預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁長(zhǎng)期存放技術(shù)保護(hù)方案

邢海瑞(中鐵豐橋橋梁有限公司，北京 100070)

預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁長(zhǎng)期存放技術(shù)保護(hù)方案

邢海瑞(中鐵豐橋橋梁有限公司，北京 100070)

以中鐵豐橋橋梁有限公司伊吾分公司預(yù)制梁場(chǎng)為工程依托，總結(jié)了預(yù)制T梁長(zhǎng)期存放造成拱度過(guò)大的發(fā)生情況，分析了拱度形成的主要原因，提出了相應(yīng)的處理方案及具體實(shí)施方法，使得預(yù)制T梁質(zhì)量得到保障。

預(yù)制T梁；拱度；堆載加荷

1 工程概況

中鐵豐橋橋梁有限公司伊吾分公司預(yù)制梁場(chǎng)主要的施工任務(wù)為預(yù)制通橋（2005）2101預(yù)應(yīng)力混凝簡(jiǎn)支T梁，目前場(chǎng)內(nèi)剩余橋梁16孔。

由于預(yù)制梁長(zhǎng)期存放，會(huì)因徐變引起拱度較大。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次的觀(guān)測(cè)結(jié)果表明：現(xiàn)階段橋梁的拱度已基本穩(wěn)定，6孔24m橋梁和3孔16m橋梁的拱度均在20mm以下，對(duì)架梁后的橋面鋪裝無(wú)甚影響；而7孔32m橋梁中的6孔的拱度均在35mm以下（支距折減后均在32mm以下）；拱度較大的2片梁分別為42.5和37.5mm。

2 拱度形成的原因及偏差分析

2.1 拱度的形成

預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁的豎向變形主要由4個(gè)部分組成。一期恒載，即自重引起的下?lián)隙萬(wàn)g1；預(yù)加應(yīng)力Ny作用下引起的上拱度f(wàn)y；二期恒載作用下引起的下?lián)隙萬(wàn)g2；混凝土徐變引起的上拱度f(wàn)cr。因此，預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁的總變形 f=fy–fg1–fg2+fcr。

1）一期恒載

一期恒載即主梁自重。

2）預(yù)應(yīng)力引起的拱度

將錨下控制應(yīng)力σcom扣除所有的預(yù)應(yīng)力損失，得到實(shí)際存在的預(yù)拉應(yīng)力值；在偏心預(yù)加應(yīng)力的作用下，引起梁的上撓度f(wàn)y。預(yù)應(yīng)力損失由五部分組成，即預(yù)應(yīng)力筋與管道壁間摩擦引起的應(yīng)力損失σL1；錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的應(yīng)力損失σL2；混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失σL4；鋼筋松弛引起的應(yīng)力損失σL5；混凝土收縮和徐變引起的應(yīng)力損失σL6。

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，傳力錨固時(shí)，計(jì)入自重作用，32mT梁按理論支點(diǎn)計(jì)算的跨中上拱度為32.7mm。

3）二期恒載

二期恒載主要包括線(xiàn)路設(shè)備（軌枕、鋼軌等）、道碴、人行道支架、步板、電纜槽、擋碴塊、現(xiàn)澆橋面板及橫隔板濕接縫的重量。對(duì)于通橋（2005）2101—32m曲線(xiàn)邊梁，設(shè)計(jì)采用的二期恒載值為每單線(xiàn)孔80.81kN/m。

4）混凝土收縮、徐變引起拱度

根據(jù)預(yù)制梁圖紙《時(shí)速160公里客貨共線(xiàn)鐵路預(yù)制后張法簡(jiǎn)支T梁（圖號(hào)：通橋（2005）2101）》的設(shè)計(jì)說(shuō)明，按照終張拉90天上二期恒載，徐變上拱度直線(xiàn)邊梁為44.72mm，直線(xiàn)中梁45.87mm，曲線(xiàn)邊梁55.16mm，曲線(xiàn)中梁55.52mm。據(jù)此，制梁場(chǎng)設(shè)置底模反拱45mm。

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，鐵路T梁的徐變上拱度發(fā)展過(guò)程大致如下：30天的徐變引起上拱度為15mm；90天徐變引起上拱度為23mm；180天徐變引起上拱度為27mm；360天徐變引起上拱度為30mm。

通過(guò)對(duì)比，文獻(xiàn)數(shù)據(jù)比設(shè)計(jì)圖紙數(shù)據(jù)的徐變拱度低。按照保守安全原則，根據(jù)混凝土收縮、徐變應(yīng)力損失的完成率η1（見(jiàn)表1）[1]粗略推演計(jì)算，到今960d（徐變完成率約為97.5%）的徐變上拱度約為35mm；3年時(shí)全部徐變上拱度約為36mm。

表1 混凝土收縮、徐變應(yīng)力損失的完成率η1

5）上拱度的理論限度

因上拱度的影響因素較多，變化復(fù)雜，偏差較大。根據(jù)有關(guān)規(guī)范[2]的規(guī)定，終張拉30天時(shí)用水準(zhǔn)儀測(cè)量的簡(jiǎn)支梁上拱度不應(yīng)超過(guò)L/1000，對(duì)于32m鐵路T梁，即32mm。

如上述文獻(xiàn)所表，橋梁終張拉30天時(shí)，其徐變上拱15mm；30天～960天的徐變上拱則為35-15=20mm。

因此，對(duì)于現(xiàn)存的32m橋梁，其上拱度不超過(guò)32+20=52mm，則是正常的。即52mm是上拱度的理論限度，一般不應(yīng)超過(guò)。

2.2 彈性上拱度的影響因素

1）預(yù)施壓應(yīng)力

預(yù)施壓應(yīng)力大小和應(yīng)力施加時(shí)間影響著上拱度的大小。預(yù)施壓應(yīng)力（如設(shè)計(jì)張拉力或張拉、超張拉控制應(yīng)力）越大，梁體上拱度就越大（如邊梁的上拱度值一般大于中梁的上拱度值），反之亦然。預(yù)施壓應(yīng)力的應(yīng)力施加時(shí)間越長(zhǎng)或越早，梁體上拱度就越大。另外，孔道摩阻、錨具變形、鋼筋回縮和應(yīng)力松馳等預(yù)應(yīng)力損失會(huì)使有效預(yù)施壓應(yīng)力減少，梁體上拱度值降低。

2)混凝土的強(qiáng)度和彈性模量

施加預(yù)應(yīng)力時(shí)梁體混凝土的強(qiáng)度和彈性模量影響著上拱度的大小。一般地，混凝土的強(qiáng)度和彈性模量越高，梁體上拱度就越小，反之亦然。一般，梁體混凝土的彈性模量增長(zhǎng)比其強(qiáng)度增長(zhǎng)要慢，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，如在混凝土澆筑后短期內(nèi)（7天齡期以?xún)?nèi)）就對(duì)梁體施加預(yù)應(yīng)力，既使梁體混凝土具有較高的強(qiáng)度，也會(huì)造成上拱度大幅增加，因此，加載齡期對(duì)拱度也有一定的影響。

3)其它因素

梁體存放懸臂長(zhǎng)度大小、預(yù)施應(yīng)力的精確程度（指在規(guī)定誤差內(nèi)）、孔道及錨口摩阻的大小、混凝土彈模、底模預(yù)留反拱值誤差等，均會(huì)對(duì)梁體的彈性上拱度產(chǎn)生影響。

2.3 徐變上拱度的影響因素

混凝土的徐變是依賴(lài)于荷載且與時(shí)間有關(guān)的一種非彈性性質(zhì)的變形。在長(zhǎng)期荷載作用下，混凝土體內(nèi)水泥膠體微細(xì)孔中的游離水將經(jīng)毛細(xì)管擠出并蒸發(fā)，產(chǎn)生了膠體縮小形成徐變過(guò)程。徐變是混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下的固有特性，從梁的實(shí)測(cè)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，徐變上拱度的離散性很大，大到同一座橋的同一種梁，小到同一臺(tái)座生產(chǎn)的不同時(shí)期的同一種梁均有不同。因此，影響徐變上拱度的因素很多，主要具有如下的特性：

1）徐變?cè)诔跗诎l(fā)展特別快，而后發(fā)展逐漸減慢，延續(xù)時(shí)間可達(dá)數(shù)年。一般在加載的第一個(gè)月內(nèi)完成全部徐變量的40%，3個(gè)月完成60%，1～1.5年約完成80%，在3～5年內(nèi)基本完成。在5～15年后其增長(zhǎng)逐漸達(dá)到一個(gè)極限值，其累計(jì)總和值常很可觀(guān)，達(dá)彈性變形的1～3倍，在某些不利條件下還可能增大。

2）在卸載時(shí)，一部分變形立即恢復(fù)，另一部分變形在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)逐漸恢復(fù)，而更大部分的殘余變形永不恢復(fù)。

3）徐變量與加載的應(yīng)力大小有關(guān)，應(yīng)力越大，徐變量越大。當(dāng)應(yīng)力小于棱柱體強(qiáng)度的50%～60%時(shí)，應(yīng)力與徐變量呈近似線(xiàn)性的關(guān)系。

4）徐變量與加載時(shí)混凝土的齡期有關(guān)，齡期越短，徐變量越大。

5）徐變量與水灰比、水泥用量有關(guān)，水灰比大，徐變量大；水泥用量大，徐變量大。對(duì)于同一種水泥，在骨料和水泥比例相同時(shí)，水灰比愈大則徐變愈大，因?yàn)榛炷恋男熳冎饕怯伤酀{引起的。而在相同水膠比的情況下，徐變變形又會(huì)隨著水泥的用量增多而增大。因此，水灰比和水泥用量是影響徐變上拱的重要因素。

6）根據(jù)線(xiàn)性徐變理論，偏低的彈性模量會(huì)引起較大的徐變上拱。因此，徐變量與混凝土所用的骨料有關(guān)，骨料彈性模量高，徐變量小?；炷翉椥阅Ａ扛撸熳兞啃?。

確定徐變理論上的大小直接關(guān)系到架梁的進(jìn)度安排。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)存梁拱度較大的原因分析

從上述影響因素的分析來(lái)看，對(duì)于特定的鐵路T梁，對(duì)拱度影響較大的因素是預(yù)應(yīng)力大小、加載時(shí)間、支點(diǎn)位置、存梁齡期、混凝土彈性模量、二期恒載的加載時(shí)間、環(huán)境相對(duì)濕度和溫度等因素等。

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在形成成品梁而長(zhǎng)期未架設(shè)狀態(tài)下，由于沒(méi)有二期恒載和活載的作用，存在個(gè)別橋梁在預(yù)應(yīng)力偏心和混凝土彈性變形以及徐變上拱的作用下，橋梁上拱值會(huì)緩慢增加，甚至超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的情況。實(shí)際施工過(guò)程中，一般按照終張拉完成后90天加載二期恒載來(lái)計(jì)算徐變上拱值，然后據(jù)此來(lái)設(shè)置底模的反拱度。至今存梁已超過(guò)2年半，徐變已完成約97%，多出的900多天徐變上拱值在實(shí)際中得到了體現(xiàn)。其拱度較大是在影響因素所能引起的上拱增加值的正常范圍內(nèi)的。

3 T型梁上拱度過(guò)大產(chǎn)生的影響

盡管梁體上拱度是由梁體正常預(yù)施應(yīng)力造成的，上拱度過(guò)大一般也不會(huì)太多改變梁體自身的受力特性，但是上拱度過(guò)大將會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題：

1）為保證軌道平順性，一般通過(guò)調(diào)節(jié)道碴的厚度來(lái)消除上拱度的影響，改變了橋面鋪裝層厚度均勻性，致使梁端處變厚而跨中處變薄，既增大恒載又造成浪費(fèi)。

2）當(dāng)拱度超標(biāo)過(guò)大，而道碴調(diào)節(jié)量有限時(shí)，需要通過(guò)提高橋面設(shè)施的標(biāo)高（軌頂標(biāo)高）或者需要降低墩臺(tái)頂面的標(biāo)高來(lái)消除影響，改變了原線(xiàn)路的設(shè)計(jì)參數(shù)。

3）給梁體安裝和濕接縫施工控制帶來(lái)不便的影響。

4 拱度問(wèn)題的處理方案

目前伊吾分公司存放的橋梁，已存放900多天，其徐變上拱已完成約97.4%。也就是說(shuō)，其徐變上拱基本完成。根據(jù)徐變的形成原因、影響因素和線(xiàn)性徐變理論，可以說(shuō)，其拱度值不會(huì)再有明顯的增加，2年內(nèi)最大增加量不會(huì)超過(guò)現(xiàn)有拱度值的10%。因此，橋梁可以通過(guò)道碴厚度的調(diào)節(jié)等措施達(dá)到使用的要求，在現(xiàn)階段采取措施已無(wú)太大的必要。

鑒于架梁的工期不定，現(xiàn)存的預(yù)制梁二期恒載的加載時(shí)間遙遙無(wú)期，在此長(zhǎng)期存放的預(yù)期下，可以按照不低于二期恒載的加載量對(duì)預(yù)制場(chǎng)內(nèi)的存梁采取一定的堆載加荷措施，以控制和降低梁體的上拱。建議堆載物采用定額重量的砂袋，便于計(jì)量。

5 堆載加荷的具體實(shí)施辦法

5.1 堆載方案

為控制梁體上拱過(guò)大，對(duì)存放在梁場(chǎng)的成品梁，在梁面逐步附加砂袋荷載。堆載產(chǎn)生的跨中彎矩值Mf一般不低于二期恒載產(chǎn)生的彎矩值Mg2。建議取荷載q=1.5q0（q0為二期恒載）。

堆載全部布置在支點(diǎn)以?xún)?nèi)的梁面，堆載形式有兩種：

其一采用均布荷載，即支點(diǎn)以?xún)?nèi)梁面上均勻分布砂袋，堆載圖示如圖1，特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，且因跨中砂袋層數(shù)較少，利于現(xiàn)場(chǎng)防風(fēng)。

其二采用階梯形，跨中大，往梁端逐步減少，堆載圖示如圖2，特點(diǎn)是減少總的砂袋量，但需按圖示嚴(yán)格執(zhí)行，操作繁瑣。

在加載時(shí)，考慮到新疆地區(qū)的風(fēng)力和梁體橋面的偏心因素，橋面的中心內(nèi)側(cè)應(yīng)多加載一層，并且需在橋梁兩端的側(cè)面做好支撐防護(hù)。

圖1 均布形堆載圖

圖2 階梯形堆載圖

5.2 加載計(jì)算

據(jù)預(yù)制梁圖紙《時(shí)速160公里客貨共線(xiàn)鐵路預(yù)制后張法簡(jiǎn)支T梁（圖號(hào)：通橋（2005）2101）》的設(shè)計(jì)說(shuō)明，預(yù)制梁的二期恒載包括線(xiàn)路設(shè)備、道砟、人行道支架、步板、電纜槽、擋砟塊、現(xiàn)澆橋面板、橫隔板濕接縫的重量。對(duì)于32m、24m、16m單線(xiàn)孔曲線(xiàn)梁二期恒載為80.81kN/m。折算單片曲線(xiàn)梁的二期恒載為40.405kN/m。

根據(jù)本批次橋梁的靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，第二循環(huán)基數(shù)級(jí)Ka荷載283.8kN，靜活載Kb荷載541.1kN，撓度值分別為12.21mm、24.25mm。由以上數(shù)據(jù)可以推算出橋梁的剛度 EI=65358600464GPa×m4。

當(dāng)存梁支距為32m時(shí)，在二期恒載q0=40.405kN/m的作用下，橋梁跨中拱度會(huì)減小f=5/384×qL^4／EI=8.44mm；當(dāng)加載至 1.2 倍 q0 時(shí)，q=48.486kN/m，橋梁跨中拱度會(huì)減小f=5/384×qL^4／EI=10.33mm。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際存梁跨度為29m，故加載至1.5倍q0時(shí)，q=60.6kN/m，f=8.54mm。

5.3 加載方法和安全措施

橋面寬按2.3m計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)存梁實(shí)際跨度為29m。

1）方法一（采用均布堆載）

按照加載1.5倍q0實(shí)施，q=60.6kN/m，產(chǎn)生的跨中彎矩為Mf=1/8×qL^2=6371kN·m。據(jù)此，堆載至每米60.6/9.8=6.18t。砂子堆積密度按 1.43，考慮到砂袋間的一些空隙，支點(diǎn)內(nèi)大約滿(mǎn)布砂袋到1.9～2.1m高時(shí)，即能達(dá)到堆載要求，使跨中拱度下降8.5mm。

2）方法二（階梯形堆載）

采用方法二階梯形堆載方法，從跨中往兩端，每3米一個(gè)單元。擬定q1=65kN/m，q2=60kN/m，q3=55kN/m，q4=50kN/m。階梯荷載產(chǎn)生的跨中彎矩和為6383kN·m，其中：

Mf1=2×1/4×q1×3×L=2×55×3×29/4

=2828kN·m；

Mf2=2×q2×3×（14.5-4.5）×14.5/29

=1800kN·m；

Mf3=2×q3×3×（14.5-7.5）×14.5/29

=1155kN·m；

Mf4=2×q4×3×（14.5-10.5）×14.5/29

=600kN·m。

階梯荷載產(chǎn)生的跨中撓度，簡(jiǎn)化為跨間等間距布置兩個(gè)相等的集中荷載下的最大撓度計(jì)算，公式f=6.81pl^3/(384EI)，其撓度和為9.14mm，其中：

f1=6.81×q1×3×2×29^3/(384EI)

=2.59mm；堆載高度 2.1 ～ 2.3m；

f2=6.81×q2×3×2×29^3/(384EI)

=2.38mm；堆載高度 1.9 ～ 2.1m；

f3=6.81×q3×3×2×29^3/(384EI)

=2.18mm；堆載高度 1.7 ～ 1.9m；

f4=6.81×q4×3×2×29^3/(384EI)

=1.99mm；堆載高度 1.5 ～ 1.7m。

3）加載安全措施

在加載前要對(duì)加載橋梁的兩端側(cè)面進(jìn)行支撐保護(hù)；加載時(shí)對(duì)橋梁的存梁臺(tái)座變形和橋梁的端部截面的傾斜進(jìn)行觀(guān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整。

6 結(jié) 語(yǔ)

目前伊吾分公司的未架設(shè)橋梁，已存放900余天，其徐變上拱已完成約97.4%，經(jīng)推算,剩余存梁上拱度不超過(guò)理論限度,可不采取拱度保護(hù)措施。

鑒于架梁的工期不定，現(xiàn)存的預(yù)制梁二期恒載的加載時(shí)間遙遙無(wú)期，在此長(zhǎng)期存放的預(yù)期下，可以按照1.5倍左右的二期恒載的加載量對(duì)預(yù)制場(chǎng)內(nèi)的存梁采取一定的堆載加荷措施，以控制梁體上拱的繼續(xù)增長(zhǎng)。建議堆載物采用定額重量的砂袋，便于計(jì)量。為減少工作量，可采用階梯形堆載，自跨中向兩端逐階減少。同時(shí)，采取防傾覆安全保護(hù)措施，固定好梁端斜支撐。

梁體在堆載前和堆載過(guò)程中，應(yīng)觀(guān)測(cè)拱度的變化，驗(yàn)證堆載物對(duì)拱度的影響。堆載完成后，應(yīng)定期監(jiān)測(cè)拱度的變化，根據(jù)實(shí)測(cè)情況調(diào)整荷載量。

[1]TB10002.3-2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

[2]TB10415-2003鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］

Protection scheme for long term storage of prestressed concrete simple supported beam

Based on the project the Yiwu branch precast beam field, which belongs to China Railway Fengqiao Bridge Co.,Ltd.,this paper summarizes the too large camber’s occurrence of the prefabricated T beam caused by the long-term storage,analyses the main reasons of the camber’s formation,put forward the corresponding solution and implementation methods.The qulity of prefabricated T beam is guaranteed.

prefabricated T beam；camber；stack load

U445.47+1

：B

：1003-8965(2017)02-0100-03