%，60 天為 50%，180 天為 75%，1 年為 85%，3 年為100%?，F(xiàn)行公路橋梁規(guī)范則給出了簡化的計(jì)算公式。
 
上拱度一般由設(shè)計(jì)單位依據(jù)梁體受力彈性變形理論和混凝土收縮徐變的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算得出，標(biāo)注于圖紙之上，又稱為理論拱度值。
 
以某一20m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的上拱值為例，如下表1所示。
   
相關(guān)資料中選用考慮車輛質(zhì)量和懸架剛度的車橋耦合振動模型，用復(fù)模態(tài)分析法求解橋梁上拱度對于車輛振動的影響，并根據(jù)車輛行駛舒適度評價方法，分析了考慮行車舒適性時簡支梁跨度分別為10、13、16、20 m，在車速為80、100、120、140、160 km/h時的允許上拱度值，如表2所示。
   
綜上所述，結(jié)合相關(guān)資料，預(yù)制梁板超期存放的主要影響有：
（1）上拱值較大；
（2）相鄰梁板中部出現(xiàn)高差；
（3）鋪裝層厚度不均勻、跨中薄支點(diǎn)厚；
（4）影響通行車輛行駛舒適度。
 
3 梁板超期存放的檢測評估內(nèi)容及方法
3.1檢查梁體超期存產(chǎn)生的影響
（1）梁體現(xiàn)有上拱值量測及分析
目前的測量方法主要有水準(zhǔn)儀法和梁端拉線法等。
 
水準(zhǔn)儀法：采用水準(zhǔn)儀測梁板的支點(diǎn)、四分點(diǎn)、跨中五點(diǎn)標(biāo)高，其大小分別為a、b、c、d、e。然后利用公式f(a、b、c、d、e)=c-(a+e)/2來計(jì)算反拱值，其中a、e為板兩端標(biāo)高，c為板跨中標(biāo)高，四分點(diǎn)標(biāo)高b、d作為參考。
 
梁端拉線法：在所測試梁板底兩端拉線，用鋼尺直接測量跨中處的上拱值。
 
梁體現(xiàn)有上拱值量測后應(yīng)進(jìn)行對比分析，對實(shí)際測量數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納和比較, 對理論值與實(shí)測值兩者之間的差異進(jìn)行分析。之所以進(jìn)行差異分析，有關(guān)資料給出了其中的主要原因：與張拉控制預(yù)加力大小有關(guān)、與放張時混凝土的荷齡有關(guān)、與混凝土的收縮徐變有關(guān)等。
 
（2）外觀檢查
主要對預(yù)制梁板進(jìn)行外觀檢查，主要檢查內(nèi)容有：
①梁（板）底面是否有損壞。
②混凝土有無裂縫、滲水、表面風(fēng)化、剝落、露筋和鋼筋銹蝕。
③沿預(yù)應(yīng)力筋的混凝土表面有無縱向裂縫。
④結(jié)構(gòu)的跨中、支點(diǎn)及變截面處混凝土是否開裂缺損和出現(xiàn)鋼筋銹蝕。
 
3.2梁板目前的承載能力狀況檢測評定
結(jié)合外觀檢查和梁體上拱值測量情況，選擇具有代表性的或者最不利的預(yù)制梁板進(jìn)行靜載試驗(yàn)。
 
通過靜載試驗(yàn)，測定結(jié)構(gòu)的靜力效應(yīng)，分析和評定該梁板承載能力和安全性，通過檢測評定其是否符合設(shè)計(jì)荷載要求，了解結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況和工作狀況。
 
（1）檢測目的
①檢測梁體超期存放對梁體使用性能產(chǎn)生的影響。
②對該梁進(jìn)行設(shè)計(jì)荷載下的等效靜載試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果判斷該梁是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的力學(xué)性能。
 
由于試驗(yàn)梁的工作狀態(tài)是簡支模式，試驗(yàn)荷載采用等效荷載，荷載等效的原則是：梁的后期荷載（二期荷載、設(shè)計(jì)活載）在梁底產(chǎn)生的應(yīng)力與等效荷載在預(yù)制梁跨中位置處梁底產(chǎn)生的應(yīng)力相等。
 
（2）檢測內(nèi)容
根據(jù)檢測目的，靜載試驗(yàn)主要測定內(nèi)容有：
①預(yù)制板梁控制截面（跨中截面、L/4截面）的撓度、應(yīng)變。
②觀測預(yù)制板梁的裂縫（如有）的開展情況。
 
（3）主要測試方法
①撓度數(shù)據(jù)采集采用位移傳感器，及相應(yīng)的位移傳感器采樣監(jiān)測軟件采集記錄數(shù)據(jù)；
②應(yīng)變數(shù)據(jù)采集采用應(yīng)變傳感器及相應(yīng)的傳感器采樣監(jiān)測軟件采集記錄數(shù)據(jù)；
③裂縫觀測由光電裂縫讀數(shù)儀觀測配合人工監(jiān)控。
 
（4）測試結(jié)果分析
①繪制梁板實(shí)測荷載—位移曲線，與理論位移曲線進(jìn)行對比分析；處于彈性工作狀況的結(jié)構(gòu)，測點(diǎn)實(shí)測位移（或應(yīng)變）與其理論值應(yīng)呈線性關(guān)系。實(shí)測的構(gòu)件主要控制截面應(yīng)變沿高度分布應(yīng)符合平截面假定。
 
計(jì)算位移（或應(yīng)變）校驗(yàn)系數(shù)和相對殘余位移（或應(yīng)變）。校驗(yàn)系數(shù)應(yīng)符合常值范圍，主要控制測點(diǎn)的相對殘余變形（或應(yīng)變）不宜大于20%。
 
②試驗(yàn)開始前后、試驗(yàn)荷載期間及加載到等效荷載時，對試驗(yàn)梁裂縫（如有）的擴(kuò)展情況進(jìn)行評定分析。試驗(yàn)荷載作用下梁板裂縫寬度不應(yīng)超過《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62）規(guī)定的容許值，卸載后其擴(kuò)展寬度應(yīng)閉合到容許值的1/3。
 
4 結(jié)論
（1）由于預(yù)應(yīng)力混凝土梁體超期存放，可能會造成上拱值較大等不利影響，建議使用前進(jìn)行專項(xiàng)檢測評估；
（2）梁板超期存放的檢測評估主要內(nèi)容可分為實(shí)際上供值量測、梁體外觀檢查、選擇代表性的梁體進(jìn)行靜載試驗(yàn)。