淺談先簡支后結構連續橋梁施工預拱度控制及對使用性能影響的技術分析與研究

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1 設計計算上拱度

以某高速公路上構T梁設計圖為例，在設計圖中注明，當預制T梁的預應力鋼束張拉完成后，在規定的存梁期(不超過一個月)內計算上拱度值如下:

跨徑25m:中梁上拱度計算值端跨2.74cm，中梁上拱度計算值中跨2.51cm;邊梁上拱度計算值端跨2.93cm，邊梁上拱度計算值中跨2.51cm。

跨徑30m:中梁上拱度計算值端跨2.42cm，中梁上拱度計算值中跨2.03cm;;邊梁上拱度計算值端跨2.97cm，邊梁上拱度計算值中跨2.36cm。

跨徑40m:中梁上拱度計算值端跨3.21cm，中梁上拱度計算值中跨2.45cm，邊梁上拱度計算值端跨3.60cm，邊梁上拱度計算值中跨2.86cm。

2 施工反預拱度設置

(1)以設計計算上拱度值作依據和參考并進行分析后修正;

(2)考慮預制大梁是一個多次循環作業，不是一次性或單個事件，在張拉后受力均集中在臺座兩端，所以應計入或驗算地基承載力和臺座不均勻沉降值及差值;

(3)臺座頂面即梁底模板的制作材料及其摩阻力等;

(4)頂板負彎矩鋼束張拉后，會減少上拱度值，另橋面及護欄等二期恒載及汽車動荷載作用會導致跨中下撓;

(5)預制臺座反預拱度應根據制梁數量及重量設置基礎并配置鋼筋，防止臺座不均勻下沉等;

(6)在制梁過程應加強臺座沉降觀測，并根據觀測結果和實際張拉上拱度值，對反預拱度值進行修正和調整。

3 實際張拉起拱值觀測及與設計上拱度進行對比和對差值原因進行分析

3．1 實際上拱度值測量

(1)制梁臺座受力在大梁混凝土澆筑后和預應力張拉前，為沿縱向承受線型均布荷載。

(2)臺座在大梁預應力張拉過程中，受力較為復雜，隨著鋼束按順序施加預應力，臺座兩端逐漸承受集中力等于梁的重力，但由于受預應力作用，大梁在起拱過程中，梁底與臺座頂面發生相對位移，盡管很小，但決不能夠忽略不計，即產生的摩阻力與大梁預應力方向相反，也就是說臺座在承受一部分縱向水平力，在大梁起吊過程中摩阻力消失，會使大梁的預應力在梁內有一個重新分布的過程，即相對起吊前，大梁兩端預應力增大，所以大梁還會繼續上拱(當然于大梁在存梁期及架設后承受汽車荷載反復作用過程中，混凝土本身收縮、徐變和鋼絞線松弛等屬于材料性能及耐久性研究是另一個課題)。

(3)通過對多座橋梁的觀測，大梁在起吊過程中，上拱度值一般會繼續加大3～5mm。

由此要特別說明大梁在起吊過程中，一定要做到均勻、緩慢，嚴禁突然和快速起吊，防止大梁側彎或加劇側彎現象，對于邊梁更應該加以注意。

3．2 實測大梁上拱度值

以某高速公路上構40mT梁為例，通過對多片T梁張拉和起吊后上拱度值測量，預制梁張拉后上供度實測值跨徑40m:中梁端跨2.15cm，中梁中跨1.48cm;邊梁端跨2.30cm，邊梁中跨1.63cm;通過實測上拱度發現，實際均小于設計，起拱度偏小是一個共性問題。

3．3 實際上拱度值小于設計值原因分析

通過對設計施工圖的閱讀和分析和對現場施工條件研究發現，主要有以下原因:

(1)設計圖注明預應力鋼絞線錨下控制應力值為σcon=0.70fpk=0.70×1860=1302Mpa(未計入預應力鋼束與錨圈口之間的摩擦損失)，但又未給出摩擦損失值究竟有多大，所以施工單位就根據以往施工經驗以σ=1302Mpa作為體外張拉控制應力來計算千斤頂張拉控制噸位進行施工，如此則預應力就偏小，張拉起拱度值也就偏小。在這里應區分幾個概念和定義，即體外控制應力、錨下控制應力和有效應力，錨圈口摩阻力(錨圈)、錨下摩阻力(喇叭口錨下墊板)、管道摩阻力(鋼絞線預埋管道)，錨下控制應力為體外控制應力減去錨圈口摩阻力，錨圈口摩阻力可以通過第一批預制梁在張拉動態過程中進行測定，一般說來錨圈口摩阻力損失為0.25%～0.3%，固梁端體外張拉控制應力應調整為0.75fpa=1395Mpa即可。

(2)40mT梁設計為9道橫隔梁，盡管對使用過程中大大提高了橋梁的橫向連接剛度，但也增大了縱向剛度，導致上拱度值偏小。

(3)設計圖行車道板7#鋼筋為φ22，長度為13.5m，數量為24根，其中A、C型梁為一端設計，而B型梁為兩端設計，對預應力抵消較多。如果僅考慮加強墩頂連接，則長度設計13.5m沒有必要，長度減小一半就完全可以滿足受力和使用要求。同時可以節約鋼材。

(4)通過以上計算和分析，認為40mT梁設計預應力相對偏弱，需請設計部門進行驗算后再加大預應力度。

(5)由于砼T梁是一個彈塑性體，即既發生彈性變化，又發生塑性變形，不完全適用于胡克定律，在張拉控制應力達到設計要求后，一定要控制持荷時間不小于5分鐘(設計要求為2分鐘)，使得鋼絞線應力在克服各項摩阻力后充分傳遞達到應力盡量均勻，同時有足夠的時間使砼結構盡可能的完成塑性變形。

(6)受外界氣溫影響，一般外界氣溫較低，如低于10～15℃時，張拉后上拱度偏小，在氣溫升高時，上拱度值會增大，通過現場觀察，早上和中午對比張拉后T梁的上拱度值就有差別，但不會很大。

4 施工反預拱度設置不當對橋梁的影響和補救措施

(1)預制臺座施工反拱度設置過大，大于張拉后大梁上拱度值或使得在成橋后橋面、護欄等二期恒載和通車運行過程中汽車動荷載作用下出現跨中下撓或反拱，影響橋梁線型或導致梁底過早出現拉應力和早期裂縫，影響橋梁結構安全或縮短使用壽命。

(2)預制臺座施工反預拱度設置過小，小于張拉后大梁上拱度值，使得橋面鋪裝層厚度不均勻，不能滿足橋面設計最低厚度要求，嚴重影響橋面系整體受力，導致橋面系過早開裂或損壞。

5 結束語

橋梁施工預拱度特別是先簡支后結構連續預制大梁臺座施工反預拱度設置很重要，影響也較大，但是我們往往不能夠引起施工方的重視。筆者通過分析，希望我們的設計和施工單位能夠在今后的類似工程當中引起重視。