預應力混凝土梁板超期存放的影響與檢測評估

摘要：裝配式預應力混凝土梁板橋被廣泛應用于我國公路建設中，針對預應力混凝土梁板超期存放現象，對梁板超期存放的影響進行綜合分析，指出主要可能會造成上拱值較大等不利影響；并提出超期存放預制梁板相關的檢測評估內容和方法：主要可分為實際上供值量測、梁體外觀檢查、選擇代表性的梁體進行靜載試驗，為工程應用提供一定的參考價值。
 
裝配式預應力混凝土梁板橋以其結構簡單，施工方便，被廣泛應用于我國公路建設中。但在現有的裝配式預應力混凝土梁板橋中，由于不可避免的工期延誤，個別工程預制梁板存在超期存放現象，為了避免出現不利影響，對梁板超期存放的影響進行綜合分析和檢測評估顯得很有必要。
 
1 規范關于預制梁板存放時間的規定
《公路橋涵施工技術規范》(JTG/T 3650-2020) （自2020年10月1日起施行）“17.2.7 構件的存放應符合下列規定：”條文中指出“構件應按其安裝的先后順序編號存放。預應力混凝土梁、板的存放時間宜不超過3個月，特殊情況下應不超過5個月；存放時間超過3個月時，應對梁、板的上拱度值進行檢測，當上拱度值過大將會嚴重影響后續橋面鋪裝施工或梁、板混凝土產生嚴重開裂時，則不得使用。”
 
2 預制梁板超期存放的影響
預制梁體在預加應力后將產生兩部分拱度，張拉上拱度和由梁的自重作用而產生的下撓度。而自重撓度一般較張拉上拱度要小得多，因此，張拉上拱度在抵消自重撓度后，梁體跨中實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撓度均可用彈性理論的結構力學公式來計算。另一部分上拱度則是在張拉后，仍在預應力作用下，隨著時間的推延產生的徐變上拱度。這種徐變上拱度由于與混凝土的級配、環境濕度、養生方法、預應力大小、張拉齡期、截面尺寸及形式（梁體理論厚度）等諸多因素有關，且其關系相當復雜，也缺乏可靠的系統實測資料可供借鑒驗證。從一些橋梁的實測資料來看，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，因為混凝土的徐變主要是由水泥漿引起的。除此之外，還有養生方法的影響，水中養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年內隨時間的進展而增長。初期增長很快，后期逐漸減慢，一般在 2~3 年后基本上趨于穩定而不再增長，此時的徐變上拱度值稱為終極值。現行鐵路橋規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%。現行公路橋梁規范則給出了簡化的計算公式。
 
上拱度一般由設計單位依據梁體受力彈性變形理論和混凝土收縮徐變的經驗參數計算得出，標注于圖紙之上，又稱為理論拱度值。
 
以某一20m預應力混凝土空心板的上拱值為例，如下表1所示。
   
相關資料中選用考慮車輛質量和懸架剛度的車橋耦合振動模型，用復模態分析法求解橋梁上拱度對于車輛振動的影響，并根據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，結合相關資料，預制梁板超期存放的主要影響有：
（1）上拱值較大；
（2）相鄰梁板中部出現高差；
（3）鋪裝層厚度不均勻、跨中薄支點厚；
（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容及方法
3.1檢查梁體超期存產生的影響
（1）梁體現有上拱值量測及分析
目前的測量方法主要有水準儀法和梁端拉線法等。
 
水準儀法：采用水準儀測梁板的支點、四分點、跨中五點標高，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來計算反拱值，其中a、e為板兩端標高，c為板跨中標高，四分點標高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。
 
梁體現有上拱值量測后應進行對比分析，對實際測量數據和理論數據進行歸納和比較, 對理論值與實測值兩者之間的差異進行分析。之所以進行差異分析，有關資料給出了其中的主要原因：與張拉控制預加力大小有關、與放張時混凝土的荷齡有關、與混凝土的收縮徐變有關等。
 
（2）外觀檢查
主要對預制梁板進行外觀檢查，主要檢查內容有：
①梁（板）底面是否有損壞。
②混凝土有無裂縫、滲水、表面風化、剝落、露筋和鋼筋銹蝕。
③沿預應力筋的混凝土表面有無縱向裂縫。
④結構的跨中、支點及變截面處混凝土是否開裂缺損和出現鋼筋銹蝕。
 
3.2梁板目前的承載能力狀況檢測評定
結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制梁板進行靜載試驗。
 
通過靜載試驗，測定結構的靜力效應，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計荷載要求，了解結構的實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生的影響。
②對該梁進行設計荷載下的等效靜載試驗，根據試驗結果判斷該梁是否達到設計要求的力學性能。
 
由于試驗梁的工作狀態是簡支模式，試驗荷載采用等效荷載，荷載等效的原則是：梁的后期荷載（二期荷載、設計活載）在梁底產生的應力與等效荷載在預制梁跨中位置處梁底產生的應力相等。
 
（2）檢測內容
根據檢測目的，靜載試驗主要測定內容有：
①預制板梁控制截面（跨中截面、L/4截面）的撓度、應變。
②觀測預制板梁的裂縫（如有）的開展情況。
 
（3）主要測試方法
①撓度數據采集采用位移傳感器，及相應的位移傳感器采樣監測軟件采集記錄數據；
②應變數據采集采用應變傳感器及相應的傳感器采樣監測軟件采集記錄數據；
③裂縫觀測由光電裂縫讀數儀觀測配合人工監控。
 
（4）測試結果分析
①繪制梁板實測荷載—位移曲線，與理論位移曲線進行對比分析；處于彈性工作狀況的結構，測點實測位移（或應變）與其理論值應呈線性關系。實測的構件主要控制截面應變沿高度分布應符合平截面假定。
 
計算位移（或應變）校驗系數和相對殘余位移（或應變）。校驗系數應符合常值范圍，主要控制測點的相對殘余變形（或應變）不宜大于20%。
 
②試驗開始前后、試驗荷載期間及加載到等效荷載時，對試驗梁裂縫（如有）的擴展情況進行評定分析。試驗荷載作用下梁板裂縫寬度不應超過《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62）規定的容許值，卸載后其擴展寬度應閉合到容許值的1/3。
 
4 結論
（1）由于預應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，建議使用前進行專項檢測評估；
（2）梁板超期存放的檢測評估主要內容可分為實際上供值量測、梁體外觀檢查、選擇代表性的梁體進行靜載試驗。