后張梁預應力損失的研究

孫金更

(1．中國鐵道科學研究院標準計量研究所，北京100081;2．國家鐵路產品質量監督檢驗中心，北京100081)

后張梁預應力損失的研究

孫金更1，2

(1．中國鐵道科學研究院標準計量研究所，北京100081;2．國家鐵路產品質量監督檢驗中心，北京100081)

系統地總結作者從事預制后張法預應力混凝土鐵路橋簡支梁10余年的生產經驗，歸納20余年來橋梁生產許可證審查發現的后張梁預應力損失問題，從16個方面剖析了預應力混凝土后張梁生產過程中常見預應力損失產生的根源及其危害。本文內容涵蓋了設計規范、橋梁標準、工藝技術、生產許可證細則等對后張梁的預應力要求，歸納提煉出預制后張梁生產的核心技術——預應力張拉技術要訣及預應力損失的控制措施，對確保后張梁質量有指導意義。

鐵路 橋梁 后張梁 預應力 損失

中國鐵路新線建設中大量采用預制后張法預應力混凝土簡支梁，而高速鐵路正線均為后張箱梁，占線路全長約80%。后張箱梁預應力的正確建立與損失控制能力是高鐵安全運營的重要保證。橋梁的抗裂性能主要是依靠實存有效預應力，而實存有效預應力是由建立的預應力減掉預應力損失而得，“建立”只要按設計圖紙、產品標準生產即可，而“損失”在實際生產中不僅僅局限于設計規范考慮的6項。

預應力是預應力混凝土鐵路橋簡支梁抗裂的第一要素和基本保障。橋梁生產的關鍵技術是預應力損失控制。本文結合《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》(TB 10002.3—2005)對預應力損失的6項規定，將目前各預制梁場在生產現場出現的各種預應力損失的主要問題歸納為16個方面。

1 管道摩阻

1.1 力筋與管道之間的摩阻(管道摩阻)引起的應力損失σL1

①σL1含力筋起彎端管道摩擦和管道位置偏移兩部分;②膠管成孔時設計取管道摩擦系數μ=0.55，設計位置偏差系數k=0.001 5;③兩端同時張拉時，簡化計算張拉端至計算截面的管道長度x≈L/2，L為預應力鋼筋的有效長度。

1.2 預埋膠管不平順

膠管不平順將直接造成預應力損失，是靜載試驗時梁體開裂的一大原因。現存主要問題:①定位網片缺乏焊接工裝及驗收大樣，制作不合格;②定位網片安裝不到位，致使某個截面所有膠管整體上凸;③膠管綁扎定位不準確。因制作、安裝不規范，上下、左右定位不準而偏離設計位置，造成膠管不平順，實際生產時的管道摩阻超出《管道摩阻測試報告》中的數據范圍，可能導致管道摩阻加大，減小實存有效預應力。故應制定平順合格標準，檢驗不合格須返工;嚴格把控定位網片的制作、安裝、簽驗。

1.3 管道摩阻超出測試值及調整范圍

2014年15個制梁場的管道摩阻實測值匯總如表1。可見:k比設計值增大－53%～+273.3%，μ比設計值增大－48.1%～+14.5%。各系統、各工程局、各制梁場管道摩阻控制水平相差懸殊。

如生產初期上調預應力張拉力，后期管道逐漸趨于平順，則摩阻減小、實存有效預應力加大，對于無砟軌道箱梁上拱度、高鐵運營平順性危害極大。武廣線高速鐵路橋梁生產時嚴格控制管道摩阻，管道摩阻測試超出限值的須重新測試，嚴禁上調張拉力。反之，摩阻比測試值增大，并超出設計值，則加大預應力損失，危及梁體抗裂性。

1.4 測試狀態與實際生產不一致

①管道摩阻測試梁為精心特制，則所測試的管道摩阻小于實際生產的梁，獲證批量生產后再無人檢查把控。造成的后果是成品梁的管道摩阻損失偏大，實存有效預應力偏小，對梁體抗裂性不利。②疏于定位網片的制作、安裝檢查、驗收，管道彎曲且偏離設計位置，造成實際測試的管道摩阻大于設計規范限值，且經設計單位上調張拉力。而后期生產管道不斷趨于平順，則實際超張拉造成梁體上拱度超標，列車運行不平順，尤其是高鐵無砟軌道梁受到的影響更大。③較普遍存有未執行橋梁標準規定的每100榀梁重新測試一次管道摩阻。在獲取生產許可證之后就不再測試管道摩阻，測試狀態與實際生產不一致。可能出現欠張拉或超張拉，導致梁體開裂或上拱度超標。

1.5 振搗棒捅彎膠管

①混凝土澆筑時，振搗棒上未作插棒深度標記線，致使振搗棒捅彎膠管，導致管道摩阻加大，嚴重者抽拔膠管時拔斷膠管，壓漿時腹板處噴漿。②除了使用定位網片及在膠管中穿入鋼絞線或鋼筋以加強剛度的現行技術措施外，建議對頂層膠管附加由兩根高強鋼絲組成的軌道筋，既可以加強膠管剛度，防止膠管被捅彎，又能夠提高平順度。③標注振搗棒深度警戒線，用紅、黃、藍標明不同的澆筑區段。應在模板不同區段標注同樣三色并與振搗棒上的顏色相對應;在澆筑前，插棒到達膠管頂面再上抬50 mm為深度警戒線。箱梁振搗以插棒為主，嚴控插入深度，防止捅彎預埋膠管。④頂層膠管附加軌道筋加強，與定位網片相結合，與深度警戒線形成雙控，確保管道準確平順。

表1 2014年15個制梁場的管道摩阻實測值匯總

2 鋼絞線回縮、錨具刮牙

2.1 力筋回縮、錨具變形、錨墊板壓實引起的應力損失σL2

①夾片錨鋼筋回縮量設計值ΔL=6 mm;②當計算錨具變形、鋼絞線回縮引起的應力損失時，可考慮與張拉鋼絞線時管道摩擦方向相反的摩阻作用。跨中截面可按端部錨具變形、力筋回縮量的1/2計算;③預應力筋回縮時的反向摩阻計算，摩擦系數、偏離系數可按正向摩阻計算取值。

2.2 張拉限位擋板槽深與線徑不匹配

①審查管道摩阻測試報告發現鋼絞線(夾片)回縮量超標達7～8 mm。在生產現場發現鋼絞線的鋼絲上常被刮出刨花。②因鋼絞線線徑測量不準確(缺少數顯游標卡尺或測量方法錯誤)，導致所選用的張拉限位擋板規格不正確。若限位擋板槽深偏小，則張拉時刮牙(嚴重者刮出刨花)，直接造成錨下預應力嚴重損失，而錨外張拉力的油表卻顯現不出來;若限位擋板槽深偏大，則張拉錨固時空放行程超過6 mm，直接造成預應力損失。③錨具生產廠家的角度設計或制造有問題，圓錐孔與夾片的角度不匹配，或槽深允計差值(±0.05 mm)超差，不能真正實現鋼絞線線徑每增加0.1 mm則槽深增加0.4 mm。這是刮牙或空放的原因之一。④制梁場應按照錨具生產廠家提供的《線徑與槽深、喇叭口與管徑、回縮量與外露量的對照表》嚴格進行槽深、線徑進場檢驗驗證，并根據本批鋼絞線直徑配套發放對應的張拉限位擋板。槽深必須與本批實測鋼絞線直徑相對應。

3 溫差應力損失

3.1 由于溫差應力引起的預應力損失σL3

①對于后張梁而言，當冬期施工混凝土壓漿后蒸汽養護時，梁體混凝土與預應力筋存在著較小的溫差，又由于鋼筋的線膨脹系數為1.2×10-5/℃，與混凝土平均線膨脹系數1.25×10-5/℃(混凝土線膨脹系數為(1.0～1.5)×10-5/℃)非常接近，故后張梁施工中此項溫差損失忽略不計。②對于先張梁而言，張拉后澆筑梁體混凝土再進行蒸汽養護，則溫差應力不可忽視。如對長線法或超長線法臺座，早上張拉時環境溫度5℃，中午澆筑時25℃，溫差20℃，σL3=2×(25-5)=40 MPa。若采用蒸汽養護則混凝土由于自身水化熱其內部溫度可達60～65℃，溫差應力引起的預應力損失σL3=2×(65-5)=120 MPa。

3.2 溫差應力分為2種類型

①力筋與混凝土之間的溫差將直接造成預應力筋應力損失。這適用于先張梁，本文不予論述。②混凝土外表與內部的溫差將造成混凝土內外應力不均勻，致使內部或外表層拉裂。這適用于大體積混凝土、蒸汽養護混凝土。

3.3 由于混凝土早期開裂而導致靜載試驗時開裂

TB 10002.3—2005規定:對于不允許出現拉應力的預應力混凝土結構，按彈性階段檢算截面抗裂性，但在運營階段正截面抗裂檢算中，應計入混凝土受拉塑性變形的影響。Kf≤λ+γfct/σ表明抗裂安全系數Kf與預應力度λ、混凝土塑性系數γ、混凝土抗拉極限強度fct有關。

當混凝土內外溫差超過15℃時其內部溫差應力將使混凝土早期外表或內部開裂而喪失了混凝土抗拉強度(fct=0)，靜載試驗在1.00級荷載時，預應力筋基本消壓(λ=1)，梁體將會早期開裂(Kf=λ)。

3.3.1 溫差超限是混凝土早期開裂的根源

依規定:①混凝土芯部與箱梁外表面溫差不得超過15℃;②混凝土芯部與箱梁內表面溫差不得超過15℃;③箱梁外表面與氣候環境溫差不得超過15℃;④箱梁內表面與箱內環境溫差不得超過15℃。在上述4項溫差之中，蒸養拆模最容易造成箱梁外表面與氣候環境溫差超過15℃，水化熱造成芯部與箱梁外表面溫差超過15℃次之。嚴格控制“4種溫差”不超過15℃極為重要。

當采用蒸汽養護時，降溫后箱內溫度遠高于箱外溫度，箱內溫度因不流動而遲遲降不下來，易造成腹板內側熱、外側涼。

3.3.2 溫差應力裂縫或裂紋的表征

1)裂縫可見。裂縫寬度通常在0.05～0.10 mm;張拉后裂縫閉合。

2)裂紋通常不可見。裂縫寬度通常在0.01～0.05 mm，不使用足夠倍率的放大鏡認真觀測很難發現。張拉后裂紋完全閉合。

3)潛在裂紋不能被發現，但是混凝土抗拉強度已基本失去。

3.3.3 溫差應力導致混凝土開裂的后果

橋梁設計規范規定Kf≤λ+γfct/σ=σc/σ+(2× W0/S0)(fct/σ)。其中，換算截面重心軸以下的面積對重心軸的面積矩S0和對所檢算的拉應力邊緣的換算截面抵抗矩W0由設計截面確定，計算荷截在截面受拉邊緣混凝土中產生的正應力σ和扣除相應階段預應力損失后混凝土的預壓應力σc由張拉情況決定，fct不僅是由設計強度等級及施工企業配合比、澆筑質量決定，更重要的是由混凝土養護決定。

全預應力梁在試驗荷載1.00級時，預應力基本消壓，而在1.00級荷載之后的抗裂性依賴于混凝土的抗拉強度。當混凝土早期已經被溫差內應力拉裂而喪失了抗拉強度，則Kf=λ=1.065(具不完全統計現行設計圖紙上的均值)，必將在消壓后靜載試驗時引起梁體開裂。故剛過1.00級荷載即開裂的梁多數是由于蒸養拆模時梁體表面與環境、芯部與表面溫差超標及未執行降溫速度(10℃/h)與芯表溫差(15℃)雙控所致，根源在于降溫時間短且未實行跟蹤養護，急于趕工期。這一關鍵點至今尚未引起橋梁界的高度重視。

自2011年至今發證檢驗的統計結果為:箱梁(Kf約為1.42)靜載試驗的開裂數量(19榀)大于T梁(Kf約為1.25，14榀)。由此可見，相對于T梁而言，箱梁屬于薄壁結構且大體積混凝土的水化熱更強，對溫差應力更加敏感，這是箱梁開裂多于T梁的一個主要原因。

4 混凝土彈性壓縮

對混凝土彈性壓縮引起的預應力損失σL4，應根據計算和試驗結果修正張拉力。根據不同梁型的試驗結果，對先行張拉的鋼絞線束，張拉力略超，計為正偏差，并依次減小正偏差量，以克服后張拉的鋼絞線對先張拉的混凝土連帶壓縮造成的預應力損失。如:第1束張拉完，其錨下混凝土壓應力為σc1，其后張拉第2，3，4束…，則第1束錨下的混凝土壓應力增加為σc1+ Δσc2+Δσc3+Δσc4+…，梁體不斷變短，導致第1束鋼絞線的應力損失。多年統計數據表明，一般32 m T梁張拉縱向壓縮量約為32 mm(預留壓縮量主體部分)，約占梁長的0.1%。

5 力筋應力松弛

對預應力筋應力松弛引起的應力損失σL5的確定，須注意松弛率試驗。橋梁標準規定應使用低松弛鋼絞線，在選定購貨廠家時，需做一次100 h松弛率試驗，推算1 000 h合格后方可使用;通常在70%的初始荷載下的松弛率≤2.5%。若100 h松弛率試驗推算不合格，應改做1 000 h試驗。

6 混凝土收縮、徐變

6.1 混凝土收縮、徐變引起的應力損失σL6

力筋應力松弛引起的應力損失σL5和混凝土收縮、徐變引起的應力損失σL6由設計給定(體現在設計圖紙中)。σL5和σL6的中間值與終極值的比值見表2，生產企業應根據建立預應力后的時間按表2內插確定其中間值。

表2 σL5和σL6中間值與終極值的比值

6.2 收縮徐變對上拱度、跨度的影響

1)若張拉后半年甚至一年而不能如期架設橋梁，即不能鋪設二期恒載，且制梁場在存梁臺座上的兩端懸臂狀態下未在跨中橋面板上按二期恒載折算的重力加設重物如水箱、鋼筋等，則收縮徐變不但造成梁體預應力損失，而且會使梁體上拱度加大甚至超標，跨度減小甚至超標。

2)收縮、徐變對上拱度會造成影響。上拱度對跨度的影響舉例說明如下:

包頭制梁場約200片T梁制造完成后存放近2年而未能架設，放在存梁臺座上而未加設二期恒載導致徐變上拱度約150 mm，跨度減少50 mm。梁上拱如圖1所示，梁全長與上拱度的關系按拋物線長度公式計算，梁全長L=l+(8×h2)/(3l)。其中:l為拋物線的水平投影長度(梁內縮后的全長)，h為拋物線的矢高(梁上拱度)。當已知梁體上拱度、梁長時，其投影長度l計算式為

圖1 梁上拱示意

6.3 減小混凝土收縮

混凝土配合比在保證生產周期(不利溫度下箱梁10 d、T梁14 d終張拉)的前提下應盡量減少水泥用量，選用高性能聚羧酸減水劑，減水率不應小于35%，減小水灰比以減小混凝土收縮造成的應力損失。

6.4 控制混凝土徐變

高速低應力是指高鐵箱梁應采用較低應力狀態以防止無砟軌道箱梁徐變上拱度過大。高速鐵路無砟軌道箱梁一般預應力可按σcon=0.70fpk估計，fpk為預應力鋼絞線抗拉強度標準值，對T梁按σcon=0.785fpk估計。這樣可減小后期徐變上拱度對線路平順的影響及預應力損失。

7 錨板與鋼絞線不同心

7.1 喇叭口進漿，鋼絞線與錨具不同心

因采用了買膠管配送的橡膠護套，而未根據實用膠管外徑和喇叭口內徑予以特別設計、制作同心橡膠護套，且安裝不到位，致使錨墊板喇叭口進漿，管道中心因進漿偏心(約15～25 mm)，而錨板的中心已經被錨墊板上的限位槽口(約2 mm)限定，則必然造成鋼絞線與錨具不同心，產生折角(在約50 mm范圍內上抬25 mm)，致使錨口、喇叭口摩阻劇增，直接造成預應力損失。

7.2 同心護套的制作與安裝

1)同心護套制作。買膠管配送的橡膠護套通常不能使用，因膠管制作廠家不知道制梁場所購錨墊板的喇叭口內徑。制梁場應在購買膠管時根據預購膠管外徑、錨墊板的喇叭口內徑及喇叭口長度特別設計同心護套圖紙，交由膠管廠制作。

2)同心護套安裝。①常見問題:護套安裝不到位，只安進去1/3～1/2，漿體進入喇叭口，流淌堆積在端模上，造成管道偏心。②正確安裝:應使同心護套的尾部凸臺(俗稱“豬鼻子”)頂到模板上，這時護套最前端應比喇叭口的小口長出大約10 mm。其目的是使膠管與喇叭口之間的空隙，讓橡膠護套全部占領，不給灰漿留有余地。

3)同心護套標志。生產現場常發生因φ70，φ80，φ90三種護套工人難以區分而出現護套不配套、隨意混用的情況。為此，有必要對三種規格的護套用標志加以區分，即在同心護套尾部端面涂刷油漆:φ70用紅色、φ80用黃色、φ90用藍色。相同顏色即相同規格，按“副”使用。

7.3 同心護套的作用

特別設計、制作同心護套并配對安裝到位，不僅是為了堵漏漿，外觀密實、好看，其主要作用是防止喇叭口進漿，確保錨具與鋼絞線同心，避免因折角產生錨口、喇叭口摩阻進而造成預應力損失。

8 張拉千斤頂與鋼絞線不同心

模板進場必須嚴格檢驗錨穴端面水平角、豎直角。這不是產品外形尺寸問題，而是錨板垂直于鋼絞線的基本要求。否則鋼絞線與張拉千斤頂將在錨墊板圓臺頂面處產生折角，折角處摩阻直接造成預應力損失。

出現問題的原因是模板制造企業對錨穴角度的重要性認識不足，且工裝胎卡具不到位，使得錨穴角度偏差超標。在端模進場檢驗錨穴角度時，缺少專用胎卡具，使用常規的萬能角度尺、直角尺、鋼直尺等測量。錨穴豎直角、水平角制造不準確，測量工具不科學而無法判定合格與否。若錨墊板端面(即錨板平面)不垂直于鋼絞線，會導致鋼絞線與張拉千斤頂不同心，造成張拉千斤頂與鋼絞線產生折角，因折角摩阻致使預應力損失嚴重。

針對現有角度檢測工具不能滿足錨穴水平角、豎直角的檢測要求，作者與中水八局專門研制了錨穴角度測試儀(圖2)，有效地解決了這一難題。

圖2 新型錨穴角度檢測儀

9 端模孔位不準確

9.1 端模板管道中心位置偏差

端模板管道中心位置加工不準確，管道中心偏離設計位置大者約5～10 mm，且進場驗收把關不嚴導致預應力管道中心上抬。因改變了合力中心，即使張拉力準確，但因其作用點偏向中性軸，梁體抗彎截面矩也會劇減。

9.2 端模板安裝高度偏差

端模板的安裝缺少基準標高測控(國外采用固定測量臺)，安裝位置偏高(尤其是T梁采用側包底立模法安裝)，使得預應力筋合力重心上移，抗彎截面矩減小，降低了梁體抗裂安全系數。

10 兩端張拉不同步

主要問題:①張拉時梁體兩端未每1 MPa一呼一應(油表即時讀數)，而是每5 MPa一等齊，或各行其是，快慢相差懸殊，相當于依次單端張拉，加大了管道摩阻。尤其是對起彎管道，測試與計算折合到跨中的管道摩阻(兩端同時張拉時，簡化計算張拉端至計算截面的管道長度x≈L/2)，若兩端依次張拉則加大了管道摩阻，造成預應力損失。②4臺油泵缺乏統一號令，造成兩端不同步率超出規定。③4臺油泵非同型號、同規格的，泵量不同，難以同步。

解決措施:①箱梁4個油泵集中在梁體同一側的兩端，合4為2，同端司泵并肩互視油表，由張拉主管工程師統一號令，從20%σcon起，指揮端與其對面每1 MPa呼應一次，主司泵緩緩穩步、勻速上升，中間不停，一直至終極。②以油壓表讀數為主、以鋼絞線的伸長量作校核。若伸長量超標須使用整體退錨套筒退錨，查明原因后重新張拉。③嚴格按圖紙要求順序對稱張拉，尤其是箱梁兩側對應孔道須同時張拉。

11 同榀梁使用兩批鋼絞線

11.1 將不同級彈性模量的鋼絞線穿入同一孔道

當同一束鋼絞線內鋼筋彈性模量差別較大(超過3 GPa)，不同彈性模量的鋼絞線同時張拉時，伸長量相同，但每根鋼絞線應力不同。問題根源是未逐捆檢驗彈性模量，或未按檢驗數據每3 GPa分級標識、使用。小型鋼絞線廠的同批鋼絞線未必是同批母材生產的，可能鋼筋彈性模量差異很大。

11.2 同束鋼絞線彈性模量差超限

1)同束鋼絞線彈性模量差限值為3 GPa。現場審核曾發現一批鋼絞線抽3根試驗，彈性模量差竟然高達17 GPa。若穿入同束，張拉伸長量相同，應力差過大。應力與彈性模量成正比、與伸長率成正比。反之，在應力不變的條件下，伸長率與彈性模量成反比。舉例說明:12根一束，其中有11根彈性模量為185 GPa，1根為205 GPa(均符合彈性模量(195±10)GPa的要求)，相差20 GPa(約占10%)，則張拉應力約差10%。彈性模量205 GPa的鋼絞線應力可能會超過限值σcon=0.80×1 860=1 488 MPa，甚至超過屈服強度σs= 1 636 MPa。由此可見，同束鋼絞線彈性模量差嚴重超限，不僅可能造成鋼絞線應力超限，而且伸長率也將遠遠超限(±6%)。

2)鋼絞線彈性模量差控制。①選擇正規生產廠家采購鋼絞線，質量穩定合格才可用;②GB/T 5224—2014第7.2.5條“鋼絞線彈性模量為(195±10)GPa，可不作為交貨條件。當需方要求時，應滿足該范圍值。”鐵路橋梁標準擬將彈性模量改為(195±5)GPa從而降低允許差值;③同批鋼絞線進場驗收時，執行橋梁許可證的規定:“各捆鋼絞線彈性模量相差不得超過5 GPa”;④下料制束時，嚴格執行橋梁許可證的規定:“同束鋼絞線彈性模量差不得超過3 GPa”;⑤進場檢驗后按彈性模量試驗值分級使用;⑥對不夠組成一束的(同束彈性模量差≤3 GPa)鋼絞線，單獨標識、存放，等待下批湊成一束。

11.3不同級線徑使用同一限位擋板

當同一束鋼絞線線徑差別較大(超過0.1 mm)，不同鋼絞線線徑卻使用同一規格(槽深)的張拉限位擋板，必然刮絲或空放，導致預應力損失。

問題根源:①鋼絞線線徑測量方法錯誤，未轉動游標卡尺找最大值(直徑);②缺少測量鋼絞線直徑用的數顯游標卡尺;③未將線徑檢測數據按每0.1 mm一級分級作標志;④未按檢測線徑選用、配發與其對應槽深的張拉限位擋板。線徑分級方法是按限位擋板的7種規格所適用范圍將鋼絞線線徑分成7個等級。

11.4 批接口三對應

在生產中經常會發生第1批進場的鋼絞線所剩下的不夠一榀梁的用量，需要摻入第2批進場的鋼絞線，兩批鋼絞線使用在同一榀梁中，而這兩批鋼絞線的直徑、彈性模量不盡相同。

1)因為兩批鋼絞線線徑不同，需要選用不同槽深的張拉限位擋板。若槽深與線徑不對應，會出現刮牙或空放，直接造成預應力損失。

2)因為兩批鋼絞線彈性模量不同，即使相同編號的N1與N1'，其理論伸長量計算值也不盡相同。尤其是兩批鋼絞線彈性模量相差較大且又穿入同束中的情況更加有害。即不同彈性模量的鋼絞線穿入同一孔道，張拉時伸長量相同，但應力相差甚大，雖然本束應力總和達到設計規定值，但是實際伸長率卻根本不可能與計算伸長率一致。

3)預應力鋼絞線批接口應“三對應”，即:①所選用的張拉限位擋板槽深與線徑對應;②鋼絞線理論計算伸長量與試驗彈性模量對應;③剩余鋼絞線實際穿入的管道與技術上指定的管道對應。

多年來，批接口“三對應”一直未引起橋梁界的重視，它是造成預應力損失的重要原因。同束各根鋼絞線應力相差過大，可能導致某根拉到甚至超過屈服強度，發生“多米諾”式的破壞。

預應力張拉以應力控制為主、伸長量作為校核。但是現場總會發生應力、應變不對應的情況，即張拉力達到了而伸長量卻對不上的情形，而同束不同批，理論伸長量計算值與彈性模量不對應是其主要原因。

12 同束鋼絞線相互纏繞

12.1 嚴禁單根穿束

近期有個別生產廠家推銷及梁場使用單根穿束機，在鋼絞線推進時難免受阻“拐彎”，發生鋼絞線纏繞現象，應禁用單根穿束機。

12.2 錨具安裝孔眼不對應

常用11孔、12孔錨板因不對稱(圖3)，涂黑孔眼極易穿錯。在穿鋼絞線及安裝各對應的工作錨板、限位板、工具錨板時，圖中黑色部分孔洞的相對位置需要特別注意，必須保證各孔眼的位置一一對應。

圖3 常用11孔與12孔錨板示意

12.3 鋼絞線纏繞的危害

鋼絞線纏繞容易造成錨板孔眼不對應，即在梁體A端錨板的甲孔進、B端乙孔出，造成各根應力差并加大錨口摩阻(因鋼絞線斜向穿入錨板孔眼所致)，導致預應力損失。發生纏繞的鋼絞線凈長度與其他的不同，則張拉后在同束中各根鋼絞線應力不同，實際伸長量測量結果也會超出允許偏差(±6%)。

12.4 用梳子板防纏繞

對編好束的鋼絞線，使用梳子板過一遍，然后用扎絲每1 m捆綁一下，這是防止鋼絞線纏繞的多年傳統工藝，但是有些制梁場至今缺少梳子板。

13 后張梁的“單根初調、整束張拉”

13.1 拉直繃緊共同受力

先張梁的“單根初調、整體張拉”的張拉工藝，其目的在于先單根拉直繃緊，再整體張拉共同受力。后張梁張拉工藝也同樣存在著穿束后的各根鋼絞線拉緊程度的差別，甚至某些鋼絞線還處在松垮狀態，若在此狀態下打緊工具錨夾片，并開始張拉，勢必出現應力不均勻問題。因此，建議使用特制的帶頂緊機構的手槍式微型機械千斤頂，先進行“單根初調”5 kN繃緊，隨后用設定力頂緊工具錨夾片，避免開始張拉的瞬間滑絲，然后正式開始本束的“整體張拉”。

采用手槍式微型機械千斤頂，將拉直頂緊一體化，替代現用鋼管打緊工具錨夾片工序，因人為打緊力大小不一，打緊力偏小的在張拉開始的一瞬間有微量滑絲，造成各根鋼絞線應力不均勻。

先拉直，解決不均勻性的主量。因松垮者“不出力”，而總張拉力不變，則有可能導致某根鋼絞線受力過大，應力超限、屈服。對于起彎的預應力鋼筋管道而言，在φ90的管道中本身就有處于上邊的鋼絞線應力略大于下邊的，若下邊的在松垮狀態下張拉，則上邊的鋼絞線內應力將會更大，有可能超限甚至屈服。為此有必要實行編束梳理綁扎與單根預拉雙控。現狀是現場多不梳理且疏于綁扎，更顯出單根初調的必要性。

再頂緊，解決不均勻性的微量。統一設定頂緊力，保證均勻可靠，使鋼絞線微量滑絲后的內縮量一致，使得每根鋼絞線應力均勻。

13.2 拉直、頂緊一舉兩得

帶拉頂雙向功能的手槍式微型機械千斤頂，結構簡單，重量輕巧，操作快捷。手槍式微型千斤頂實現了后張梁的“單根初調、整束張拉”，拉直、頂緊一并完成。既可解決鋼絞線松垮造成的預應力不均勻，又可解決工具夾片打緊力不均勻滑絲造成的預應力不均勻問題。拉直同受力、頂緊防滑絲，拉直頂緊一舉兩得，可大大提高同束各根鋼絞線應力均勻度。

14 混凝土彈性模量不足

14.1 彈性模量不足壓縮變形超限

張拉前的三控——強度、彈性模量、齡期(T梁14 d，箱梁10 d)。其中混凝土彈性模量至關重要。因為彈性模量滯后于強度，只要彈性模量達到了規定要求強度也必定達到。彈性模量不足會直接造成混凝土壓縮變形過大，導致預應力損失。

在生產實踐中時常發生彈性模量儀使用方法錯誤:150 mm標距的頂針的固定螺栓孔粗牙間隙大，頂針桿晃動，造成栓、母間隙“吃掉”變形，彈性模量試驗值虛高，并以假象數據指令10 d終張拉。因混凝土彈性模量不足、壓縮變形超限而引起應力損失，而且加劇了混凝土彈性壓縮引起的應力損失σL4。

14.2 嚴格控制母巖強度確保混凝土彈性模量

彈性模量主要決定于母巖強度(≥2倍設計強度等級)。橋梁生產許可證實施細則規定:終張拉強度值=設計強度標準值+3.5 MPa。

水泥用量決定了早期強度。水泥用量宜360～380 kg/m3。T梁較箱梁略有增加。若水泥用量過低，則早期強度偏低，不能保證10 d/14 d終張拉強度，彈性模量不滿足設計要求。張拉前的三控依靠配合比保證。配合比必須保證生產期間可能發生的最不利溫度下10 d/14 d的彈性模量，以保證臺座、模板數量，生產周期滿足施組及架梁要求。因此，不但要選用適宜的配合比，而且要嚴格控制母巖強度、緊密孔隙率、含泥量等，確保混凝土彈性模量。

15 錨口、喇叭口摩阻

錨口摩阻損失是指力筋與錨板口之間的摩擦引起的應力損失。喇叭口摩阻損失是指力筋在錨墊板喇叭口處彎折摩擦引起的應力損失。錨口、喇叭口摩阻占比一般應≤6%。因各廠錨具不同，應由各制梁場根據生產現場試驗確定。

16 其他影響預應力損失的問題

16.1 鋼筋滑斷絲與割絲雙控

1)鋼筋滑斷絲與保護層厚度常見問題:①滑斷絲標記線每根鋼絞線(7絲)僅標記了最外側的1～2絲，若其余絲滑進不能被察覺。預應力筋滑斷絲合格指標為24 h后滑斷絲率≤0.5%，且不在同側、同束。②鋼絞線割絲外露長度約10～15 mm，不滿足預防滑絲外露長度30 mm的要求。③鋼絞線切割使用砂輪機沿梁端面橫掃，保護層厚度最小2～3 mm，不滿足預應力鋼筋混凝土保護層厚度≥40 mm的要求。若封錨混凝土產生新老混凝土之間收縮裂縫，造成錨具及鋼絞線銹蝕，會減少橋梁壽命，危及運營安全。

2)割絲雙控。①為預防滑絲鋼絞線割絲時外露長度應為30 mm;②預應力筋保護層厚度(鋼絞線端頭距梁端面)≥40 mm。無論何種圖紙設計不同的錨穴深度，都必須保證預應力筋端頭保護層厚度不小于35 mm。

16.2 錨具不合格

1)預應力錨固質量依賴錨具質量，若錨具質量不合格將造成預應力損失。

2)一副2片夾片使用鋼絲圈套聯屬嚴重違規。因經常發生鋼絲跳出溝槽，伸向錐孔內，其表象是夾片外露量偏大，約達到5 mm，更嚴重的是阻礙夾片跟進錨固，造成僅被卡鋼絲下的個別牙吃力，易造成夾片倒牙或刻斷鋼絞線。

3)錨墊板常見問題:①錨墊板喇叭口長度不足、角度偏差過大，承壓板面積過小。②喇叭口的小口直徑大于規定值，多數不合格。如配套φ90型膠管，直徑達105 mm(允許值95 mm);喇叭口長度不足，致使鋼絞線4°折角無法保證，且應力傳遞長度不足。③錨墊板的承壓板面積過小，造成梁端部壓應力過大，端塊應力超限。T梁梁端側面錨下沿管道縱向開裂，箱梁張拉時或張拉后錨墊板塌陷進去。

16.3 使用電焊切割鋼絞線

預應力張拉24 h后割絲，嚴禁使用電焊切割鋼絞線，以免電弧刺傷已經錨固完的預應力筋。

16.4 潛在空洞

張拉前未使用列檢錘敲擊梁體跨中區段，檢查有無潛在空洞。如某橋梁廠曾發生張拉時跨中拉斷情況，某制梁場在終張拉后吊移梁時才發現跨中區段底板約4 m長的蜂窩、空洞，直接修補后靜載試驗不合格。因此，張拉前需檢查確認跨中區段無明顯可見及潛在空洞，規避潛在空洞造成的預應力損失。

16.5同孔張拉時間差

因張拉班組數量與日產量不匹配或因張拉設備、儀表故障等原因，致使同孔4片T梁的終張拉時間差超過橋梁標準同孔梁澆筑、張拉時間差(6 d)及設計圖紙的規定(5 d)。當設計、施工、驗收規范及其他相關標準與橋梁產品標準、設計圖紙的規定相互矛盾時，應采取就近、就高、就新的原則。

17 歸納總結

17.1 實際生產中的控制預應力損失的技術要訣

1)張拉前的三控——強度、彈性模量、齡期;

2)張拉中的三控——應力、應變、(持荷)時間;

3)批接口三對應——伸長量與彈性模量，槽深與線徑，實際與指定;

4)三同心——力筋、錨具、千斤頂;

5)三個角度——鋼絞線水平角、豎直角、折角(4°角);

6)三個摩阻——管道、錨口、喇叭口;

7)三個綜合“5”——滑斷絲5‰、同孔梁5 d、彈性模量允差±5 GPa;

8)夾片三量——回縮量(6 mm/端)、外露量(一般2 mm)、錯牙量(1 mm);

9)兩同步——兩端、兩側(箱梁);

10)張拉二率——伸長率(±6%)、不同步率(5%);

11)割絲雙控——鋼絞線外露量(≥30 mm)、保護層厚度(≥40 mm);

12)兩個系數——偏離(k≤0.001 5)、摩阻(μ≤0.55)。

17.2 預應力張拉的“四項基本原則”

1)三同心——鋼絞線(預留孔道)、錨具、千斤頂三者同心;

2)兩同步——兩端(兩側)同步張拉，同時達到同一荷載值。不同步率=(大-小)/(大+小)≤5%;

3)張拉前的三控——強度、彈性模量、齡期(T梁14d/箱梁10d);

4)張拉中的三控——應力(±1%)、應變(± 6%)、時間(3 min)。控制要點:①應力。按管道摩阻實測并調整的錨外應力，考慮千斤頂校正系數造成的損失，由線性回歸方程按千斤頂面積計算出的油表讀數來控制張拉應力。②應變。兩端總伸長量之和與按進場檢驗的實際彈性模量計算的伸長量相差不大于±6%;兩端伸長量相差即不同步率=(大-小)/(大+小)≤5%。③時間。在本場調整后的σcon作用下持荷3 min，應隨時補油。

要正確理解并執行“以張拉力為主、伸長量校核”的應力、應變關系。宜采用滿足《自動張拉系統技術條件》的自動張拉設備。

17.3 預應力八大損失

1)端模孔位不準確——制作安裝超差使得孔位上抬，改變了合力中心，抗彎截面矩劇減;

2)端模錨穴角度不準確——水平角、豎直角超差使千斤頂與鋼絞線不同心，產生折角摩阻;

3)預埋膠管不平順——管道位置偏離及管道摩阻系數超出初期測試值及張拉力調整范圍;

4)喇叭口進漿不同心——鋼絞線與錨具不同心、折角產生錨口、喇叭口摩阻;

5)張拉限位擋板槽深不匹配——不同鋼絞線線徑使用同一張拉限位擋板，必刮絲或空放;

6)兩端張拉不同步——近似單端張拉，加大了管道摩阻;

7)鋼絞線彈性模量相差大——同束鋼絞線彈性模量差別較大，同時張拉則伸長量相同，應力不同;

8)鋼絞線纏繞穿錯孔眼——鋼絞線纏繞從錨板A孔進B孔出，凈長度不同，則應力不同。

18 結語

上述各項預應力損失的累積，大大減低了梁體設計抗裂安全系數，其中喇叭口進漿、錨穴角度偏差產生的折角摩阻及張拉刮牙、纏繞穿錯孔眼所造成的預應力損失不可低估。各項損失的疊加是生產許可證審查時靜載試驗開裂屢有發生的重要原因。

預應力損失控制這一橋梁生產技術核心應被予以高度重視，確保實存有效預應力在可控范圍，來滿足高鐵后張梁抗裂性要求，保障高速鐵路運營安全。

［1］趙少強，別大華，劉建偉.客運專線32 m簡支箱梁預應力孔道摩阻試驗研究［J］.鐵道標準設計，2008(2):62-64.

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［3］劉永前，張彥兵，王新敏.后張梁管道摩阻損失測試技術與處理［J］.中國安全科學學報，2005，15(1):104-107.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.3—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［5］涂楊志.大跨度預應力混凝土連續梁橋預應力損失研究［D］.武漢:武漢理工大學，2003.

［6］李永斌.大跨徑剛構—連續組合梁橋結構計算與預應力損失［D］.武漢:武漢理工大學，2005.

(責任審編李付軍)

U448.35

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．05．06

1003-1995(2015)05-0018-08

2015-02-10;

2015-03-20

孫金更(1956—)，男，河北東光人，高級工程師，碩士。