空心板梁氣囊內(nèi)膜制作工程淺議

摘要:空心板梁的氣囊?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)尺寸的變化，對梁體承載力有一定的影響，采用有限單元法說明采用氣囊法施工是有效的，并且方便快捷。相對與傳統(tǒng)的鋼管、木模、紙模的支模方式具有拆模方便，且不受跨度的影響，同時氣囊內(nèi)膜的壓力通過混凝土的側(cè)壓力和氣囊的半徑能夠準確得到控制。

關(guān)鍵詞:空心板梁;氣囊法;有限元分析;截面的承載能力

1 工程實例分析與問題提出

1.1 實例分析

在對江蘇省245省道宿遷段D1標一級公路空心梁板預(yù)制現(xiàn)場的施工監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)，澆注頂板成型后頂板厚度存在削弱現(xiàn)象，其中頂板最小處跨中厚度與其他實測值發(fā)現(xiàn)有不同程度的偏差，這樣板截面承載力將受到損失。產(chǎn)生頂板厚度減小的主要原因有以下幾個方面:

(1)新拌混凝土是由固相、液相、氣相組成的一種非均質(zhì)、非密實、各相異性的物質(zhì)，并隨時間.溫度、濕度和受力狀態(tài)而不斷演變著的彈一粘一塑性混合物，在靜止狀態(tài)下形成致密的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，顯示較大粘性，當攪動或振動時，隨著剪切速度梯度增加結(jié)構(gòu)表現(xiàn)疏松、粘度減小，攪動停止后保持原來的形態(tài)。

(2)混凝土配合比、坍落度、氣囊體積、振動棒的性能、沖擊反力及施工操作的對稱性等都是影響其變形上浮的影響。

(3)施工過程中的誤差?；炷料铝纤俣冗^快過慢，梁板左右不能達到完全均勻同時，導(dǎo)致沖擊反力較大，同時現(xiàn)場對氣囊氣壓控制不夠，降低其自身的抵抗剛度，這些都可能是導(dǎo)致產(chǎn)生氣囊上浮的因素。

1.2 問題提出

通過實例發(fā)現(xiàn)，氣囊內(nèi)膜制作的空心板梁存在著一定的誤差，按以往工程經(jīng)驗，普遍認為氣囊上浮對截面承載能力的影響較小，通過后期橋面鋪裝進行補強，基本滿足設(shè)計承載力要求。但是通常對其實際的變形情況卻很少有過理論分析，提供具體的數(shù)據(jù)，從而無法對施工過程進行科學(xué)的監(jiān)控，這里按數(shù)值計算的方法，對上述問題進行實體建模，得出一定的理論計算依據(jù)，從而對同類問題的施工監(jiān)控提供一定的具體參考數(shù)據(jù)。

2 實體建模

數(shù)值解法可以分為兩大類:有限差分法和有限單元法，本文采用后者。按照上述問題的提出，運用大型通用軟件對其進行分析，通過得到節(jié)點的位移，研究其變形情況，根據(jù)實際的情況首先對計算模型做以下簡化。

2.1 單元選取

對于氣囊結(jié)構(gòu)由于其內(nèi)壓力的作用，產(chǎn)生一定的剛度，這樣假設(shè)在整個氣囊的變形過程中體積不變，即不考慮材料本身發(fā)生屈曲變形，結(jié)合該工程實際，現(xiàn)場使用的氣囊結(jié)構(gòu)是氣脹式充氣膜結(jié)構(gòu)，即是向由膜材制成的空腔內(nèi)充氣，利用氣體壓力來支撐膜面，使其具有一定形狀和剛度的膜結(jié)構(gòu)形式，對于充氣膜結(jié)構(gòu)，利用膜成品內(nèi)外氣體(空氣)的壓力差使其具有能承受自重和外載荷的穩(wěn)定的空間曲面的膜結(jié)構(gòu)形式，故在建模過程中單元材料的彈性模量根據(jù)氣囊內(nèi)外壓力差進行等效轉(zhuǎn)化確定。同時考慮新澆注混凝土彈性模量隨齡期變化等因素的影響，所以選取薄膜單元進行實體建模，單元的厚度根據(jù)氣囊本身的規(guī)格，取值為單位``彈性模量最終取值，同時網(wǎng)格劃分采用自動智能劃分形式，精度為7，從而整個計算模型共分140個節(jié)點，112個四邊形單元。

2.2 邊界條件

根據(jù)施工構(gòu)造和圖紙設(shè)計要求，取定位氣囊鋼筋之間40厘米長度的一節(jié)結(jié)構(gòu)簡化可作為研究對象，相應(yīng)的其邊界條件，即約束條件相當于兩邊線性約束對模型施加約束。

2.3 荷載情況

混凝土在施工過程中按嚴格意義上的分層澆注，同時在氣囊兩側(cè)對稱加載，按理想情況考慮，則兩邊的側(cè)壓力為線形變化，故可以將新澆注的混凝土對氣囊兩側(cè)產(chǎn)生的側(cè)壓力簡化為三角形荷載，在對模型加載過程時，最終等效為壓力值，壓力值P按混凝土重度y澆注高度h的乘積確定，根據(jù)上述假設(shè)與簡化，建立起實體模型。

3 計算結(jié)果與分析

3.1 計算結(jié)果

計算結(jié)果可以表明，位移變形。由于節(jié)點數(shù)較多，僅列舉頂面幾處具有代表性節(jié)點的位移值，實體模型變形圖等，制作空心板梁氣囊內(nèi)膜變形數(shù)值計算與施工控制。

3.2 分析比較

從計算分析位移值可以看出，其變形平均值由于在側(cè)板澆注完畢之后，其周邊混凝土已經(jīng)振搗密實，在頂板澆注時，氣囊已經(jīng)不會產(chǎn)生新的變形，或是對其最終成型的結(jié)果影響不大。故采用上述模型計算出來的結(jié)果即為最終空心板梁的幾何結(jié)構(gòu)尺寸，這里得出的結(jié)果與工程實例中的實測值因施工過程的影響不同具有一定的誤差。這主要是由于模型是按理想化來建立的，與實際的施工過程存在一定的出入。但是，由模型計算得出的值同樣具有一定的可比性，由結(jié)果可以看出真實的氣囊變化值不是很大，該空心板梁的頂板設(shè)計厚度為10cm，可以對其進行承載力驗算，由此可以看出對截面承載力的影響也相對較少，說明采用氣囊法施工是有效的，并且方便快捷。相對與傳統(tǒng)的鋼管、木模、紙模的支模方式具有拆模方便，且不受跨度的影響，同時氣囊內(nèi)膜的壓力通過混凝土的側(cè)壓力和氣囊的半徑能夠準確得到控制。

4 控制方法與建議由上述理論計算可以看出，若按照理想模型建立，則氣囊的變化值不是很大，而在實際工程卻不是如此。因此，若采取一定的施工控制，使之與模型建立的條件接近，則氣囊施工的安全性和使用性可以得到保證，這就對在實際施工過程中提出了較高的要求，筆者對氣囊支護的方法和施工監(jiān)控的建議如下:

(1)膠囊的固定。通過增加定位鋼筋加以實現(xiàn)，在氣囊上部添加蓋板，以控制其變行值。

(2)施工過程的控制。澆注混凝土時從兩邊同時分層澆注，盡量減少澆注過程中混凝土對氣囊的沖擊力，加強振搗，防止混凝土發(fā)生離析現(xiàn)象，導(dǎo)致氣囊與底板脫離，造成更為嚴重的上浮變形，同時控制和易性及氣囊內(nèi)壓。

(3)其他方面的控制。氣囊的直徑可比截面設(shè)計孔徑略小，同時將頂板保護層厚度加大，

上述方法可以充分考慮氣囊變形空間，使成形后偏差較小。

(4)補救措施。對部分偏差較大的空心板梁

應(yīng)采取加固措施，由于橋面鋪裝層的存在，所以其原理采用加厚橋面板的方法，這里主要是指橋面鋪裝層，對受壓區(qū)進行補強，由于后加混凝土層參與主梁工作，梁的有效高度增加，亦可間接達到提高承載力的加固目的。

5 結(jié)論

通過理論計算及實踐證明，當采取適當?shù)氖┕た刂坪脱a救措施，使施工過程接近模型假設(shè)，則氣囊法支護施工是安全有效的，并且在上浮變形值不大的情況下，對截面的承載能力影響較小，則空心板梁的安全性和使用性可以得到保證，從而指導(dǎo)同類施工監(jiān)控。