鐵路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁上拱變形的分析與控制

王 林

中鐵七局集團(tuán)武漢工程有限公司，湖北武漢 430000

混凝土簡支T梁上拱變形對鐵路使用質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，而反拱設(shè)計可以大大提高鐵路的硬度和強(qiáng)度，消除當(dāng)前鐵路事業(yè)中最大隱患，加速我國交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，促進(jìn)各地經(jīng)濟(jì)貿(mào)易往來。

1 T型梁上拱度形成

通常，混凝土T型梁受到預(yù)施壓應(yīng)力的時候，會產(chǎn)生一個向上的阻力以及一個向下的重力。根據(jù)力平衡原理，一旦向上產(chǎn)生的阻力大于自身的重力，整個T型梁就會產(chǎn)生一個向上的力，拱度也就此產(chǎn)生。力改變了T型梁的自身形態(tài)，并且壓應(yīng)力大部分都會作用于梁體的截面，時間一長就會出現(xiàn)偏心壓力，長期處于高壓應(yīng)力狀態(tài)，則會使得梁體出現(xiàn)一定程度的上拱。由此可以得出，隨著與應(yīng)力的增大，梁體的混凝土也會出現(xiàn)一定程度上的壓縮變形。所以說預(yù)施壓應(yīng)力對T型梁產(chǎn)生力的性質(zhì)是T型梁上拱度形成的直接原因，同時不同程度壓縮形變也就成為工作中需要解決的點(diǎn)[1]。

鐵路預(yù)應(yīng)力T梁靜載試驗(yàn)是通過對預(yù)制好的T梁直接加載，即是將靜止的荷載力作用到預(yù)制T梁指定的位置，并且要觀察橋梁結(jié)構(gòu)的靜力位移、應(yīng)變以及裂縫等方面的變化情況，再根據(jù)相關(guān)要求最終判定出橋梁結(jié)構(gòu)能夠承載的壓力極限，還有其具體的工作性能，從而使得橋梁結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量能夠得到保障。

預(yù)應(yīng)力混凝土T梁是根據(jù)設(shè)計圖紙、設(shè)計荷載及鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，計算出T梁的試驗(yàn)荷載，并且根據(jù)具體情況進(jìn)行等級語，位置重量方面的加載，還要計算得出在各級試驗(yàn)荷載的作用下，橋梁結(jié)構(gòu)各測點(diǎn)的所產(chǎn)生的具體反反應(yīng)，以便能夠和后期的實(shí)測值進(jìn)行比較。通過直接對預(yù)制T梁進(jìn)行加載，并且結(jié)合各種儀器檢測出梁體的應(yīng)變與撓度，最終確定下來梁體會在外力作用下發(fā)生哪些變化，以及梁體的整體工作狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁的上拱度通常都是由于預(yù)施壓應(yīng)力產(chǎn)生的上撓度和梁體自重產(chǎn)生的下?lián)瞎餐饔盟斐傻?，下?lián)隙戎敌。巧蠐隙戎祬s比較大，兩者共同作用就會使得梁體出現(xiàn)一定的上拱度。又因?yàn)門型梁的壓應(yīng)力都是集中在梁體截面上而導(dǎo)致了偏心壓力，偏心受壓就會讓預(yù)壓區(qū)的混凝土處于一種高壓應(yīng)力狀態(tài)，這勢必會導(dǎo)致梁體形成一定的上拱度。通常情況下，預(yù)壓應(yīng)力越大，梁體混凝土的壓縮變形也會越來越大。因此，造成T型梁上拱度形成的直接原因就是預(yù)施壓應(yīng)力對梁體所產(chǎn)生的不均勻壓縮變形。

2 T型梁上拱度的影響因素

2.1 預(yù)施壓應(yīng)力

預(yù)施壓應(yīng)力對T型梁上拱度影響主要在于壓力的大小和壓力施加的時間。當(dāng)施加的力度超過T型梁的承受范圍，其拱度也會到達(dá)一個極限值，一旦受到外力的沖擊就很容易破壞原有的結(jié)構(gòu)。而在T型梁壓力承受范圍內(nèi)壓力越大，其拱度變形越大，其穩(wěn)定性也在不斷的降低。壓力和時間共同施加，則更容易加大T型梁壓縮變形程度[2]。

2.2 混凝土的強(qiáng)度和彈性模量

在施加壓應(yīng)力的時候，梁體混凝土強(qiáng)度以及彈性模量都會對上拱度造成影響。一般情況下，只要混凝土強(qiáng)度高，彈性模量也高，梁體的上拱度就會逐漸變小。鐵路T梁場產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)TB/T3043—2005規(guī)定張拉三控，即砼強(qiáng)度、彈模均應(yīng)達(dá)到設(shè)計要求，混凝土齡期不少于14d，而實(shí)際的情況卻是，梁體混凝土的彈性模量的增長速度要比強(qiáng)度的增長速度慢得多，并且持續(xù)時間還更長，比如進(jìn)行混凝土澆筑之后，如果馬上對梁體進(jìn)行預(yù)應(yīng)力，這雖然會讓梁體混凝土的強(qiáng)度快速提升，但是也會讓梁體的上拱度大幅增加。因此，在施工過程中一定要注意對混凝土彈性模量的把握，在混凝土達(dá)到28d齡期或者彈性模量能夠符合相應(yīng)值，然后再對梁體施加預(yù)應(yīng)力，這樣才較為合適。

2.3 抽拔棒質(zhì)量控制

鐵路T梁采用橡膠抽拔棒成孔時，進(jìn)場橡膠抽拔棒必須有出廠合格證，現(xiàn)場要進(jìn)行嚴(yán)格的外觀檢查，日常生產(chǎn)過程中每使用5片梁后需對橡膠抽拔棒進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，若管徑減小4mm以上，或表面脫膠分層應(yīng)立即更換。施工過程中，要由下往上將抽拔棒穿入端模并將端模支承于底模端頭，用人工將其拉直，同時認(rèn)真理順抽拔棒，切實(shí)保證端部抽拔棒順直，進(jìn)行精確定位。因端頭鋼筋較多，安裝模型時一定要注意不能將橡膠抽拔管擠彎或者劃傷，不然將會對橡膠抽拔管的使用造成一定的影響。

2.4 張拉壓漿

張拉時要嚴(yán)格按設(shè)計要求控制張拉力，張拉力過大，易使梁體產(chǎn)生微裂縫，影響梁體的質(zhì)量，嚴(yán)重時導(dǎo)致鋼絞線崩斷，造成安全事故。張拉力偏小，梁體拱度不足，影響梁體的承載能力，進(jìn)而影響橋梁質(zhì)量。壓漿要及時，以減少預(yù)應(yīng)力的損失，保證梁體有足夠的拱度，以滿足橋梁設(shè)計要求。

2.5 梁體的存放時間和混凝土的澆筑質(zhì)量

如果梁體預(yù)施應(yīng)力存放時間太長過而沒有受到外荷載，其上拱度就會上升，特別是在混凝土的特性較大的時候更加明顯；梁體混凝土的澆筑質(zhì)量太差的話也會增加混凝土的收縮徐變特性，這會造成梁體的后期上拱度增加，因此，在施工過程中一定要留心這方面的問題[3]。

2.6 其它方面

梁體的存放懸臂長度、預(yù)施應(yīng)力的精確度以及孔道及錨口摩阻等等都會對梁體的上拱度造成一定的影響，但是在一般情況下這些因素的作用表現(xiàn)得不太明顯罷了。

3 T型梁上拱度的控制措施

3.1 T型梁上拱度過大產(chǎn)生的影響

盡管梁體的上拱度是因?yàn)榱后w的正常預(yù)施應(yīng)力所造成的，上拱度過大通常也不會對梁體自身的受力特性造成太大的影響，但是上拱度過大就會出現(xiàn)一系列問題，比如：增加或者降低了橋面設(shè)施的標(biāo)高，原設(shè)計當(dāng)中的設(shè)計參數(shù)會發(fā)生變化；橋面鋪裝層的混凝土厚度將會變得不夠均勻，薄厚分布不均不僅會使得荷載力加大，還會造成材料的浪費(fèi)；會對梁體預(yù)制以及安裝施工的控制產(chǎn)生不利影響；上拱度超出一定的范圍將會對橋梁的美觀性產(chǎn)生一定的影響等。

3.2 反拱的設(shè)置與調(diào)整

要想讓T型梁的上拱度控制在一定的范圍內(nèi)，就要根據(jù)其影響因素在具體的施工過程中從多個角度進(jìn)行控制，讓其能夠滿足相關(guān)的設(shè)計要求與施工技術(shù)規(guī)范。為了能夠?qū)型梁的上拱度控制到有效范圍內(nèi)，最為有效可行的手段就是在梁體預(yù)制階段進(jìn)行合理地反拱設(shè)置，這樣就能夠?qū)⒘后w產(chǎn)生的部分上拱度抵消掉。反拱指的是在梁體的長度方向所設(shè)置的和上拱度方向相反的反向拱度，通常都是設(shè)置在預(yù)制臺座上的，這是為了能夠讓梁體的設(shè)計斷面尺寸不變，一般都是在底模與側(cè)模板上進(jìn)行相同線形拱度的設(shè)置，在制梁臺座建設(shè)初期按經(jīng)驗(yàn)值L/1000進(jìn)行設(shè)置反拱，后期根據(jù)混凝土彈模、終張后30天的上拱情況進(jìn)行調(diào)整。由于T型梁預(yù)應(yīng)力筋位置的孔道是需要進(jìn)行預(yù)埋的，所以孔道對底模的位置與高度就需要梁體斷面的尺寸和相關(guān)鋼筋與設(shè)計要求保持一致。所以，設(shè)置反拱后梁體受力特性將不會發(fā)生變化，這將是一種能夠行得通的施工工藝。要想將結(jié)構(gòu)拱度控制到合理范圍，就要從兩方面進(jìn)行，一方面需要控制好材料，包括對鋼筋、混凝土以及灌漿材料等材料的控制；另一方面則需要將施工與使用過程中的預(yù)應(yīng)力損失盡可能控制到允許范圍內(nèi)。對鋼絞線的要求鋼絞線中有效預(yù)應(yīng)力主要會受到張拉控制應(yīng)力作用的影響。但是，由于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)會在施工過程中或者使用過程中發(fā)生不同程度的預(yù)應(yīng)力損失，要想進(jìn)一步提升有效預(yù)應(yīng)力，就一定要運(yùn)用鋼絞線。

3.3 對混凝土的要求預(yù)應(yīng)力混凝土要求

采用能夠匹配高強(qiáng)度鋼筋的混凝土才可以保證充分發(fā)揮出鋼筋和混凝土共同的強(qiáng)度水準(zhǔn)，從而將結(jié)構(gòu)自重和截面的尺寸降低到一定的范圍來滿足預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)大跨徑的要求。同時，混凝土的彈性模量也會因?yàn)閺?qiáng)度的增加而發(fā)生改變，這樣的話，高強(qiáng)度的混凝土的彈性與塑性變形也會發(fā)生隨之變小，這樣就能夠相應(yīng)地減小預(yù)應(yīng)力帶來的損失。此外，高強(qiáng)度的混凝土也會發(fā)生強(qiáng)度比較高的特點(diǎn)，這樣會有利于后張法在施工中盡快發(fā)生預(yù)應(yīng)力的變化，先張法中也能夠盡快發(fā)生放張變化，從而改變構(gòu)件的生產(chǎn)效率以及提升施工設(shè)備利用率 。

3.4 對灌漿材料的要求

在先張法的施工預(yù)應(yīng)力構(gòu)件當(dāng)中，鋼筋與混凝土之間還會存在較為可靠的粘結(jié)力，從而保證鋼筋的預(yù)應(yīng)力能夠盡快傳遞到混凝土當(dāng)中，選用鋼筋的時候，選擇刻痕鋼絲或以鋼絲為母材扭絞的鋼紋線就可以了。

3.5 減少預(yù)應(yīng)力的損失

在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力一直都是變化著的，在構(gòu)件的施工當(dāng)中以及后期的使用過程中，出于各方因素的影響，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力在不斷的下降，這就是預(yù)應(yīng)力損失的具體表現(xiàn)。

4 結(jié)語

總而言之，控制鐵路后張法全預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁上拱度的重要途徑是將反拱設(shè)計不斷科學(xué)合理化。要想達(dá)到較好的控制效果，相關(guān)工作人員就必須充分做好梁體預(yù)制階段工作，精確估算梁體拱度，細(xì)微觀察拱度的改變，有效結(jié)合實(shí)際設(shè)定合理的反拱度，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，滿足我國鐵路事業(yè)發(fā)展需求，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)大力發(fā)展。

[1] 羅萬武. 普速鐵路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁常見裂紋分析及防治淺析[J]. 中國建材科技，2017（3）：105.

[2] 王強(qiáng). 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋槽形簡支梁預(yù)制施工技術(shù)[J]. 鐵道建筑，2015（12）：33.

[3] 黃義. 淺析預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支T梁張拉工藝[J]. 黃義，2014（4）：225.