大跨現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件張拉力效果的主要控制因素。《鐵路橋涵設計規范》（TB 10002—2017）規定，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性和安全性，應消除因預應力計算不準確而對梁體產生的影響。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μ、k實測值來調整實際的張拉力，以保證現澆梁預應力施加準確，繼而保證梁體本身施工質量滿足設計要求。

3 蒙華鐵路現澆梁預應力控制措施

3.1 摩阻系數μ和偏差系數k

《鐵路橋涵混凝土結構設計規范》（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的第三方檢測單位對預應力混凝土連續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μ和孔道偏差系數，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、成孔方式、錨具型號等原材料相關參數，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果，建設單位召集施工單位、設計單位、監理單位及第三方檢測單位對試驗結果進行確認，并形成文件性依據，由施工單位提交各方確認后的檢測結果給設計單位，作為設計單位校核驗證錨下張拉控制應力的依據。

3.3 設計單位調整張拉力

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，將試驗結果作為本標段內預應力施工的參照依據，若施工過程中更換未經過試驗的管道、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和曲線段預應力張拉相關參數的測試。

（2）試驗構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套以上不同規格的錨具進行測試，每套錨具張拉3次。

（3）設計單位根據施工單位提供各方確認后的預應力孔道摩阻力檢測結果，當現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。

根據實測μ、k值，重新檢算原結構，該(48+80+48)m連續梁安全系數及各階段應力均滿足設計規范要求，錨下控制應力維持原設計不變。鋼束伸長值需根據實測數值重新計算。根據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梁的現場預應力鋼束摩阻試驗結果為，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。

經重新檢算原結構，為保證連續梁結構計算結果滿足規范要求，對部分預應力鋼束的設計參數和梁體撓度表進行調整，調整跨中縱向預應力鋼束B7、B8、B9、B10、B11的錨下張拉控制應力，并相應調整其鋼束伸長量，如表1所示。

表1 張拉力、伸長量調整前后對比

4 結束語

在蒙華項目大跨現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梁預應力孔道的摩阻系數μ及變形系數k進行了試驗測定。在各方對試驗結果進行確認后，設計單位根據試驗結果對原大跨結構進行重新檢算以確定是否需要調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，實現了對關鍵節點的關鍵技術進行有效的過程控制，從而把可能產生的風險發生概率降到最低，對現場施工具有極其重要的指導意義，也對國內其他在建鐵路起到了很好的示范作用。