大跨現(xiàn)澆梁預應力控制技術研究

中國鐵路設計集團有限公司，天津 300011

1 概述

目前，張拉力控制和張拉伸長量控制被作為預應力混凝土構(gòu)件張拉力效果的主要控制因素。《鐵路橋涵設計規(guī)范》（TB 10002—2017）規(guī)定，預應力混凝土梁設計時應考慮6項預應力損失，其中最主要的一項為預應力筋與管道間的摩擦損失。對于一般簡支箱梁，管道摩阻導致的預應力損失比例可達15.6%，該部分約占全部預應力損失的25.8%；對于曲線大跨度連續(xù)梁，管道摩阻導致通長束的預應力損失比例為50%～56%。

2 影響現(xiàn)澆梁預應力的主要因素

在進行預應力混凝土梁設計時，極其重要的一點就是合理地計算預應力損失。對預應力損失計算過高，會導致梁端混凝土局部破壞或梁體預拉區(qū)開裂，且延性降低；對預應力損失計算過低，就不能有效地提高預應力混凝土梁的抗裂度和剛度。為保證運營階段列車行駛的平穩(wěn)性和安全性，應消除因預應力計算不準確而對梁體產(chǎn)生的影響。在施工階段，應嚴格控制預應力束張拉力，嚴格控制預應力管道的定位和成孔工藝，這是施工階段控制張拉力的關鍵所在。終張拉前進行預應力管道摩阻測試，根據(jù)μ、k實測值來調(diào)整實際的張拉力，以保證現(xiàn)澆梁預應力施加準確，繼而保證梁體本身施工質(zhì)量滿足設計要求。

3 蒙華鐵路現(xiàn)澆梁預應力控制措施

3.1 摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k

《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（TB 10092—2017）中的預應力管道摩阻損失計算公式如下：

式中：θ為從張拉端至計算截面的長度上鋼束彎起角之和；x為從張拉端至計算截面的管道長度。

當取全部管道長度進行管道摩阻測試時，由式（1）可以得出，被動端的張拉力P2與主動端的張拉力P1之間的關系如下：

式中：θ為從主動端至被動端預應力管道全長的曲線空間包角和；l為主動端至被動端預應力管道的全長。試驗時，通過主、被動端安裝的空心式壓力傳感器可以測得P1和P2。通過對梁體n個不同預應力管道的測試，理論上可以得到一系列的方程式，如下：

由于實際測試均存在誤差，式（6）的右邊不會為零，因此假設：

3.2 第三方摩阻試驗

施工單位委托有資質(zhì)的第三方檢測單位對預應力混凝土連續(xù)梁在混凝土澆筑完成后、預應力張拉前進行預應力孔道摩阻力的測定，主要測定預應力鋼絞線與孔道摩擦系數(shù)μ和孔道偏差系數(shù)，以及錨口、喇叭口摩阻和錨具的回縮量。由施工單位向第三方檢測單位提供預應力鋼絞線參數(shù)、成孔方式、錨具型號等原材料相關參數(shù)，第三方檢測單位需嚴格按照《鐵路后張法預應力混凝土梁摩阻測試方法》（Q/CR 566—2017）的要求對預應力孔道摩阻力等進行測定。針對第三方摩阻試驗結(jié)果，建設單位召集施工單位、設計單位、監(jiān)理單位及第三方檢測單位對試驗結(jié)果進行確認，并形成文件性依據(jù)，由施工單位提交各方確認后的檢測結(jié)果給設計單位，作為設計單位校核驗證錨下張拉控制應力的依據(jù)。

3.3 設計單位調(diào)整張拉力

每個施工標段至少做一組預應力孔道摩阻力試驗，應對本標段各種梁型和鋼束進行梳理，選取代表性鋼束進行試驗，將試驗結(jié)果作為本標段內(nèi)預應力施工的參照依據(jù)，若施工過程中更換未經(jīng)過試驗的管道、錨具類型，需進行補充試驗。試驗要求具體如下：

（1）管道摩阻試驗、管道偏差系數(shù)試驗、錨口及喇叭口損失試驗需要分別進行直線段預應力張拉相關參數(shù)和曲線段預應力張拉相關參數(shù)的測試。

（2）試驗構(gòu)件的成孔方式及錨具、錨墊板等需與設計一致，建議選取至少2套以上不同規(guī)格的錨具進行測試，每套錨具張拉3次。

（3）設計單位根據(jù)施工單位提供各方確認后的預應力孔道摩阻力檢測結(jié)果，當現(xiàn)場試驗損失值與理論計算值不符時，應立即通知設計單位重新計算，然后確定是否調(diào)整張拉力。

通過以下兩個示例具體說明。

示例1：在蒙華鐵路某特大橋(48+80+48)m預應力混凝土連續(xù)梁0#塊完成澆筑后、預應力張拉之前由第三方檢測單位進行預應力孔道摩阻力試驗，試驗結(jié)果為對于μ值，實測值為0.27，設計值為0.26；對于k值，實測值為0.0025，設計值為0.003。

根據(jù)實測μ、k值，重新檢算原結(jié)構(gòu)，該(48+80+48)m連續(xù)梁安全系數(shù)及各階段應力均滿足設計規(guī)范要求，錨下控制應力維持原設計不變。鋼束伸長值需根據(jù)實測數(shù)值重新計算。根據(jù)錨口摩阻損失和喇叭口按試驗報告取值，重新計算錨外控制應力及錨外張拉力。

示例2：蒙華鐵路某特大橋(40+64+40)m預應力混凝土道岔連續(xù)梁的現(xiàn)場預應力鋼束摩阻試驗結(jié)果為，對于μ值，實測值為0.2706，設計值為0.26；對于k值，實測值為0.000369，設計值為0.003。

經(jīng)重新檢算原結(jié)構(gòu)，為保證連續(xù)梁結(jié)構(gòu)計算結(jié)果滿足規(guī)范要求，對部分預應力鋼束的設計參數(shù)和梁體撓度表進行調(diào)整，調(diào)整跨中縱向預應力鋼束B7、B8、B9、B10、B11的錨下張拉控制應力，并相應調(diào)整其鋼束伸長量，如表1所示。

表1 張拉力、伸長量調(diào)整前后對比

4 結(jié)束語

在蒙華項目大跨現(xiàn)澆梁預應力控制過程中，通過引入第三方檢測單位對各個標段具有代表性的大跨連續(xù)梁預應力孔道的摩阻系數(shù)μ及變形系數(shù)k進行了試驗測定。在各方對試驗結(jié)果進行確認后，設計單位根據(jù)試驗結(jié)果對原大跨結(jié)構(gòu)進行重新檢算以確定是否需要調(diào)整張拉力的過程真正做到了項目建設各方均全程介入預應力控制，實現(xiàn)了對關鍵節(jié)點的關鍵技術進行有效的過程控制，從而把可能產(chǎn)生的風險發(fā)生概率降到最低，對現(xiàn)場施工具有極其重要的指導意義，也對國內(nèi)其他在建鐵路起到了很好的示范作用。