¿Investigación sobre la aplicación de nueva tecnología de pretensado en puentes de vigas continuas?
Basado en el principio de las vigas compuestas precurvadas, se desarrolló un nuevo tipo de viga de hormigón pretensado: viga de hormigón armado precurvada (en adelante, viga PFRC, patente china número Z 94227220103). . Basado en el método de construcción de vigas de hormigón armado ordinarias, el efecto de pretensado se consigue mediante un tratamiento técnico secundario del hormigón en el lado tensado en condiciones de precarga. Se presentan brevemente el proceso de fabricación y los principios de las vigas PFRC, y se presentan los resultados de la investigación experimental y su aplicación y análisis de beneficios en puentes de vigas continuas de tres tramos (puentes de sustento de las personas en los condados de la provincia de Sichuan).
1 Introducción
En comparación con las estructuras de hormigón armado ordinarias, las estructuras de hormigón pretensado no solo ahorran materiales, sino que también tienen un mejor rendimiento. Sin embargo, su tecnología de aplicación es compleja y los requisitos técnicos muy altos, lo que dificulta en cierta medida el desarrollo y la promoción del pretensado. Para simplificar el proceso de construcción de hormigón pretensado se han realizado muchos esfuerzos, y las vigas mixtas precurvadas [1] son uno de ellos. Este tipo de viga no solo tiene el buen desempeño de las vigas pretensadas, sino que también elimina la necesidad de pretensados convencionales, como dejar orificios, enhebrar cables, tensar, anclar, enlechar y sellar anclajes. Las operaciones de construcción se simplifican, pero la cantidad de acero se reduce y aumenta repentinamente, lo que dificulta su promoción y aplicación en la mayoría de los países y regiones. Se puede ver que las estructuras de hormigón pretensado existentes aún no han logrado una unidad perfecta en términos de buen rendimiento, economía de materiales y facilidad de construcción, y todavía tenemos que seguir trabajando duro. Con este fin, el profesor asociado Zhou propuso la idea de vigas de hormigón armado pretensadas precurvadas y la aplicó a un puente de vigas continuas de tres tramos para encontrar una estructura y una tecnología de construcción pretensada más razonables y económicas.
2 Tecnología y principios de las vigas PFRC
Tome una viga simplemente apoyada como ejemplo para ilustrar la tecnología de construcción y el principio de pretensado de las vigas PFRC:
(1 ) Utilice barras de acero. Vigas con precombustión adecuada fabricadas de la misma manera que las vigas de hormigón. A diferencia de las vigas de hormigón armado, las barras principales de las vigas PFRC deben ser barras de acero gruesas estiradas en frío y se deben establecer muescas reservadas en el borde de tracción. la viga en áreas donde puedan ocurrir grietas. Como diámetro del estribo se toma el espesor neto de la capa protectora de la armadura principal en esta sección.
(2) Aplique una carga vertical predeterminada p a Xu Liang. En este punto, aparecerán grietas en la parte superior de la muesca reservada.
(3) Ate las barras de acero estructural del ala del lado de tensión (tenga en cuenta que los estribos de herradura insertados deben insertarse en el cuerpo de la viga a través de la ranura reservada para verter el hormigón del ala).
(4) Después de que el concreto del ala del borde tensado postfabricado alcance resistencia, retire la precarga P.
Con base en la teoría del método de tensión permisible, se analizan los cambios de tensión de la sección media del tramo de la viga durante los procesos de carga y descarga anteriores.
El análisis es el siguiente.
Se precargaron la sección calculada y la distribución de tensiones de la viga dentada de hormigón armado. En este momento, la viga se ha agrietado bajo tensión (la presencia de muescas reservadas especifica artificialmente la ubicación y el espaciado de las grietas), y el área de tensión solo está incluida en el refuerzo principal. Si la distancia inercial desde la sección convertida hasta su eje de centro de gravedad es I01, entonces bajo la acción del momento flector de precarga MY, la tensión de compresión σh1 del hormigón del borde superior y la tensión σg1 de la barra de acero de tracción son respectivamente:
σh1=MYX1 /I01 (presión)
σg 1 = nmy(h-x 1)/I 01(La)
Donde n representa la relación del elástico módulo de acero al módulo de elasticidad del hormigón, y X1 es la distancia desde el borde superior al eje neutro.
Después de que el hormigón del ala se vierte hasta alcanzar su resistencia, la precarga de descarga P es equivalente a la precarga inversa P aplicada a la viga, por lo que la sección media del claro soporta el momento flector negativo MY, y la parte inferior de la viga participará en la tensión, calcule la superficie de carga y la distribución de tensiones. Supongamos que I02 es el momento flector característico de la sección convertida alrededor de su eje de centro de gravedad, entonces las tensiones σh2 y σh3 del hormigón en los bordes superior e inferior y la tensión σg2 de las barras de acero en lyna son respectivamente:
H2=MYX2/I02 (tensión)
p>σh3=nMY(h-X2)/I02(presión)
σg2=nMY(h0-X2)/I02 (presión)
Donde X2 está desde arriba La distancia desde el borde hasta el eje neutro.
Cuando se consideran la precarga y la descarga respectivamente, la distribución real de tensiones de la sección de la viga es la superposición de las tensiones sobre la superficie de apoyo.
Las tensiones del hormigón σhs y σhx en los bordes superior e inferior de los contrafuertes y la tensión de la armadura principal σg son respectivamente:
σhs =σh 1-σH2 = my(x 1/I 01-x2/I 02 ) (presión) (1)
σhs=σh3=MY(h-X2)/I02(presión)(2)
σg =σg 1-σG2 = nmy[(h0 -x 1)/I 01 -(h0-x2)/i02](La)(3)
Si el momento flector de la viga bajo la carga aplicada es m, entonces la tensión en las partes superior y bordes inferiores de la viga es:
σhs = MY(x 1/I 01-X2/I02)MX2/I02(4)
σhs=(MY-M)(h -X2)/I02(5)
Se puede ver en la fórmula (5) que bajo la acción de una viga curva con una carga no mayor que 0 y MY, el hormigón del ala vertida posteriormente no producirá tensión (los efectos de la contracción del hormigón, la fluencia y la relajación del refuerzo no se consideran por el momento), es decir, la viga El ala inferior tiene suficiente resistencia al agrietamiento, por lo que la viga y las barras principales están protegidas de manera confiable debido a la participación de la. concreto del ala inferior y su rigidez calculada, la rigidez a la flexión de la sección de la viga bajo carga de servicio mejora significativamente. Aunque hay grietas en el alma de la viga, estas grietas no penetran las barras de acero que soportan esfuerzos (barras principales de tensión y estribos) en la viga y no afectan el estado de tensión de la estructura. Desde la perspectiva del hormigón armado, se permiten algunas grietas.
Se puede observar que bajo las condiciones de carga de las vigas de hormigón armado, las vigas PFRC reemplazan las placas de acero traccionadas en el hormigón pretensado convencional vertiendo hormigón del ala traccionada en dos tiempos, de modo que el ala post-fabricada cuando el Una vez descargado el hormigón, el pretensado requerido se obtiene mediante la recuperación elástica de las barras principales de la viga.
Por lo tanto, es necesario establecer muescas reservadas en los bordes traccionados de las vigas prefabricadas, cuyas funciones son las siguientes:
(1) Como ranura de corte en la interfaz entre nuevas y hormigón viejo;
(2) Controlar artificialmente la ubicación y el espaciado de las grietas bajo carga,
(3) Después del vertido, se coloca el aro de herradura enchufable para facilitar el vertido de la brida. primero se extendió hacia el cuerpo de la viga para garantizar aún más que la nueva unión del concreto (4) Asegúrese de que el sello dentro del ala en el borde controlado no tenga grietas primarias que sometieran a tensión a todo el ala;
3 Introducción a la investigación experimental
3.1 Producción de vigas de prueba
El primer lote de ***5 vigas de prueba se utilizó para pruebas de carga estática a corto plazo. , de las cuales 4 son vigas PFRC, y la otra es una viga de comparación, de hormigón armado (un solo vertido, sin precarga), numerada RCL10-00.0. En el cuerpo de viga prefabricada PFRC, las muescas reservadas están formadas por tableros de madera en forma de cuña de 5 cm de altura y 2-3 cm de espesor. En condiciones de precarga, hubo una grieta (ancho menor a 0,04 cm) en la parte superior de cada muesca reservada en la sección de flexión pura de las cuatro vigas PF y en las proximidades, y no se encontraron nuevas grietas entre dos muescas reservadas adyacentes. indicando que el espacio reservado logra el propósito de controlar artificialmente la ubicación y el espaciamiento de las grietas. Después de que la superficie de concreto en el borde inferior de la viga se hace rugosa, las barras de acero estructural del ala de tensión (barras longitudinales y flechas de aro de herradura insertadas) se atan. El concreto del ala de tensión se vierte con concreto de cemento ordinario de alta fluidez (hundimiento de 10 cm). y el hormigón se realiza refuerzo y mantenimiento. No se encontraron grietas por contracción en la superficie del hormigón posfabricado antes de eliminar la precarga.
3.2 Método de ensayo
El propósito de este ensayo es comprobar si se puede retrasar el agrietamiento de la viga y si se puede mejorar la resistencia a la flexión de la viga vertiendo hormigón dos veces al mismo tiempo. Extremo de la viga en condiciones de precarga. Por lo tanto, la carga de fisuración y la deformación de la viga se han convertido en contenidos importantes de la observación experimental. Al mismo tiempo, considerando que la mayoría de las estructuras en la práctica de la ingeniería están sujetas a cargas cíclicas, primero realice tres pruebas de carga estática cíclica en cada viga para obtener datos de prueba de algunas vigas bajo cargas repetidas y luego continúe cargando las vigas hasta que la viga se dañe.
3.3 Grietas en las vigas
La primera grieta en las cinco vigas de prueba fue una grieta por flexión. PCL10-0.0 produjo la primera grieta en el borde inferior del tramo medio bajo la acción de la carga de segunda categoría de la primera carga estática. Su ancho es de 0,01 mm y su altura es de 3 cm. No se encontraron grietas en el ala inferior de otras vigas (vigas PFRC) durante la segunda carga y descarga estática. Todas las primeras grietas se generaron durante la tercera carga, con un ancho de 0,02-0,03 mm y una altura de 2-3 cm. . Las pruebas han demostrado que la ubicación de la primera grieta en el ala inferior de la viga PFRC es la misma que la ubicación donde se vertió el cuerpo de la viga por primera vez.
No es difícil concluir que la resistencia a la fisuración y la resistencia a la flexión Mf de la viga PFRC es:
Mf=MyrR1Wox(6)
En la fórmula: My es el momento flector generado por precarga; r es el coeficiente de influencia plástica; Wox es el momento de resistencia de la sección convertida al borde de control después de deducir la parte agrietada del alma de la viga; R1 es la resistencia a la tracción con bajo contenido de álcalis; La prueba muestra que el valor medido del momento flector de resistencia a la fisuración de la viga es consistente con el valor calculado de la fórmula (6). Se demuestra desde aspectos teóricos y experimentales que bajo condiciones de precarga, el ala de control se puede reducir mediante vertido. El hormigón del ala tensada se retrasa en dos tiempos. El agrietamiento del hormigón se retrasa en la medida deseada.
3.4 Deflexión de la viga
El valor de deflexión residual de la viga PCL después de la primera carga estática no se obtuvo por algún motivo. La deflexión residual medida después de la segunda carga estática fue de 0,18 cm (. excluyendo la deflexión residual después de la primera carga estática). De acuerdo con las reglas generales de estructuras bajo carga estática cíclica, se puede inferir que la deflexión residual después de la primera carga estática será mayor a 0,18 cm. La deflexión de la viga bajo la segunda carga estática es significativamente mayor que la de la primera carga estática, y la deflexión bajo la tercera carga estática también es mayor que la deflexión bajo la primera carga estática, lo que indica que la capacidad de recuperación elástica de la viga es pobre. Esta es una gran desventaja de las vigas RC. Sin embargo, las deflexiones residuales de las cuatro vigas PF después de la primera carga estática fueron todas de 0,10-0,08 cm, y casi no se encontraron nuevas deflexiones residuales después de la segunda descarga a 0. Además, no hay una diferencia significativa en las deflexiones correspondientes a varias cargas bajo las tres cargas estáticas, lo que indica que la viga PF tiene una fuerte capacidad de recuperación elástica antes de que el ala inferior se agriete, es decir, tiene las características de las vigas de hormigón pretensado convencionales.
En resumen, PFRC no solo tiene una fuerte capacidad de recuperación elástica, sino que también tiene suficiente rigidez, lo que no solo mantiene la superioridad de las vigas alcalinas pretensadas convencionales, sino que también evita el pretensado de algunas vigas de hormigón pretensadas convencionales. contradicciones causadas por ser demasiado grande.
3.5 Carga a largo plazo
Durante el mismo período que la prueba de carga estática, se realizó una prueba de carga a largo plazo al aire libre en las dos vigas. La sección transversal de la viga es la misma que la de la viga de prueba de carga estática, el refuerzo principal es alambre de acero estirado en frío y la carga es el 75% de la carga esperada de la viga (equivalente a la carga muerta del puente). Después de un año de observación a largo plazo, los elementos de deflexión y ancho de las grietas en el vientre de la viga han cambiado significativamente y no se han encontrado grietas en el ala inferior de la viga.
4Aplicación de PFRC en puentes de vigas continuas
4.1 Descripción general del puente
El puente Minsheng está situado en el centro del condado de Mingshan, provincia de Sichuan. Es un puente urbano que cruza el río Mingshan y conecta las calles principales a ambos lados del río. El ancho del puente es de 20 m, el ángulo entre el eje del puente y el eje del lecho del río es de 45° y la longitud total de la viga principal es de 61 m.
4.2 Diseño estructural
Considerando la economía de materiales, la facilidad de construcción y la buena usabilidad, se cambió este puente por un puente de vigas continuas inclinadas de tres vanos. La sección del puente consta de cuatro vigas en T de hormigón coladas in situ con una distancia de 380 cm y una altura de 130 cm.
En el diseño, se reduce deliberadamente la rigidez de la viga principal con momento flector y se aumenta la rigidez de la viga corta con momento flector negativo, reduciendo así la longitud y el valor máximo del momento flector positivo. viga y aumentando la longitud de la viga de momento flector negativo y el valor máximo. Por lo tanto, la viga de momento flector positivo está diseñada como una viga de hormigón armado ordinaria para evitar el vertido secundario de hormigón en el ala inferior. La viga de momento flector negativo está diseñada como una viga PFRC y las barras de acero pretensadas son de acero grado IV estirado en frío. verja. El vertido secundario de hormigón necesario en la parte superior de la viga principal bajo precarga se puede conectar al tablero del puente.
El análisis de fuerzas internas de la viga principal se calcula mediante un programa especial para puentes. Las vigas de momento flector positivo se diseñan como vigas de hormigón armado ordinarias (vigas RC), y las vigas de momento flector negativo se diseñan como vigas PFRC. Su capacidad de carga máxima cumple con los requisitos del código, y el cálculo de la tensión de la viga durante las etapas de construcción y uso cumple con los requisitos del código de puentes. La sección transversal calculada en la etapa de precarga es la sección transversal convertida después de deducir el área de concreto en la zona de tensión. La sección transversal calculada en la etapa de precarga de descarga y etapa de uso posterior es la sección transversal calculada después de deducir el área de concreto de la. Parte agrietada del alma de la viga (incluida el área de hormigón post-vertido). La sección oblicua de la viga principal está diseñada de acuerdo con la resistencia de las vigas de hormigón armado ordinarias.
4.3 Puntos de Construcción
Con el fin de reducir el costo de rotación y evitar el uso de grandes equipos de elevación, se planea que la viga principal de este puente utilice concreto colado in situ. y encofrado de soporte en sitio. Los pasos principales son los siguientes:
(1) El encofrado de andamio se utiliza para verter el concreto de la plataforma del puente de la viga principal y la sección de la viga RC;
(3) Instale las losas de acera y el pavimento de la plataforma del puente con sección de viga RC;
(4) Precargar el puente;
(5 ) Usar concreto microexpandido para verter la plataforma del puente y la tela del puente de la sección de viga PFRC, y llenar todas las ranuras reservadas.
(6) Después de que el concreto alcanzó la edad de 14 días, se descargó la precarga y el puente se completó y abrió al tráfico el 18 de febrero de 1995+.
5 Análisis de beneficios
Actualmente existen dos tipos de hormigón pretensado comúnmente utilizados en el país y en el extranjero: vigas de hormigón pretensado convencionales (TPC para abreviar, el hormigón obtiene la resistencia pretensada requerida); estirando las barras de acero) y vigas compuestas precurvadas (PFRC para abreviar; con la elasticidad de las vigas de acero cargadas durante la descarga, se puede obtener la tensión previa requerida para el hormigón.
En comparación con las vigas TPC. , las vigas PFRC simplifican el proceso de construcción, eliminando la necesidad de una serie de procesos complejos como dejar agujeros, roscado de cables, anclaje, lechada y sellado de anclajes, que son necesarios para TPC, y reducen los requisitos técnicos de construcción, eliminando la necesidad de anclajes, almohadillas de anclaje y flechas principales de tensión local. Se puede cortar en el lugar adecuado según los requisitos de resistencia, lo que puede ahorrar materiales: el pretensado obtenido por el hormigón PFRC es consistente con la distribución y el tamaño del pretensado requerido por la viga. resistir cargas externas.
En comparación con PFSC, PFRC utiliza acero. La cantidad de construcción se reduce significativamente y la construcción es más simple y más aplicable. El puente Mingshan Minsheng ahorra 240 juegos de anclajes de grupo de cordones de acero XM157-7 y 2500 metros en comparación con el diseño original de vigas de hormigón pretensado convencionales, elimina la necesidad de equipos tensores y simplifica el número total de días-hombre. en el puente se reduce en 2953. Debido al uso de puentes de vigas continuas, se reduce el número de soportes y el trabajo de albañilería en las pilas y estribos se reduce en aproximadamente 670m3, en total. La planta del puente de vigas aumenta la luz de. el orificio principal manteniendo la altura de la viga sin cambios, lo que es beneficioso para la descarga de inundaciones y la coordinación con el medio ambiente, y tiene beneficios sociales obvios
6 Conclusión
( 1) Investigación experimental y. El análisis teórico muestra que bajo la condición de carga vertical precargada, el propósito de mejorar la resistencia a las grietas y la rigidez a la flexión de la sección normal de la viga se puede lograr mediante el proceso de vertido de concreto con alas tensadas, y la construcción es más simple que la tensión convencional. vigas de hormigón, la tensión es razonable y se ahorra acero en comparación con las vigas precombinadas. Por lo tanto, la tecnología PFRC es razonable y factible.
(2) Las vigas PFRC no solo se utilizan en las vigas continuas. viga del puente Minsheng del condado de Mingshan. Se ha aplicado con éxito en el puente Jinghu en Deyang, Sichuan y en el puente Tongxing en la ciudad de Yongchuan, lo que demuestra que es factible en la práctica de la ingeniería y ha logrado beneficios técnicos y económicos obvios. > (3) Es necesario seguir estudiando y mejorando la teoría del diseño y la tecnología de construcción de las vigas PFRC.
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