预应力混凝土连续梁由预应力引起的二次力计算方法的探讨.docx

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预应力混凝土连续梁由预应力引起的二次力计算方法的探讨

预应力砼连续梁由预加力引起的二次力计算方法的探讨

蒋爱祥章正涛【扬州市公路建设处　扬州　225001】

摘　要：

本文通过分析计算二次力的方法，得出对于等截面连续梁桥用力法、等效荷载法、影响线法计算二次力，其工作量相差不大，但对于变截面、配筋较为复杂的连续梁桥或刚架桥用初力矩影响线法能迅速完成连续梁的二次弯矩计算，同时可获得经济合理的配束方案，对优化预应力砼连续梁桥设计，有一定作用，并给出计算示例。

关键词：

预应力　连续梁　二次力　计算方法

一、引起次内力的原因及其特点

预应力对结构的变形，因受到支座约束而产生的附加力和附加力矩，这种附加力分别称为次反力和次力矩。

次力矩有如下特点：

（1）次力矩在数值上并不很小，设计中不可忽略；

（2）次力矩可采用措施调整到最小，甚至为零（然而没有必要）；

　　（3）次力矩在两支座间是线性变化。

二、次力矩的计算方法

目前次力矩的计算方法有：

力法、等效荷载法、影响线法，本文着重介绍三种方法计算过程及特点。

2.1　力法

2.1.1等截面连续梁、预应力合力中心梁端无偏心

如图1（a）所示的配束图，预应力束为抛物线，用力法求解次力矩方法如下：

（1）基本结构如图1（b）；

（2）变形协调方程

δBBM'B+ΔBN=0　　　　

（1）

式中：

δBB——单位力矩作用在基本结构上、在B截面产生的相对转角；

　　　△BN——预加力作用下在基本结构B截面上产生的相对转角。

　　根据图乘法可知：

（2）　　　　（3）

式中：

NY——预加力（假设沿梁长均等）；e、f含义见图1（a）。

　　则由预加力在支点B处产生的二次力矩为：

　　（4）

2.1.2　预应力筋在梁端有偏心

根据图2所示的配束图、基本结构下预加力引起的弯矩图，采用上述同样方法可求得次力矩。

（1）图2（c）引起的支座B处附加二次力矩，如公式（4）。

即：

　　MBI=NY（f-e）

（2）由图2（d）引起的支座B处附加二次力矩由力法原理可得：

　δBB·MB2+△BN=0

则：

　　　　　　　　　　　　（5）

　　由图2（c）引起的次内力为：

MB=MB1+MB2

2.2　等效荷载法

（1）把预加力对砼的作用用等效荷载的形式代替，确定等效荷载原则，在等效荷载作用下，应力和变形与原来一样。

（2）三种等效荷载如图3所示。

例试画出图4所示预应力砼连续梁的等效荷载图。

图3等效荷载图

（a）配束图

（b）等效荷载图

图4

（3）求解次内力方法。

根据预应力连续梁的等效荷载图用结构力学的力矩分配法或内力影响线法可方便求出二次力矩。

力法与等效荷载法的区别如下：

用力法求解时，是根据初始弯矩，采用图乘法直接求得二次力矩；而用等效荷载法时，是先求出综合弯矩（即次力矩与初始弯矩的和），再由综合弯矩减去初始弯矩得二次力矩。

2.3　影响线法

在工程设计中，通常先假设预应力束的形状，以计算结构各截面上相应的弯矩和应力，然后再试用更好的预应力束形状，在几次反复调整之后可达到理想的形状，但工作量较大，而采用预应力影响线方法时，十分简便快捷。

图5次力矩影响线的推导

　　图5中将i截面处的预应力弯矩影响系数ηMP定义为在截面j处、有单位长度上的单位预应力作用并有单位偏心距、而在i截面处产生的单位次弯矩（超静定结构）。

由定义可知，预应力影响系数仅取决于超静定预应力结构的几何形状，不取决于预应力束的形状和预应力大小，是沿预应力束长度方向的变量，在设计中当须变更预应力束形状时，就能很快求出二次弯矩，次弯矩为：

M次=∫NYieηiMP·dx　　　　　　（6）

这里的积分是沿整个结构的各根构件长度方向积分。

如图5（b），根据ηiMP的定义，在j截面处单位长度的两端相对转角为1/EIj；（EIj为j截面处的弯曲刚度）。

因此ηiMP表示为当j截面处产生1/EIj转角时在i处产生的弯矩。

图5（C）示出了由单位竖向荷载在i截面的弯矩影响线，根据Miller-Breslau原理，其影响线同样是在i截面产生单位弧度相对转角的位移线。

由于在j截面处度的曲率为d2ηiMQ/dx2,则在j截面相应弯矩就为-EIj·d2ηMQ/dx2，根据虚功原理，考虑图5（b）和5（c）两种系统，应有：

　　由上式可见，横向单位荷载产生的某截面的弯矩影响线的二阶导数为该截面的预应力次弯矩影响线。

图6

　　对于连续梁根据结构力学知识，如图6所示，支点B截面在竖向荷载作用下的弯矩影响线的数学解析式（7）为：

　　根据公式（7）可知，支点B截面次力矩影响线解析式为：

三、计算示例

　　有一双跨连续梁，矩形截面尺寸为30×60cm，采用预应力连续筋，每跨都为抛物线型，其偏心矩如图7所示，有效预应力为1000kN，假定预应力束中的有效预应力是恒定的，试用力法、等效荷载法和影响线法，求预加力引起的二次力矩。

图7　双跨连续梁预应力束轮廓

3.1　力法求解二次力矩（见图8）

（a）初始力矩图（b）赘余力图（d）二次力矩图

图8

3.2　等效荷载法求解二次力矩

等效荷载如图9所示，用力矩分配法求等效荷载下连续梁总预力矩。

图9

3.3影响线法（见图10）

（1）影响线的绘制（支点B处）；

（2）初力矩图；

（3）用图乘法求支座B处由预加力产生的二次弯矩。

（a）支座B处的弯矩影响线（b）初力矩图（c）二次力矩图

图10

四、结论

综上所述，对于等截面跨数不多的连续梁桥，几种求解二次力矩的方法计算工作量相差不大，但对于变截面、连续梁桥或刚架桥，用影响线法能迅速完成二次力矩的计算。

钻孔灌注桩断桩的形成及预防浅见

一、断桩的形成和原因

在钻孔灌注桩施工中，由于操作失误，设备不良及水文地质条件等的影响，极容易发生断桩现象，造成重大工程事故。

因此，找出失误原因，防微杜渐是施工人员必须解决的重大课题。

一般而言，常见的断桩形式有以下四种：

１、混凝土桩体与基岩之间被不凝固的混凝土软件充填。

原因是，由于导管下距孔底过远，混凝土被冲洗液稀释，使水灰比增大，造成混凝土不凝固。

２、桩身中段出现混凝土不凝体。

原因是受地下水活动的影响或导管密封不良，冲洗液浸入使混凝土水灰比增大。

３、桩身中岩渣沉积成层，将混凝土桩上下分开。

原因是由于在浇注混凝土时，导管提升和起拔过多，露出混凝土面，或因停电、待料等原因造成夹渣。

４、桩身出现空洞体。

原因是未采用“回顶”法灌注，而是采用从孔口直接倒入的办法灌注混凝土，产生离析造成凝固后不密实坚硬，个别孔段产生疏松、空洞现象。

二、断桩的预防

对断桩的预防，笔者认为，是完全应该做得到的，而且，也是能够做得好的。

笔者提出以下的一些意见，供同仁参考。

桩孔成孔后，必须认真清孔。

一般是采用冲洗液冲孔，冲孔时间应根据孔内沉渣情况而定。

冲孔后要及时灌注混凝土，避免孔底沉渣。

灌注混凝土前认真进行孔径测量，准确算出全孔及首次灌注孔段的混凝土需要量。

特别要注意到基岩中的孔径扩展情况，避免首次灌注量不足。

首次混凝土灌注量要满足把导管下端埋设０８米以上的要求。

首次灌注时，起始部分或第１—２斗投料需采用水泥砂浆，并尽量做到一次性灌入孔内。

灌注导管口径下限应控制在２００毫米以上。

导管下端应尽量光滑。

其连接处要加放“O”形密封圈，防止冲洗液浸入。

导管使用前要进行清洗，除掉污垢与残渣。

导管下端距孔底宜为０５米。

导管内水泥隔水塞应加放橡皮板，以增强隔水效果。

混凝土配合比应合理，应严格控制其塌落度（一般控制在１６—２０厘米为宜）。

在改变水泥标号、品种及生产厂家时，必须先做好配合比试验，按配合比控制质量。

在地下水活动较大的地段，事先要用套管或水泥进行止水处理，止水成功后方可灌注混凝土。

采用从导管内灌入的“回顶”法进行灌注。

准备灌注的混凝土要足量，在灌注过程中应避免停水、停电。

绑扎水泥隔水塞的铁丝，应分首次灌注量多少选取其规格，严防折断。

根据导管内外混凝土的上升高度，合理掌握导管的拆卸长度，在正常情况下应保持导管下端被埋２—３米，切勿起拔过多。

在灌注混凝土过程中，要定时测量导管内外混凝土的深度，并绘制曲线，以监视断桩是否出现。

在正常情况下，导管内外混凝土界面的距离是开始大，然后逐渐缩小，最后重合。

若发现管内外混凝土灌注曲线距离拉大，并且导管外混凝土曲线变平，而管内混凝土曲线变陡，则是断桩预兆，应查明原因，尽快处理。

人工挖桩施工中常遇到的几个问题

[摘要]对人工挖桩施工中常遇到的几个问题，如地下水、流砂、淤泥层等列举分析了不同情况并提出了详细的处理办法。

[关键词]人工挖孔桩；地下水；流砂；淤泥；护壁

　　近几年，全国许多地区都采用和逐渐推广了人工挖孔桩，其特有的大承载力优势得到了许多设计、施工单位的认可，确实是一种在软弱地基上经济适用的基础形式，但在施工中还存在着一些问题，我们在通过对采用人工挖孔桩基础的工程实践中，积累了一些经验，处理了一些特殊的问题，取得了良好的效果，现总结成文，以期和同行切磋和交流。

　　一、工程近况

牡丹江市信大集团开发的建筑装饰材料城工程，位于牡丹江市西一条路以西，西小一条路以东，爱民街以北、七星街以南，共占地1.4公顷。

本工程共规划了三个综合楼，即1、2、3号楼，建筑面积分别为11228m2、10962m2、9720m2，建筑层次有4层、6层、7层、8层，还有一个一层的营业大厅，建筑面积是7451m2总计建筑面积是39361m2，结构形式部分为钢筋混凝土框架结构，部分为砖混结构。

本工程大量采用人工挖孔桩基础。

　　二、地下水

地下水是深基础施工中最常见的问题，它给人工挖孔桩施工带来许多困难。

含水层中的水在开挖时破坏了其平衡状态，使周围的静态水充入桩孔内，从而影响了人工挖孔桩的正常施工，如果遇到动态水压土层施工，不仅开挖困难，连护壁混凝土也易被水压冲刷穿透，发生桩身质量问题。

如遇到了细砂、粉砂土层，在压力水的作用下，也极易发生流砂和井漏现象。

　　2.1地下水量不大时

　　可选用潜水泵抽水，边抽水边开挖，成孔后及时浇筑相应段的混凝土护壁，然后继续下一段的施工。

　　2.2水量较大时

　　当用施工孔自身水泵抽水，也不易开挖时，应从施工顺序考虑，采取对周围桩孔同时抽水，以减少开挖孔内的涌水量，并采取交替循环施工的方法，组织安排合理，能达到很好的效果。

　　2.3对不太深的挖孔桩

　　可在场地四周合理布置统一的轻型管井降水分流，对基础平面占地较大时，也可增加降水管井的排数，一般即可解决。

　　2.4抽水时环境影响

　　有时施工周围环境特殊，一是抽出地下水进出时周围环境，基础设施等影响较多，不允许无限制抽水；二是周围有江沙、湖泊、沼泽等，不可能无限制达到抽水目的。

因此在抽水前均要采取可靠的措施。

处理这类问题最有效的方法是截断水源，封闭水路。

桩孔较浅时，可用板桩封闭；桩孔较深时，用钻孔压力灌浆形成帷幕挡水，以保证在正常抽水时，达到正常开挖。

　　三、流砂

人工挖孔在开挖时，如遇细砂，粉砂层地质时，再加上地下水的作用，极易形成流砂，严重时会发生井漏，造成质量事故，因此要采取有效可靠的措施。

　　3.1流砂情况较轻时

　　有效的方法是缩短这一循环的开挖深度，将正常的1m左右一段，缩短为0.5m，以减少挖层孔壁的暴露时间，及时进行护壁混凝土灌注。

当孔壁塌落，有泥砂流入而不能形成桩孔时，可用纺织袋土逐渐堆堵，形成桩孔的外壁，并控制保证内壁满足设计要求。

　　3.2流砂情况较严重时

　　常用的办法是下钢套筒，钢套筒与护壁用的钢膜板相似，以孔外径为直径，可分成4-6段圆弧，再加上适当的肋条，相互用螺栓或钢筋环扣连接，在开挖