關于預制T梁錨下預應力損失控制的研究

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有限公司，浙江 杭州 310000)

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

為保證橋梁預制T梁的質量，進一步規范預制T梁關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，通過對影響錨下預應力損失的因素分析和錨下有效預應力損失控制措施的研究，探討預制T梁關鍵技術的控制方法，以期對預制T梁施工工藝及施工質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預制T梁采用后張法兩端對稱張拉，預制T梁預應力鋼束采用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 影響錨下預應力損失的因素分析

2.1 主要影響因素分析

錨下有效預應力是預應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力。預應力的損失受多種因素影響，經過調查和分析得出主要影響因素如下。

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

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

(3)預應力筋與臺座之間的溫差(σι3)：先張法時預應力筋與張拉臺座之間的溫差而產生的預應力損失。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)；先批預應力錨固端混凝土在后批預應力的作用下發生彈性壓縮，導致先批預應力鋼束產生相應的應變，進而致使先批預應力的損失。

(5)預應力筋的應力松弛(σι5)：預應力鋼束在應力的持續作用下產生松弛，導致預應力的損失。

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

2.2 理論預應力損失計算

基于對錨下預應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應力損失，結果表1。根據計算結果，理論預應力損失累計達205.60 MPa，損失較大，應進行針對性的控制；其中孔道摩擦損失在各影響因素中損失最大，應重點加以控制。

表1 理論預應力損失計算表

3 錨下有效預應力損失控制措施的研究

根據錨下預應力損失的影響因素分析和各影響因素理論預應力損失的計算得出，預制T梁的錨下預應力損失主要因孔道摩擦損失、錨固損失、彈性壓縮損失、應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，現對錨下有效預應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)預應力管道內壁光滑、管壁牢固，內外面應無銹蝕、油污、附著物、孔洞和不規則的褶皺，咬口無開裂和脫扣；管道無變形、卷曲、滲漏，應通過灌水試驗，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，確保孔道的暢通和清潔，避免增大摩擦阻力。

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

(2)為防止預應力鋼束的回縮造成預應力的損失，夾具應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，預應力鋼束在張拉時預制T梁強度需達到設計強度的80%以上，彈性模量應達到28 d彈性模量的80%以上。

(2)張拉端設置錨墊板和螺旋鋼筋，有效抵抗張拉時預應力的施加影響，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，確保有效控制預應力鋼束松弛損失。

(2)采用具備數據管理和聯網功能的智能化張拉和壓漿設備，可進行數據本地和網絡的接收、存儲、查詢、導出，能實時進行監控、報警，確保張拉和壓漿過程中的質量監控。

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

(4)為消除非彈性變形，應合理確定初應力。經試驗，40 m預制T梁初應力宜采用20%σcon。

(5)為避免預應力的損失，張拉時按1.05σcon超張拉進行控制，且確保48 h內完成壓漿。

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，應提高混凝土的彈性模量，選用質地均勻、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；制定可靠的養護措施，確保混凝土的養護效果。

4 錨下有效預應力的檢測比對

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

根據檢測結果可知，整束最大偏差為2#T梁N3的-3.13%，滿足《公路橋涵施工技術規范》(JTG/T F50-2011)7.12.2第3點：“預應力筋在錨下的有效預應力應符合設計張拉控制應力，兩者的相對偏差不超過±5%”的之規定。但同時也發現2#T梁N3單束最大偏差為-10.20%，遠超偏差。

5 結 語

預制T梁預應力張拉技術難度大、施工工序多，錨下有效預應力受材料、機具設備以及施工工藝等諸多因素影響，施工中需要有嚴格規范的操作方法和高效可靠的全過程控制措施。通過對影響錨下預應力損失的因素分析和錨下有效預應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應力的損失，但也發現有仍個別預應力鋼束的單束偏差值過大，還需在預制T梁的實施中進一步研究錨下預應力損失的控制措施。