預制T 梁預應力施工控制理論研究

■徐志飚

(古田縣交通工程管理站，古田 352200)

1 前言

在公路建設中，橋梁工程繁多，而預應力工程在橋梁中占有重要地位，預應力技術應用極為普遍；同時預應力工程又屬于隱蔽性工程，張拉完畢，灌漿封錨則有效預應力保留狀況無從知曉，因此預應力施工不當而導致的工程隱患實例不少。國內(nèi)外工程人員對比開展了大量的研究工作，如張志香分析了大跨度預應力T 梁現(xiàn)場預制中的幾個關鍵環(huán)節(jié)，從鋼筋綁扎孔道就位、水泥澆筑振搗、預應力筋的張拉壓漿等方面分布加以了論述[1]；張峰探討了預應力T 梁的張拉工藝控制，強調(diào)了張拉方法及應力控制、張拉機具控制、張拉材料控制和張拉過程控制的重要性[2]；周海華研究了預應力T 梁施工全過程的質(zhì)量控制，論述了預制全過程中的質(zhì)量控制和科學管理是確保預應力梁體施工質(zhì)量的關鍵[3]；胡成等研究了預應力T 梁反拱控制“撓度平衡法”，給出了后張法預應力T 梁在存梁期末預應力起拱的取值范圍[4]。

已有預制T 梁預應力施工方面的研究重點工作瞄準施工過程中各個施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量把控，通過提高每個施工環(huán)節(jié)來盡量提高預應力的施工質(zhì)量，多從定性的角度加以論述；但較少論述到施工中可能存在的施工缺陷對最終結構使用的影響，尤其是定量方面的可參考研究成果較少。因此本文重點從預制T 梁預應力施工中較常存在的預應力鋼筋的欠張拉、超張拉問題，預應力管道布置的偏移問題等幾個方面加以研究，力求從定量的角度分析上述施工缺陷對結構性能的影響程度，豐富已有的預應力施工控制理論。

2 預應力施工控制理論研究

2.1 設計狀態(tài)分析

本文以目前福建省大量推廣應用的預制T 梁為研究背景，其中又以普遍采用的30m 標準跨徑為主要研究對象，以交通部頒布的預制T 梁標準圖為依據(jù)，重點研究預制施工過程中預應力鋼筋的欠張拉、超張拉以及預應力管道偏位等施工不利因素對橋梁結構體系的影響。全預應力構件設計重點控制混凝土的全截面不出現(xiàn)拉應力，從而避免裂縫的產(chǎn)生，提高了構件的耐久性，因此本文重點通過構件上下緣的應力狀態(tài)來分析結構的效應。

建立二維梁桿的三跨連續(xù)梁模型，有限元模型如圖2 所示，預應力鋼筋的控制應力為1395MPa。參考全預應力結構設計規(guī)范主要考慮以下對應荷載：恒荷載、基礎沉降、鋼束一次、鋼束二次、收縮徐變、移動荷載、梯度升降溫，并考慮短期荷載組合效應，從而分析結構對應的效應[5]。

分析結果表明：在設計張拉控制應力作用下，三跨連續(xù)梁結構能夠滿足全預應力設計的要求，對于下緣各位置處，應力富余量最低約為1.8MPa，而對于上緣各位置處，應力富余量最低約為0.6MPa，邊跨跨中最大撓度為15.3mm，中跨跨中最大撓度為21.1mm。

2.2 預應力鋼筋欠張拉

考慮預應力鋼筋的欠張拉狀態(tài)，采用欠張拉率來定義對應的張拉應力，欠張拉率等于1 減去欠張拉時的應力和設計張拉應力的比值，考慮欠張拉率分別為5%、10%、13%、15%的情況，即分別對于預應力鋼筋的 張 拉 應 力 為 1325MPa、1256MPa、1214MPa，1186MPa。

圖1 30m 預制T 梁基本尺寸布置圖

圖2 三跨連續(xù)T 梁有限元模型示意圖

從表1 和圖3、4 可以看出：對于預制T 梁預應力鋼筋的欠張拉狀態(tài)，其13%的欠張拉率為結構全預應力設計的臨界狀態(tài)，這時對應的短期預應力損失為156MPa，錨下有效預應力為1058MPa，主梁下緣最大拉應力為0.1MPa；結構上緣表面壓應力隨欠張拉的變化而變化不大，結構下緣表面壓應力隨欠張拉的增大而降低明顯，并導致最終的結構不滿足設計要求；且欠張拉應力與結構的撓度呈線性關系，張拉力越小，主梁最大撓度也相應變小。

2.3 預應力鋼筋超張拉

考慮預應力鋼筋的超張拉狀態(tài)，采用超張拉率來定義該時的張拉應力，超張拉率等于超張拉時的應力和設計張拉應力的比值減去1，考慮欠超張拉率分別為5%、8%、10%的情況，即分別對應預應力鋼筋的張拉應力為1465MPa、1507MPa、1535MPa。

從表2 和圖5、6 三種狀態(tài)下結構的效應可以看出：隨著超張拉率的提高，結構上下緣的壓應力也隨著提高，即截面的應力富余量是同時增大的；結構上緣表面壓應力隨超張拉的變化而影響不大，結構下緣表面壓應力隨超張拉的增大而增加明顯，因此預應力鋼筋的少量超張拉有利于結構的整體受力性能。但隨著張拉應力的提高，結構的撓度呈線性增大，從而導致全橋線型變差，行車舒適性下降。

表1 欠張拉下結構對應效應列表

表2 超張拉下結構對應效應列表

圖3 不同欠張拉率下結構效應對比

圖4 不同欠張拉率下結構最大撓度對比

圖5 不同超張拉率下結構效應對比

圖6 不同超張拉率下結構最大撓度對比

圖7 預應力管道不同偏位下結構效應對比

圖8 預應力管道不同偏位下結構最大撓度對比

2.4 預應力管道偏位

對于預應力鋼筋管道偏位對結構受力性能的影響，考慮施工過程中管道整體放置可能存在的向上或向下的偏位，因此以管道向下偏位10mm、20mm、30mm 和向上偏位10mm、20mm、30mm 分布加以研究。

從表3 和圖7、8 結構效應可以看出：結構表面上下緣的應力變化不大，管道小偏位對整體結構的受力性能影響基本可以忽略；對撓度也只是有較小的影響，向下偏位撓度變大，向上偏位撓度變小?？傊谑┕み^程中只要管道的布置不出現(xiàn)明顯的偏差，其施工的誤差對T 梁的效應影響不大。

表3 預應力管道偏位下結構對應效應列表

3 結論

本文分析了30 跨徑的三跨連續(xù)全預應力T 梁的結構性能，研究了預應力鋼筋張拉施工過程中存在的欠張拉、超張拉以及預應力管道偏位的情況下可能導致的結構效應，重點分析結構全斷面上下緣的應力富余量以及結構跨中撓度的變化情況，研究主要結論如下：

（1）對于預應力鋼筋的欠張拉，13%的欠張拉率為其臨界值，即兩端張拉控制應力為1214MPa，低于該張拉應力T 梁將不能滿足全預應力的結構設計要求。

（2）對于預應力鋼筋的超張拉，少量的超張拉率整體有利于結構的受力性能，但超張拉使得結構的撓度增大明顯，影響了主梁的線型及行車舒適性，施工中應注意不超過規(guī)范允許5%的超張拉幅度。

（3）小范圍內(nèi)的預應力鋼筋管道偏差對整體T 梁的受力性能和結構的撓度影響不明顯，考慮到混凝土保護層厚度等因素，管道的安裝允許偏差宜控制在10mm以內(nèi)。

[1]張志香.大跨度預應力T 梁現(xiàn)場預制中的幾個關鍵環(huán)節(jié)［J］.山西交通科技,2000,34(4):39-40.

[2]張峰.淺談后張法預應力T 梁的張拉工藝控制［J］.建筑與工程,2008,12(1):110-111.

[3]周海華.預應力T 梁施工全過程的質(zhì)量控制［J］.中國水運,2009,9(2):211-212.

[4]胡成,方詩圣,吳文清.預應力T 梁反拱控制“撓度平衡法”的研究［J］.合肥工業(yè)大學學部,1999,22(增刊),43-47.

[5]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].