浅谈先简支后结构连续桥梁施工预拱度控制及对使用性能影响的技术分析与研究

■史志楼 ■身份证号码:320321198006284016，江苏 无锡 214151

1 设计计算上拱度

以某高速公路上构T梁设计图为例，在设计图中注明，当预制T梁的预应力钢束张拉完成后，在规定的存梁期(不超过一个月)内计算上拱度值如下:

跨径25m:中梁上拱度计算值端跨2.74cm，中梁上拱度计算值中跨2.51cm;边梁上拱度计算值端跨2.93cm，边梁上拱度计算值中跨2.51cm。

跨径30m:中梁上拱度计算值端跨2.42cm，中梁上拱度计算值中跨2.03cm;;边梁上拱度计算值端跨2.97cm，边梁上拱度计算值中跨2.36cm。

跨径40m:中梁上拱度计算值端跨3.21cm，中梁上拱度计算值中跨2.45cm，边梁上拱度计算值端跨3.60cm，边梁上拱度计算值中跨2.86cm。

2 施工反预拱度设置

(1)以设计计算上拱度值作依据和参考并进行分析后修正;

(2)考虑预制大梁是一个多次循环作业，不是一次性或单个事件，在张拉后受力均集中在台座两端，所以应计入或验算地基承载力和台座不均匀沉降值及差值;

(3)台座顶面即梁底模板的制作材料及其摩阻力等;

(4)顶板负弯矩钢束张拉后，会减少上拱度值，另桥面及护栏等二期恒载及汽车动荷载作用会导致跨中下挠;

(5)预制台座反预拱度应根据制梁数量及重量设置基础并配置钢筋，防止台座不均匀下沉等;

(6)在制梁过程应加强台座沉降观测，并根据观测结果和实际张拉上拱度值，对反预拱度值进行修正和调整。

3 实际张拉起拱值观测及与设计上拱度进行对比和对差值原因进行分析

3．1 实际上拱度值测量

(1)制梁台座受力在大梁混凝土浇筑后和预应力张拉前，为沿纵向承受线型均布荷载。

(2)台座在大梁预应力张拉过程中，受力较为复杂，随着钢束按顺序施加预应力，台座两端逐渐承受集中力等于梁的重力，但由于受预应力作用，大梁在起拱过程中，梁底与台座顶面发生相对位移，尽管很小，但决不能够忽略不计，即产生的摩阻力与大梁预应力方向相反，也就是说台座在承受一部分纵向水平力，在大梁起吊过程中摩阻力消失，会使大梁的预应力在梁内有一个重新分布的过程，即相对起吊前，大梁两端预应力增大，所以大梁还会继续上拱(当然于大梁在存梁期及架设后承受汽车荷载反复作用过程中，混凝土本身收缩、徐变和钢绞线松弛等属于材料性能及耐久性研究是另一个课题)。

(3)通过对多座桥梁的观测，大梁在起吊过程中，上拱度值一般会继续加大3～5mm。

由此要特别说明大梁在起吊过程中，一定要做到均匀、缓慢，严禁突然和快速起吊，防止大梁侧弯或加剧侧弯现象，对于边梁更应该加以注意。

3．2 实测大梁上拱度值

以某高速公路上构40mT梁为例，通过对多片T梁张拉和起吊后上拱度值测量，预制梁张拉后上供度实测值跨径40m:中梁端跨2.15cm，中梁中跨1.48cm;边梁端跨2.30cm，边梁中跨1.63cm;通过实测上拱度发现，实际均小于设计，起拱度偏小是一个共性问题。

3．3 实际上拱度值小于设计值原因分析

通过对设计施工图的阅读和分析和对现场施工条件研究发现，主要有以下原因:

(1)设计图注明预应力钢绞线锚下控制应力值为σcon=0.70fpk=0.70×1860=1302Mpa(未计入预应力钢束与锚圈口之间的摩擦损失)，但又未给出摩擦损失值究竟有多大，所以施工单位就根据以往施工经验以σ=1302Mpa作为体外张拉控制应力来计算千斤顶张拉控制吨位进行施工，如此则预应力就偏小，张拉起拱度值也就偏小。在这里应区分几个概念和定义，即体外控制应力、锚下控制应力和有效应力，锚圈口摩阻力(锚圈)、锚下摩阻力(喇叭口锚下垫板)、管道摩阻力(钢绞线预埋管道)，锚下控制应力为体外控制应力减去锚圈口摩阻力，锚圈口摩阻力可以通过第一批预制梁在张拉动态过程中进行测定，一般说来锚圈口摩阻力损失为0.25%～0.3%，固梁端体外张拉控制应力应调整为0.75fpa=1395Mpa即可。

(2)40mT梁设计为9道横隔梁，尽管对使用过程中大大提高了桥梁的横向连接刚度，但也增大了纵向刚度，导致上拱度值偏小。

(3)设计图行车道板7#钢筋为φ22，长度为13.5m，数量为24根，其中A、C型梁为一端设计，而B型梁为两端设计，对预应力抵消较多。如果仅考虑加强墩顶连接，则长度设计13.5m没有必要，长度减小一半就完全可以满足受力和使用要求。同时可以节约钢材。

(4)通过以上计算和分析，认为40mT梁设计预应力相对偏弱，需请设计部门进行验算后再加大预应力度。

(5)由于砼T梁是一个弹塑性体，即既发生弹性变化，又发生塑性变形，不完全适用于胡克定律，在张拉控制应力达到设计要求后，一定要控制持荷时间不小于5分钟(设计要求为2分钟)，使得钢绞线应力在克服各项摩阻力后充分传递达到应力尽量均匀，同时有足够的时间使砼结构尽可能的完成塑性变形。

(6)受外界气温影响，一般外界气温较低，如低于10～15℃时，张拉后上拱度偏小，在气温升高时，上拱度值会增大，通过现场观察，早上和中午对比张拉后T梁的上拱度值就有差别，但不会很大。

4 施工反预拱度设置不当对桥梁的影响和补救措施

(1)预制台座施工反拱度设置过大，大于张拉后大梁上拱度值或使得在成桥后桥面、护栏等二期恒载和通车运行过程中汽车动荷载作用下出现跨中下挠或反拱，影响桥梁线型或导致梁底过早出现拉应力和早期裂缝，影响桥梁结构安全或缩短使用寿命。

(2)预制台座施工反预拱度设置过小，小于张拉后大梁上拱度值，使得桥面铺装层厚度不均匀，不能满足桥面设计最低厚度要求，严重影响桥面系整体受力，导致桥面系过早开裂或损坏。

5 结束语

桥梁施工预拱度特别是先简支后结构连续预制大梁台座施工反预拱度设置很重要，影响也较大，但是我们往往不能够引起施工方的重视。笔者通过分析，希望我们的设计和施工单位能够在今后的类似工程当中引起重视。