32m先张简支箱梁-汇报

先张法预应力混凝土箱梁试验研究铁道科学研究院铁道建筑研究所二O一一年八月铁道科学研究院铁道建筑研究所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、结论和建议铁道科学研究院铁道建筑研究所31、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、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200～250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。铁道科学研究院铁道建筑研究所42、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；铁道科学研究院铁道建筑研究所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。铁道科学研究院铁道建筑研究所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。铁道科学研究院铁道建筑研究所预应力筋布置7直线预应力筋：1×7-17.8-1860钢绞线折线预应力筋：1×7-15.2-1860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。铁道科学研究院铁道建筑研究所83、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）编号水泥矿渣粉粉煤灰砂石外加剂水X-042621406874210683.9141铁道科学研究院铁道建筑研究所93.1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孔试验箱梁灌筑时间分别约为5～8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27～32℃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17～34℃之间。入模混凝土的坍落度控制在160～180mm。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。铁道科学研究院铁道建筑研究所103.2混凝土强度及弹性模量3孔试验箱梁的梁体混凝土强度6天时为50.1～51.5MPa，相应的弹性模量为34.7～35.9GPa，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。0204060020406080强度(MPa)时间(天)第一孔第二孔第三孔02040600204060弹性模量(GPa)时间(天)第一孔第二孔第三孔铁道科学研究院铁道建筑研究所113.3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。序号梁号配合比编号施工日期凝结时间泌水率(%)初凝时间终凝时间0132Q038X-042006.8.227h10min10h25min0.00232Z077X-042006.9.67h45min9h35min0.00332Z080X-042006.9.208h05min11h15min0.0铁道科学研究院铁道建筑研究所123.4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120～140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，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。铁道科学研究院铁道建筑研究所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梁号单侧张拉时两端对称张拉时摩阻系数μ设计值摩阻损失实测值(％)换算至跨中摩阻损失设计值(％)换算至跨中摩阻损失实测值(％)设计值－实测值(％)直线筋第一孔01.5400.77-0.77第二孔3.751.89-1.89第三孔1.840.92-0.92折线筋第一孔2.55.073.432.570.86第二孔7.793.97-0.54第三孔6.823.47-0.04铁道科学研究院铁道建筑研究所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－0.77～－1.89％；折线筋钢绞线分别在－0.54～0.86％。根据折线筋摩阻损失测试结果，经计算可得3孔试验箱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。铁道科学研究院铁道建筑研究所153.6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15～20小时降到最低；随着混凝土水化热的下降，钢绞线力值又缓慢回升，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60MPa，小于设计值。铁道科学研究院铁道建筑研究所163.7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(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)16.46MPa(曲线梁)和16.06(直线梁)相比，相差2.07～－5.42％；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。位置第一孔第二孔第三孔跨中1/4截面跨中1/4截面跨中1/4截面顶板-1.12-0.77-1.62-1.04-1.83-1.33腹板-7.36-7.33-6.04-6.30-8.08-7.39底板-16.61-17.00-15.09-15.39-15.67-15.08铁道科学研究院铁道建筑研究所172、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。铁道科学研究院铁道建筑研究所183、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。箱梁编号梁体压缩量(mm)放张后全长(mm)上缘下缘上缘下缘左右平均左右平均左右左右32Q036697.5131212.53260032598326023260432Q001787.5141213.03260032599326003260432Q0024//171415.532602326073260332597铁道科学研究院铁道建筑研究所193.8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。(22)(21)(15)(16)(20)(10)(11)(12)(6)(5)(4)1/4截面跨中截面11251327178919183001314232425铁道科学研究院铁道建筑研究所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。铁道科学研究院铁道建筑研究所213.9Φ17.8mm筋钢绞线锚固传力长度铁科院曾进行过直径Φ15.24mm钢绞线的传力长度测试，对于直径Φ17.8mm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(Φ17.8mm)传力长度测试在混凝土试件上进行，制作的试件尺寸为20×20×500cm，配有构造钢筋。直线