淺論鐵路混凝土梁預(yù)施應(yīng)力工藝

許長(zhǎng)坤

哈爾濱鐵路局濱洲鐵路電氣化改造工程建設(shè)指揮部 黑龍江齊齊哈爾 161000

摘要：由于混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度在早期發(fā)展是很快的，而其后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)就慢得多，所以鐵路混凝土梁采用多次張拉工藝，故采取早期部分預(yù)施應(yīng)力工藝，可以大大縮短生產(chǎn)臺(tái)座的周轉(zhuǎn)時(shí)間。這在總體生產(chǎn)工藝布置上很有意義的。本文通過對(duì)鋼絞線張拉的預(yù)施應(yīng)力，梁體早期預(yù)施應(yīng)力的問題，預(yù)施應(yīng)力損失問題進(jìn)行了簡(jiǎn)要的論述，對(duì)相關(guān)的技術(shù)人員具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：鐵路；混凝土梁；預(yù)施應(yīng)力

一、鋼絞線張拉的預(yù)施應(yīng)力

1.1張拉前的準(zhǔn)備

1.1.1梁體混凝土強(qiáng)度經(jīng)鑒定達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，混凝土外觀檢查完好，方可進(jìn)行預(yù)施應(yīng)力。

1.1.2梁端部鋼支承板清除干凈，防止錨板底面不能與支承板全面接觸，避免在向預(yù)留孔道壓漿時(shí)，出現(xiàn)錨板底面有空隙不嚴(yán)現(xiàn)象。

1.1.3檢查孔道口的內(nèi)徑，其尺寸不得小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，否則應(yīng)加工擴(kuò)口，并檢查孔道軸線與支承板平面基本垂直。

1.2錨板定位

將錨板套在鋼絞線上，分開鋼絞線，使之大體沿錨板內(nèi)孔周邊均勻分布，再裝上夾片并將其向錨板內(nèi)打緊。此時(shí)，錨板孔與預(yù)留孔道軸線基本保持同心。在支承板上沿錨板外徑用石筆劃線，作為錨板安放到正確位置的標(biāo)記，在以后的張拉過程中，應(yīng)注意保持錨板位置不得偏離劃線位置。

1.3千斤頂定位

正常張拉的關(guān)鍵之一，在于“三線同心”，即錨板內(nèi)孔、預(yù)留孔道（用劃定錨板位置標(biāo)記控制）和千斤頂三者軸線保持同心，這樣就能減少個(gè)別鋼絞線的滑絲和斷絲現(xiàn)象。一般是采用對(duì)中套控制辦法，以達(dá)到“三線同心”。預(yù)應(yīng)力鋼絞線、錨板和千斤頂位于同一軸線上，“兩同步”兩端同步張拉、同時(shí)達(dá)到同一荷載值。

1.4鋼絞線張拉 預(yù)應(yīng)力筋張拉分兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段的張拉為初張拉，當(dāng)梁體混 凝土的強(qiáng)度達(dá)到初張要求后進(jìn)行初張拉，第一階段張拉完畢后，將梁移出制 梁臺(tái)位，當(dāng)梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行第二階段的張拉，張拉方法 為兩端同時(shí)張拉（即 2 臺(tái)張拉千斤頂同時(shí)工作），當(dāng)油表讀數(shù)達(dá)到 0.1σk 時(shí)（σk 設(shè)計(jì)控制應(yīng)力），測(cè)量出各千斤頂活塞伸出長(zhǎng)度 L1 及夾片外露量，做好記錄，繼續(xù)張拉 2 臺(tái)千斤頂按規(guī)定數(shù)值張拉到σk，測(cè)量出各千斤頂活 塞伸出長(zhǎng)度 L2 并測(cè)量工具錨夾片外露量，計(jì)算鋼絞線伸長(zhǎng)值與理論值比較 ≤±6%為合格，持荷2min 千斤頂回油，如果計(jì)算鋼絞線伸長(zhǎng)值與理論值比 較≥±6%應(yīng)查明原因，消除后重新張拉。

二、關(guān)于梁體早期預(yù)施應(yīng)力的問題

2.1這里所說的早期預(yù)施應(yīng)力，不是指有些預(yù)施應(yīng)力混凝土構(gòu)件可以在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前（如達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上）提前進(jìn)行全部預(yù)施應(yīng)力，而是指當(dāng)混凝土強(qiáng)度尚低時(shí)（如強(qiáng)度達(dá)到33.5MPa以上時(shí)）先張拉一部分鋼絞線，對(duì)梁體混凝土賦予較低的預(yù)壓應(yīng)力，使梁體足以承受自重荷載，提前將梁從生產(chǎn)臺(tái)座上移開。初張拉時(shí)，梁體混凝土強(qiáng)度不得低于 33.5MPa（為控制梁體混凝 土表面裂紋，宜由拆模強(qiáng)度確定）。

2.2 確定早期預(yù)施應(yīng)力的技術(shù)原則是：

2.2.1規(guī)定早期預(yù)施應(yīng)力時(shí)，混凝土的早期強(qiáng)度不應(yīng)低于原梁體設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%，如原梁體混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度C55，則早期預(yù)施應(yīng)力的混凝土強(qiáng)度不宜低于33.5MPa。因混凝土強(qiáng)度太低時(shí)，過早地承受預(yù)壓應(yīng)力將會(huì)導(dǎo)致混凝土28天強(qiáng)度降低；反之，當(dāng)混凝土達(dá)到28天強(qiáng)度的60%以上時(shí)，使之承受適當(dāng)?shù)念A(yù)壓應(yīng)力，則28天強(qiáng)度會(huì)有所增加。

2.2.2以梁自重作為設(shè)計(jì)荷載，檢算梁體在移運(yùn)及存放條件下，梁體斷面的下部邊緣保持5～10Mpa的壓應(yīng)力（應(yīng)考慮到存放時(shí)間較長(zhǎng)，在全部預(yù)施應(yīng)力之前會(huì)發(fā)生預(yù)應(yīng)力損失的影響）。

2.2.3確定早期預(yù)施應(yīng)力時(shí)需要張拉的鋼絞線根數(shù)，檢算單根鋼絞線張拉后，錨板下混凝土承受的局部壓應(yīng)力值不得超過規(guī)定的限值。

2.4 梁體移出生產(chǎn)臺(tái)座后，繼續(xù)進(jìn)行養(yǎng)生，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再進(jìn)行全部預(yù)施應(yīng)力工作。橋梁終張拉時(shí)，梁體混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度分 別為 C55 時(shí)，梁體強(qiáng)度不得低于 58.5MPa、彈模不得低于 36.0GPa，混凝土齡 期不得少于 14 天。同束鋼束張拉，應(yīng)兩端同步進(jìn)行，以油表讀數(shù)控制為主，鋼束的伸 長(zhǎng)值作校核，實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值誤差值不得超過6%。終張拉，即將全部鋼束張拉至 100%設(shè)計(jì)應(yīng)力（包括早期張拉的鋼束 也要補(bǔ)拉到 100%的設(shè)計(jì)應(yīng)力）。

三、關(guān)于預(yù)施應(yīng)力損失問題

鋼絞線張拉后，對(duì)梁體混凝土建立了預(yù)期的預(yù)壓應(yīng)力。但由于材料錨板、工藝及斷面預(yù)應(yīng)力等原因，鋼絞線中的預(yù)施應(yīng)力不可能永遠(yuǎn)保持在初始預(yù)應(yīng)力的水平上，而是有所降低?？偟慕档椭捣Q為預(yù)施應(yīng)力損失。初始應(yīng)力減去預(yù)施應(yīng)力損失稱為鋼絞線的有效預(yù)施應(yīng)力。在設(shè)計(jì)中檢算梁體抗裂性時(shí)，只考慮鋼絞線中的有效應(yīng)力。雖然設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)各項(xiàng)因素預(yù)施應(yīng)力損失都規(guī)定了具體數(shù)據(jù)或計(jì)算方法，但是在實(shí)際施工中，由于各種因素所造成的預(yù)施應(yīng)力損失，未必與設(shè)計(jì)計(jì)算值都能相符。其結(jié)果會(huì)影響產(chǎn)品的抗裂性，不能符合原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)別情況下，可能低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)而出現(xiàn)廢品。因此，有必要對(duì)預(yù)施應(yīng)力損失問題加以討論。

3.1由于混凝土的收縮和徐變?cè)斐傻匿摻g線預(yù)應(yīng)力損失σs1

混凝土收縮和徐變都會(huì)使構(gòu)件縮短，預(yù)應(yīng)力鋼筋也隨之縮短，因而引起應(yīng)力損失。如前所述，混凝土的收縮初期快后期慢，要持續(xù)一定時(shí)間，收縮量與混凝土水灰比和水泥用量有關(guān)，也和石子形狀與粒徑有關(guān)。采用高標(biāo)號(hào)水泥，減少水泥用量，減低水灰比，可減少混凝土的收縮?；炷恋男熳円惨掷m(xù)若干年，試驗(yàn)證明其大小與以下幾個(gè)方面有關(guān)。

3.1.1混凝土的預(yù)壓應(yīng)力愈大徐變也愈大；

3.1.2與加載時(shí)的齡期或強(qiáng)度有關(guān)，齡期不足硬化不完全，徐變就大；

3.1.3與受壓后的急變（即彈性壓縮）大致成線性關(guān)系；

3.1.4與水泥用量、水灰比以及硬化時(shí)環(huán)境的濕度等因素有關(guān)。這方面結(jié)合實(shí)際情況的試驗(yàn)資料不多，設(shè)計(jì)取值可能與實(shí)際有差別。

3.2鋼絞線松弛造成的應(yīng)力損失σs2。鋼絞線長(zhǎng)期在承受拉應(yīng)力的條件下，其長(zhǎng)度雖可視為固定不變，其中應(yīng)力值隨時(shí)間的推移而有所降低，即由于鋼絞線松弛會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。鋼絞線松弛與鋼絞線的成分、加工工藝、初應(yīng)力的大小和預(yù)施應(yīng)力工藝等因素有關(guān)。鋼絞線松弛在預(yù)施應(yīng)力初期即大部分出現(xiàn)，以后漸慢漸止。

3.3鋼絞線回縮和錨板變形引起的鋼絞線應(yīng)力損失σs3。分析實(shí)際測(cè)試結(jié)果，與現(xiàn)規(guī)范規(guī)定值是接近的。

3.4鋼絞線與預(yù)留孔道間的摩阻力引起鋼絞線中的應(yīng)力損失σs4。后張梁中鋼絞線在梁體內(nèi)接近拋物線進(jìn)行布置。一根鋼絞線的走向可以分為直線走向與曲線走向兩部分。理論上直線部分與孔道間不會(huì)產(chǎn)生摩阻力，但實(shí)際上孔道并非絕對(duì)順直，會(huì)出現(xiàn)較小的摩阻力。曲線部分則由于鋼絞線張拉時(shí)對(duì)孔壁存在正壓力，從而產(chǎn)生甚大的摩阻力。

3.5混凝土彈性壓縮引起鋼絞線中應(yīng)力損失σs5。在后張梁中，由于鋼絞線分批張拉，后批張拉的鋼絞線導(dǎo)致混凝土壓縮變形，梁體縮短導(dǎo)致前批張拉的鋼絞線應(yīng)力降低。因此形成預(yù)應(yīng)力損失σs5。實(shí)際混凝土的彈性模數(shù)可能與規(guī)范中取值不能完全符合，不會(huì)對(duì)梁體抗裂性產(chǎn)生重要的影響。

3.6鋼絞線與錨板口之間的摩阻造成的預(yù)應(yīng)力損失σs6。取值為千斤頂拉力之6～7%偏大一點(diǎn)，以策安全。

上述各項(xiàng)應(yīng)力損失σs3、σs4、σs5和σs6是在預(yù)施應(yīng)力后就出現(xiàn)了的，σs1和σs2則是長(zhǎng)期逐漸減慢最終停止完成?？偟膽?yīng)力損失是各項(xiàng)損失之和，各項(xiàng)損失值的波動(dòng)和出現(xiàn)的機(jī)率會(huì)造成總應(yīng)力損失很大的波動(dòng)。因此為了比較好把握住預(yù)應(yīng)力損失的最接近實(shí)際的數(shù)值，在施工前就必須對(duì)各項(xiàng)損失作必要的測(cè)定，條件不具備時(shí)，至少也需了解適當(dāng)?shù)拈g接資料，最后估定總損失而調(diào)整預(yù)施應(yīng)力的安裝應(yīng)力值。然而這樣仍不免在很大程度上摻入主觀因素不免失誤。因此有必要再首制產(chǎn)品中抽樣作靜荷抗彎抗裂性試驗(yàn)。這種綜合性的檢驗(yàn)，對(duì)確保產(chǎn)品質(zhì)量是很重要的。

施工中預(yù)施應(yīng)力計(jì)量工作也會(huì)出現(xiàn)甚大的施工誤差。實(shí)際綜合各項(xiàng)影響預(yù)施應(yīng)力的誤差可達(dá)5%。故在作靜荷載試驗(yàn)用以鑒定產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，所取加載抗裂安全系數(shù)應(yīng)比設(shè)計(jì)計(jì)算值降低0.05。否則在作鑒定性試驗(yàn)時(shí)，一旦混凝土開裂后，混凝土抗拉強(qiáng)度喪失，梁體抗裂性因此大為降低而成為廢品。

四、結(jié)論

當(dāng)梁體混凝土經(jīng)養(yǎng)生后達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，應(yīng)及早進(jìn)行預(yù)施應(yīng)力工作。因?yàn)樵陬A(yù)施應(yīng)力前梁體混凝土很可能由于收縮而產(chǎn)生橫向裂縫，從而喪失其抗拉強(qiáng)度，會(huì)導(dǎo)致梁體的抗裂性大大降低而成廢品。負(fù)責(zé)施工者不可不加注意。

參考文獻(xiàn)：

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