關(guān)于預(yù)制T梁錨下預(yù)應(yīng)力損失控制的研究

蒙明俊，楊榮辰，王 鵬

(1.貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽 550000；2.浙江交工宏途交通建設(shè)有限公司，浙江 杭州 310000)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)是預(yù)制T梁的關(guān)鍵施工技術(shù)，它是根據(jù)需要經(jīng)過預(yù)應(yīng)力筋張拉施加預(yù)應(yīng)力給混凝土獲得期望的抗拉性能，對于預(yù)制T梁來說預(yù)應(yīng)力好比人類的脊柱，它支撐著來自自身及外部的荷載，但通過以往對錨下預(yù)應(yīng)力的檢測發(fā)現(xiàn)合格率普遍偏低，嚴重影響工程項目的全壽命周期。

為保證橋梁預(yù)制T梁的質(zhì)量，進一步規(guī)范預(yù)制T梁關(guān)鍵工藝的施工和控制，以都勻至香格里拉高速公路六盤水～威寧段某橋梁為依托，通過對影響錨下預(yù)應(yīng)力損失的因素分析和錨下有效預(yù)應(yīng)力損失控制措施的研究，探討預(yù)制T梁關(guān)鍵技術(shù)的控制方法，以期對預(yù)制T梁施工工藝及施工質(zhì)量的提高提供一定的理論支持。

1 工程概況

都勻至香格里拉高速公路六盤水～威寧段某橋梁40 m預(yù)制T梁采用后張法兩端對稱張拉，預(yù)制T梁預(yù)應(yīng)力鋼束采用4×Φ15.20 mm低松弛鋼絞線，抗拉標準強度為fpk=1 860 MPa，張拉控制力為0.75fpk=1 395 MPa；采用圓形金屬波紋管，摩阻系數(shù)μ=0.25；錨具型號為15-8，錨具變形、回縮按6 mm(端)計算。張拉順序為100%N2→100%N3→50%N1左→100%N1右→100%N1左→100%N4。

2 影響錨下預(yù)應(yīng)力損失的因素分析

2.1 主要影響因素分析

錨下有效預(yù)應(yīng)力是預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉錨固后扣除錨固損失和彈性回縮等損失后錨下留存的應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力的損失受多種因素影響，經(jīng)過調(diào)查和分析得出主要影響因素如下。

(1)預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦(σι1)、預(yù)應(yīng)力鋼束和圓形金屬波紋管之間產(chǎn)生的摩擦阻力導致的預(yù)應(yīng)力損失。

(2)張拉端錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮(σι2)：張拉過程中因錨具在施加預(yù)應(yīng)力的影響下發(fā)生錨具變形和預(yù)應(yīng)力鋼束回縮而引起的預(yù)應(yīng)力損失。

(3)預(yù)應(yīng)力筋與臺座之間的溫差(σι3)：先張法時預(yù)應(yīng)力筋與張拉臺座之間的溫差而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。該因素后張法沒有涉及，不在此次分析范圍。

(4)混凝土的彈性壓縮(σι4)；先批預(yù)應(yīng)力錨固端混凝土在后批預(yù)應(yīng)力的作用下發(fā)生彈性壓縮，導致先批預(yù)應(yīng)力鋼束產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，進而致使先批預(yù)應(yīng)力的損失。

(5)預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力松弛(σι5)：預(yù)應(yīng)力鋼束在應(yīng)力的持續(xù)作用下產(chǎn)生松弛，導致預(yù)應(yīng)力的損失。

(6)混凝土的收縮和徐變(σι6)：因混凝土的收縮和徐變引起預(yù)應(yīng)力鋼束的收縮，而導致預(yù)應(yīng)力的損失。

2.2 理論預(yù)應(yīng)力損失計算

基于對錨下預(yù)應(yīng)力損失主要成因的剖析，通過計算得到各影響因素的理論預(yù)應(yīng)力損失，結(jié)果表1。根據(jù)計算結(jié)果，理論預(yù)應(yīng)力損失累計達205.60 MPa，損失較大，應(yīng)進行針對性的控制；其中孔道摩擦損失在各影響因素中損失最大，應(yīng)重點加以控制。

表1 理論預(yù)應(yīng)力損失計算表

3 錨下有效預(yù)應(yīng)力損失控制措施的研究

根據(jù)錨下預(yù)應(yīng)力損失的影響因素分析和各影響因素理論預(yù)應(yīng)力損失的計算得出，預(yù)制T梁的錨下預(yù)應(yīng)力損失主要因孔道摩擦損失、錨固損失、彈性壓縮損失、應(yīng)力松弛損失和收縮徐變損失等五項造成，孔道摩擦損失在以上五項因素中損失又為最大。為有效控制以上五項損失因素的影響，現(xiàn)對錨下有效預(yù)應(yīng)力損失的控制措施研究如下。

3.1 孔道摩擦損失的控制措施

(1)預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)壁光滑、管壁牢固，內(nèi)外面應(yīng)無銹蝕、油污、附著物、孔洞和不規(guī)則的褶皺，咬口無開裂和脫扣；管道無變形、卷曲、滲漏，應(yīng)通過灌水試驗，并有良好的耐磨性、良好的彎曲性能、足夠的強度和剛度。

(2)采用定位胎架嚴格控制孔道安裝精度，保證波紋管安裝線型的順適，減少波紋管扭曲帶來的摩擦阻力。

(3)為避免管道漏漿造成摩擦阻力的增大，采用塑料膠套熱熔對波紋管進行連接，確保接頭處連接牢固；增長波紋管定位鋼筋，使其在安裝定位時焊點遠離波紋管，避免管道燒傷出現(xiàn)孔洞導致漏漿。

(4)為杜絕水和雜物進入管道，波紋管管口進行密封保護，確?？椎赖臅惩ê颓鍧?，避免增大摩擦阻力。

(5)預(yù)應(yīng)力鋼束按錨孔順序編號、編束，為避免相互纏繞，每隔1 m左右進行綁扎，確保綁扎牢固、鋼束順直，并采用穿束機牽引穿束。

3.2 錨具變形損失的控制措施

(1)錨具應(yīng)具有足夠的承載力、相應(yīng)的傳力性能，并需通過硬度檢驗，方可使用。

(2)為防止預(yù)應(yīng)力鋼束的回縮造成預(yù)應(yīng)力的損失，夾具應(yīng)通過靜載錨固性能試驗，確保其具有良好的自錨性能。

3.3 混凝土彈性壓縮損失的控制措施

(1)為有效解決彈性壓縮損失，預(yù)應(yīng)力鋼束在張拉時預(yù)制T梁強度需達到設(shè)計強度的80%以上，彈性模量應(yīng)達到28 d彈性模量的80%以上。

(2)張拉端設(shè)置錨墊板和螺旋鋼筋，有效抵抗張拉時預(yù)應(yīng)力的施加影響，并能將其傳遞和擴散，以減少梁端處混凝土的彈性壓縮變形。

3.4 應(yīng)力松弛損失的控制措施

(1)選用符合國家標準的低松弛鋼絞線，且鋼絞線表面不得有銹蝕凹坑和油、潤滑脂等，確保有效控制預(yù)應(yīng)力鋼束松弛損失。

(2)采用具備數(shù)據(jù)管理和聯(lián)網(wǎng)功能的智能化張拉和壓漿設(shè)備，可進行數(shù)據(jù)本地和網(wǎng)絡(luò)的接收、存儲、查詢、導出，能實時進行監(jiān)控、報警，確保張拉和壓漿過程中的質(zhì)量監(jiān)控。

(3)鑒于預(yù)應(yīng)力鋼束的應(yīng)力松弛在初期發(fā)展快速、后期緩慢漸趨穩(wěn)定，在張拉時通過增加持荷時間，以抵消預(yù)應(yīng)力鋼束在初期的應(yīng)力松弛。

(4)為消除非彈性變形，應(yīng)合理確定初應(yīng)力。經(jīng)試驗，40 m預(yù)制T梁初應(yīng)力宜采用20%σcon。

(5)為避免預(yù)應(yīng)力的損失，張拉時按1.05σcon超張拉進行控制，且確保48 h內(nèi)完成壓漿。

3.5 混凝土收縮徐變損失的控制措施

(1)為有效控制彈性壓縮損失，應(yīng)提高混凝土的彈性模量，選用質(zhì)地均勻、彈性模量高的粗骨料；合理配制混凝土的施工配合比，減低混凝土的水灰比；制定可靠的養(yǎng)護措施，確?；炷恋酿B(yǎng)護效果。

4 錨下有效預(yù)應(yīng)力的檢測比對

經(jīng)過錨下有效預(yù)應(yīng)力損失措施的控制后，隨機抽取5片預(yù)制T梁采用復張法進行錨下有效預(yù)應(yīng)力無損檢測。通過對應(yīng)力-位移曲線拐點確定錨下應(yīng)力點，通過觀察曲線斜率變化監(jiān)控整個檢測過程，對被檢測預(yù)應(yīng)力體系可達到不破損的效果。

根據(jù)檢測結(jié)果可知，整束最大偏差為2#T梁N3的-3.13%，滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50-2011)7.12.2第3點：“預(yù)應(yīng)力筋在錨下的有效預(yù)應(yīng)力應(yīng)符合設(shè)計張拉控制應(yīng)力，兩者的相對偏差不超過±5%”的之規(guī)定。但同時也發(fā)現(xiàn)2#T梁N3單束最大偏差為-10.20%，遠超偏差。

5 結(jié) 語

預(yù)制T梁預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)難度大、施工工序多，錨下有效預(yù)應(yīng)力受材料、機具設(shè)備以及施工工藝等諸多因素影響，施工中需要有嚴格規(guī)范的操作方法和高效可靠的全過程控制措施。通過對影響錨下預(yù)應(yīng)力損失的因素分析和錨下有效預(yù)應(yīng)力損失控制措施的研究，表明有效的措施可顯著減少錨下預(yù)應(yīng)力的損失，但也發(fā)現(xiàn)有仍個別預(yù)應(yīng)力鋼束的單束偏差值過大，還需在預(yù)制T梁的實施中進一步研究錨下預(yù)應(yīng)力損失的控制措施。