预应力混凝土梁板超期存放的影响与检测评估

摘要：装配式预应力混凝土梁板桥被广泛应用于我国公路建设中，针对预应力混凝土梁板超期存放现象，对梁板超期存放的影响进行综合分析，指出主要可能会造成上拱值较大等不利影响；并提出超期存放预制梁板相关的检测评估内容和方法：主要可分为实际上供值量测、梁体外观检查、选择代表性的梁体进行静载试验，为工程应用提供一定的参考价值。
 
装配式预应力混凝土梁板桥以其结构简单，施工方便，被广泛应用于我国公路建设中。但在现有的装配式预应力混凝土梁板桥中，由于不可避免的工期延误，个别工程预制梁板存在超期存放现象，为了避免出现不利影响，对梁板超期存放的影响进行综合分析和检测评估显得很有必要。
 
1 规范关于预制梁板存放时间的规定
《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650-2020) （自2020年10月1日起施行）“17.2.7 构件的存放应符合下列规定：”条文中指出“构件应按其安装的先后顺序编号存放。预应力混凝土梁、板的存放时间宜不超过3个月，特殊情况下应不超过5个月；存放时间超过3个月时，应对梁、板的上拱度值进行检测，当上拱度值过大将会严重影响后续桥面铺装施工或梁、板混凝土产生严重开裂时，则不得使用。”
 
2 预制梁板超期存放的影响
预制梁体在预加应力后将产生两部分拱度，张拉上拱度和由梁的自重作用而产生的下挠度。而自重挠度一般较张拉上拱度要小得多，因此，张拉上拱度在抵消自重挠度后，梁体跨中实际存在的上拱度称为弹性上拱度。上述的张拉上拱度和梁的自重挠度均可用弹性理论的结构力学公式来计算。另一部分上拱度则是在张拉后，仍在预应力作用下，随着时间的推延产生的徐变上拱度。这种徐变上拱度由于与混凝土的级配、环境湿度、养生方法、预应力大小、张拉龄期、截面尺寸及形式（梁体理论厚度）等诸多因素有关，且其关系相当复杂，也缺乏可靠的系统实测资料可供借鉴验证。从一些桥梁的实测资料来看，徐变上拱度的离散性很大。往往同一种梁也因梁而异，同一桥的同一种梁也因梁而异，而种类形式不同的梁则出入更大。
 
从目前已有的文献中可以看出，不同种类的水泥，普通硅酸盐水泥其徐变上拱度要比用矿碴硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥为大。在骨料与水泥比例相同时，水灰比愈大则徐变也愈大，因为混凝土的徐变主要是由水泥浆引起的。除此之外，还有养生方法的影响，水中养生硬化的混凝土其徐变要比空气中硬化的混凝土要小。
 
徐变上拱度在张拉后的 2~3年内随时间的进展而增长。初期增长很快，后期逐渐减慢，一般在 2~3 年后基本上趋于稳定而不再增长，此时的徐变上拱度值称为终极值。现行铁路桥规提供的混凝土收缩和徐变的变形值在张拉后 10 天为终极值的 33%，60 天为 50%，180 天为 75%，1 年为 85%，3 年为100%。现行公路桥梁规范则给出了简化的计算公式。
 
上拱度一般由设计单位依据梁体受力弹性变形理论和混凝土收缩徐变的经验参数计算得出，标注于图纸之上，又称为理论拱度值。
 
以某一20m预应力混凝土空心板的上拱值为例，如下表1所示。
   
相关资料中选用考虑车辆质量和悬架刚度的车桥耦合振动模型，用复模态分析法求解桥梁上拱度对于车辆振动的影响，并根据车辆行驶舒适度评价方法，分析了考虑行车舒适性时简支梁跨度分别为10、13、16、20 m，在车速为80、100、120、140、160 km/h时的允许上拱度值，如表2所示。
   
综上所述，结合相关资料，预制梁板超期存放的主要影响有：
（1）上拱值较大；
（2）相邻梁板中部出现高差；
（3）铺装层厚度不均匀、跨中薄支点厚；
（4）影响通行车辆行驶舒适度。
 
3 梁板超期存放的检测评估内容及方法
3.1检查梁体超期存产生的影响
（1）梁体现有上拱值量测及分析
目前的测量方法主要有水准仪法和梁端拉线法等。
 
水准仪法：采用水准仪测梁板的支点、四分点、跨中五点标高，其大小分别为a、b、c、d、e。然后利用公式f(a、b、c、d、e)=c-(a+e)/2来计算反拱值，其中a、e为板两端标高，c为板跨中标高，四分点标高b、d作为参考。
 
梁端拉线法：在所测试梁板底两端拉线，用钢尺直接测量跨中处的上拱值。
 
梁体现有上拱值量测后应进行对比分析，对实际测量数据和理论数据进行归纳和比较, 对理论值与实测值两者之间的差异进行分析。之所以进行差异分析，有关资料给出了其中的主要原因：与张拉控制预加力大小有关、与放张时混凝土的荷龄有关、与混凝土的收缩徐变有关等。
 
（2）外观检查
主要对预制梁板进行外观检查，主要检查内容有：
①梁（板）底面是否有损坏。
②混凝土有无裂缝、渗水、表面风化、剥落、露筋和钢筋锈蚀。
③沿预应力筋的混凝土表面有无纵向裂缝。
④结构的跨中、支点及变截面处混凝土是否开裂缺损和出现钢筋锈蚀。
 
3.2梁板目前的承载能力状况检测评定
结合外观检查和梁体上拱值测量情况，选择具有代表性的或者最不利的预制梁板进行静载试验。
 
通过静载试验，测定结构的静力效应，分析和评定该梁板承载能力和安全性，通过检测评定其是否符合设计荷载要求，了解结构的实际受力状况和工作状况。
 
（1）检测目的
①检测梁体超期存放对梁体使用性能产生的影响。
②对该梁进行设计荷载下的等效静载试验，根据试验结果判断该梁是否达到设计要求的力学性能。
 
由于试验梁的工作状态是简支模式，试验荷载采用等效荷载，荷载等效的原则是：梁的后期荷载（二期荷载、设计活载）在梁底产生的应力与等效荷载在预制梁跨中位置处梁底产生的应力相等。
 
（2）检测内容
根据检测目的，静载试验主要测定内容有：
①预制板梁控制截面（跨中截面、L/4截面）的挠度、应变。
②观测预制板梁的裂缝（如有）的开展情况。
 
（3）主要测试方法
①挠度数据采集采用位移传感器，及相应的位移传感器采样监测软件采集记录数据；
②应变数据采集采用应变传感器及相应的传感器采样监测软件采集记录数据；
③裂缝观测由光电裂缝读数仪观测配合人工监控。
 
（4）测试结果分析
①绘制梁板实测荷载—位移曲线，与理论位移曲线进行对比分析；处于弹性工作状况的结构，测点实测位移（或应变）与其理论值应呈线性关系。实测的构件主要控制截面应变沿高度分布应符合平截面假定。
 
计算位移（或应变）校验系数和相对残余位移（或应变）。校验系数应符合常值范围，主要控制测点的相对残余变形（或应变）不宜大于20%。
 
②试验开始前后、试验荷载期间及加载到等效荷载时，对试验梁裂缝（如有）的扩展情况进行评定分析。试验荷载作用下梁板裂缝宽度不应超过《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62）规定的容许值，卸载后其扩展宽度应闭合到容许值的1/3。
 
4 结论
（1）由于预应力混凝土梁体超期存放，可能会造成上拱值较大等不利影响，建议使用前进行专项检测评估；
（2）梁板超期存放的检测评估主要内容可分为实际上供值量测、梁体外观检查、选择代表性的梁体进行静载试验。