预制T 梁预应力施工控制理论研究

2015-04-24 07:34徐志飚

福建交通科技 2015年4期

■徐志飚

(古田县交通工程管理站，古田 352200)

1 前言

在公路建设中，桥梁工程繁多，而预应力工程在桥梁中占有重要地位，预应力技术应用极为普遍；同时预应力工程又属于隐蔽性工程，张拉完毕，灌浆封锚则有效预应力保留状况无从知晓，因此预应力施工不当而导致的工程隐患实例不少。国内外工程人员对比开展了大量的研究工作，如张志香分析了大跨度预应力T 梁现场预制中的几个关键环节，从钢筋绑扎孔道就位、水泥浇筑振捣、预应力筋的张拉压浆等方面分布加以了论述[1]；张峰探讨了预应力T 梁的张拉工艺控制，强调了张拉方法及应力控制、张拉机具控制、张拉材料控制和张拉过程控制的重要性[2]；周海华研究了预应力T 梁施工全过程的质量控制，论述了预制全过程中的质量控制和科学管理是确保预应力梁体施工质量的关键[3]；胡成等研究了预应力T 梁反拱控制“挠度平衡法”，给出了后张法预应力T 梁在存梁期末预应力起拱的取值范围[4]。

已有预制T 梁预应力施工方面的研究重点工作瞄准施工过程中各个施工环节的质量把控，通过提高每个施工环节来尽量提高预应力的施工质量，多从定性的角度加以论述；但较少论述到施工中可能存在的施工缺陷对最终结构使用的影响，尤其是定量方面的可参考研究成果较少。因此本文重点从预制T 梁预应力施工中较常存在的预应力钢筋的欠张拉、超张拉问题，预应力管道布置的偏移问题等几个方面加以研究，力求从定量的角度分析上述施工缺陷对结构性能的影响程度，丰富已有的预应力施工控制理论。

2 预应力施工控制理论研究

2.1 设计状态分析

本文以目前福建省大量推广应用的预制T 梁为研究背景，其中又以普遍采用的30m 标准跨径为主要研究对象，以交通部颁布的预制T 梁标准图为依据，重点研究预制施工过程中预应力钢筋的欠张拉、超张拉以及预应力管道偏位等施工不利因素对桥梁结构体系的影响。全预应力构件设计重点控制混凝土的全截面不出现拉应力，从而避免裂缝的产生，提高了构件的耐久性，因此本文重点通过构件上下缘的应力状态来分析结构的效应。

建立二维梁杆的三跨连续梁模型，有限元模型如图2 所示，预应力钢筋的控制应力为1395MPa。参考全预应力结构设计规范主要考虑以下对应荷载：恒荷载、基础沉降、钢束一次、钢束二次、收缩徐变、移动荷载、梯度升降温，并考虑短期荷载组合效应，从而分析结构对应的效应[5]。

分析结果表明：在设计张拉控制应力作用下，三跨连续梁结构能够满足全预应力设计的要求，对于下缘各位置处，应力富余量最低约为1.8MPa，而对于上缘各位置处，应力富余量最低约为0.6MPa，边跨跨中最大挠度为15.3mm，中跨跨中最大挠度为21.1mm。

2.2 预应力钢筋欠张拉

考虑预应力钢筋的欠张拉状态，采用欠张拉率来定义对应的张拉应力，欠张拉率等于1 减去欠张拉时的应力和设计张拉应力的比值，考虑欠张拉率分别为5%、10%、13%、15%的情况，即分别对于预应力钢筋的张拉应力为 1325MPa、1256MPa、1214MPa，1186MPa。

图1 30m 预制T 梁基本尺寸布置图

图2 三跨连续T 梁有限元模型示意图

从表1 和图3、4 可以看出：对于预制T 梁预应力钢筋的欠张拉状态，其13%的欠张拉率为结构全预应力设计的临界状态，这时对应的短期预应力损失为156MPa，锚下有效预应力为1058MPa，主梁下缘最大拉应力为0.1MPa；结构上缘表面压应力随欠张拉的变化而变化不大，结构下缘表面压应力随欠张拉的增大而降低明显，并导致最终的结构不满足设计要求；且欠张拉应力与结构的挠度呈线性关系，张拉力越小，主梁最大挠度也相应变小。

2.3 预应力钢筋超张拉

考虑预应力钢筋的超张拉状态，采用超张拉率来定义该时的张拉应力，超张拉率等于超张拉时的应力和设计张拉应力的比值减去1，考虑欠超张拉率分别为5%、8%、10%的情况，即分别对应预应力钢筋的张拉应力为1465MPa、1507MPa、1535MPa。

从表2 和图5、6 三种状态下结构的效应可以看出：随着超张拉率的提高，结构上下缘的压应力也随着提高，即截面的应力富余量是同时增大的；结构上缘表面压应力随超张拉的变化而影响不大，结构下缘表面压应力随超张拉的增大而增加明显，因此预应力钢筋的少量超张拉有利于结构的整体受力性能。但随着张拉应力的提高，结构的挠度呈线性增大，从而导致全桥线型变差，行车舒适性下降。