高鐵大跨橋梁預應力損失與控制技術

周欣，周成穗

（中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040）

1 引言

預應力橋梁是當今橋梁建設中最常見的一種結構形式，我國是世界上橋梁建成數量最多的國家，目前在大跨橋梁中預應力損失及控制技術在設計、施工及運營階段均構成較大的挑戰。導致預應力損失的成因有多種，根據研究表明，在后張法施工構件中，施工階段預應力管道摩阻及錨圈口損失，預應力鋼束的松弛，錨具的彈性壓縮，混凝土隨著時間產生的收縮徐變等均會造成預應力損失[1—4]。

通過在主跨168m 連續剛構大跨度橋梁施工階段，對實際使用的錨具及波紋管進行摩阻試驗，得出實際的預應力管道偏差系數及摩阻系數；管道及錨具的安裝損失參數，根據實際的預應力損失修正預應力鋼束張拉力并對線形監控構建的有限元模型進行參數修正，從而現橋梁內力及線形的精準控制[5—6]。

2 工程概況

泉州灣跨海大橋304#～305#墩上部結構設計為（94+168+94）m 預應力混凝土連續剛構。304#～305#墩緊鄰高速主線橋，交叉角度155.1°，主線橋橋梁設計通行凈高為5.5m，交叉點對應主線橋高速里程K10+200，橋面正寬50m，雙向6 車道。立面布置圖如圖1所示。

圖1 立面布置圖

3 摩阻試驗

3.1 取樣標準

規范要求如下：

（1）管道摩阻包括2 種以上彎起角度的管道；包含不同直徑的管道，直徑相同時選擇鋼絞線根數多的管道；

（2）錨圈口損失錨具為13 孔-19 孔的，選擇2種錨具，包括孔數最大的錨具；錨具為20 孔及以上的每種錨具。

根據上述要求，管道摩阻試驗選取0#塊T0、MO鋼束，錨圈口損失試驗選取12 孔，17 孔，22 孔，23孔錨具進行。

3.2 測試結果

（1）孔道摩阻

依照測試方法，T0、M0 束在原管道張拉測試數據見表1。

表1 管道摩阻試驗結果

注：主動端壓力傳感器測試值為P1,被動端為P2，管道長度為l,θ 為管道全長的曲線包角。Ci 為第i個管道對應的ln（P1/P2）回歸系數。

預應力管道摩擦系數μ 及偏差系數κ 采用二元線性回歸法公式（1）進行計算。

式中：yi為第i 管道對應的值，li為第i 個管道對應的預應力筋空間曲線長度(m)，為第i 個管道對應的預應力筋空間曲線包角(rad)，n 為實測的管道數目，解方程組得k 及μ 值。計算得到μ=0.235，κ=0.00238。

（2）錨圈口損失

根據測試方法，在混凝土試件上對12 孔、17 孔、22 孔、23 孔錨具進行錨圈口損失試驗，試驗結果如表2所示。

表2 錨圈口損失試驗結果

4 敏感性分析

對于連續剛構橋影響結構內力及變形的主要因素有許多。例如：自重、混凝土收縮徐變、預應力損失、溫度、外載等因素，通過有限元對影響因素的參數敏感性分析可知，預應力損失大小是影響主梁線形的重要因素。

表3為根據摩阻試驗計算結果的μ、k 的值與原設計取值進行對比，研究其取值對主梁線形的影響。

表3 預應力參數影響

從表3可見，k=0.0025，μ 值采用實際計算結果，中跨跨中節點標高變化7mm，中跨位移最大節點標高變化7mm；μ=0.23，k 值采用實際計算結果，中跨跨中節點標高變化約5.2mm，中跨位移最大節點標高變化約6.8mm。說明參數的變化對線形影響明顯。

基于高速鐵路橋梁線形控制高精度要求，本文基于摩阻試驗測試結果，在計算模型中識別關鍵參數，根據識別的結果對模型不斷進行修正，有效降低有限元分析誤差，得到各施工狀態以及成橋狀態下更準確的結構受力和變形等控制數據，從而實現施工全過程高精度的主梁線形控制。

5 施工控制措施

5.1 管道定位

預應力管道材質為金屬波紋管，使用前逐根檢查波紋管，存在變形、開裂、缺陷的波紋管不得使用。高速鐵路橋梁預應力管道安裝精度要求高，位置允許誤差4mm，每個節段波紋管數量眾多，0#塊各部位預應力管道共計68 束。為了使預應力管道安裝精度滿足設計要求，保證波紋管直線段線形順直、平滑，彎曲段線形角度符合設計圖紙，采用全斷面“井”字預應力管道定位卡具進行定位安裝，見圖2。

圖2 “井”字管道定位卡具

5.2 錨墊板定位

錨口模板、端模采用鋼板制作，鋼板變形小，能有效保證錨墊板角度正確，減少后期預應力張拉階段的應力損失。錨墊板位置提前根據圖紙進行放樣，并與端模鋼板栓接，整體吊裝定位，確保安裝面與應力管道垂直，見圖3。

圖3 錨墊板安裝及定位

6 結語

針對預應力損失產生的因素，在施工階段根據實際使用的錨具及波紋管，制作混凝土試件，進行摩阻試驗得到實際的參數；根據實際參數修正預應力張拉力及線形監控的有限元分析，在每個自適應控制下的施工節段予以正確的指導，保證對主梁線形的高精度控制。通過全斷面的“井”字卡具，對預應力鋼束的每一根管道位置進行精確定位，保證管道線形及角度均符合設計要求；同時張拉端的槽口采用鋼模進行提前加工，錨墊板與其栓接，整體安裝，有效地保障了錨墊板的安裝角度，也極大地提高了安裝效率。以上措施旨在盡可能減小大跨橋梁預應力損失，保證成橋線形，降低對結構的安全影響，確保結構物運營期間安全可靠。