T梁桥的预应力张拉施工及断丝处理

郝飞

（邢台路桥建设集团有限公司，河北 邢台 054000）

预应力张拉施工是通过预先对预制好的混凝土桥梁构件施加一定的拉应力，促使预制混凝土桥梁构件发生合理的形变，从而实现增强预制混凝土桥梁构件承受自身重量荷载及客观条件荷载（地震荷载、风荷载等）能力的目的。预制混凝土桥梁预应力张拉施工时，通常会用到钢绞线（预应力筋）、工具锚（垫板、锚塞、锚环）、波纹管、千斤顶、限位板等工具。经过预应力张拉施工，可以使预制混凝土桥梁构件的刚度及抗弯性得到明显增强，并减小预制混凝土桥梁梁体发生开裂及弹性形变的几率，最终确保预制混凝土桥梁长期稳定服务于人[1]。

一、预应力张拉施工

（一）张拉施工准备

试运行所有的施工设备，确保设备工作状态正常，并根据相关技术规范及实际施工要求检查所有锚具、夹片及限位板等工具，保证性能良好且符合设计要求，为后续张拉施工高效优质进行提高保障[2，3]。

开始预应力张拉施工前，需在千斤顶前面安上钢筋挡板架，表面为厚8mm的钢板及竹胶板材质，并在该表面上粘贴警示标志。同时，也需要明确合适的观测点位置，以便利用水准仪来测量和控制高程，也可基于此进行起拱分析及相关计算。

T梁张拉施工之前要充分做好混凝土构件的养生，待混凝土强度达到设计强度值的85%后，再按设计及技术规范等要求实施T梁张拉作业。

（二）桥梁预应力张拉计算

理论伸长值精确计算公式：

理论伸长值简化计算公式：

P为预应力钢筋张拉端的张拉力（N）；L为自张拉端至计算截面的孔道长度（m）；θ为自张拉端至计算截面曲线孔道部位切线的夹角之和（rad）；K为每米孔道局部偏差影响摩擦的系数，通过现场试验获得；μ为预应力筋和孔道壁的摩擦系数，通过现场试验获得；Eg为预应力钢筋弹性模量（MPa）；Ay为预应力钢筋截面面积（mm2）。

预应力张拉伸长量按上文所示公式计算。32m的T梁张拉伸长量计算结果，如表1所示为。

表1 32mT梁张拉伸长量计算结果

（三）张拉施工

32m预制混凝土T梁的混凝土强度满足30MPa后，开始初张拉施工。这一过程中，要注意先利用单顶把各预应力筋调校到张拉设计吨位的5%，再安设好千斤顶，并从两端同时开展张拉操作，将预应力筋初应力拉到10%δk，可避免多根钢绞线同时张拉时发生受力不均的现象[4]。

等32m预制混凝土T梁梁体的混凝土强度及弹性模量均达到设计标准的100%且龄期大于14d之后，进行终张拉作业。终张拉的过程中，为保障T梁不会出现过大的侧弯，张拉程序按照“N3→N6→N1→N1→N4→N5→N7→N2→N2”顺序，预应力孔道布置及编号，如图1所示。

图1 预应力孔道布置及编号端视图（mm）

32m预制T梁的中横梁及短束预应力采取曲线布置，所以张拉施工最终确定采取多级加载一次张拉到位方式施工，具体按“0→10%δk→20%δk→100%δk→持荷5分钟→锚固”的顺序施工。

实际终张拉施工中，每一台千斤顶安排4个人为一组进行操作，并明确分工（1人负责开油泵，2个人负责安装千斤顶，并对称张拉钢绞线，1个人负责记录和量取张拉中钢绞线伸长值及油表读数等数据）。同时，每级张拉过程中要严格控制油泵缓慢均匀上升，时刻观察油压表读数，以免其发生过大的波动。张拉指定位置后，回油锁定千斤顶，均匀缓慢下降，切记不可直接回零。

张拉的全过程中要实时记录清楚张拉吨位及伸长量的实际值，并和理论值及设计值做对比分析，确保实际值和理论值之间的偏差在合理范围内。如果实际值和理论值间的偏差超过±6%，则需放松钢绞线，并重新实施张拉操作。同时，张拉施工时根据油表读数及伸长值实现对张拉过程的双控，保证梁体两端的钢绞线的回缩量均能控制到6mm内。待油压表显示达到设计张拉吨位后，先关闭主油泵的油路，持荷5min，并观察及校核油压变化情况。若油压出现下降，则需及时补油，使油压恢复到设计吨位值。此外，待T梁梁体受力均匀及稳定后，对千斤顶进行回油，并锁定夹片，结束张拉施工。

二、断丝成因及处理

此次32mT梁预应力张拉施工中，在3号桥左幅第10联第一节发生了断丝问题。经过统计，整个断面总计有26束494股，预应力张拉操作过程中共计有14束29股出现异常情况，其中全断的有4股，断丝的有9股，断一丝的有16股。

（一）原因分析

通过现场调查分析得知，此次断丝问题发生的原因主要是穿束工艺不合理，造成钢绞线在管道内发生缠绕，进而在张拉施工时产生局部剪力过载，最终出现断丝。为了避免断丝情况再次发生，且保证此次32mT梁的预应力施工质量，后续钢绞线穿束工作均选择整束绑扎方式进行穿束。

（二）设计复核验算

经设计部门复核验算得出：虽然张拉中钢束发生了一些断丝，但是其承载力极限状态的抗弯承载力仍然可以满足有关规范要求。为了进一步增强T梁的安全储备，建议对该T梁顶部负弯矩区做相应的补强处理。

（三）补强处理

通过验算得出现有T梁结构均满足规范要求，所以为进一步增强桥梁截面的承载力储备，使桥梁更加安全。拟选用预应力碳纤维板进行补强，即将预应力碳纤维板布置在35号墩的横梁支点12m范围内，以此来有效增强截面的承载能力。

设计部门验算得出截面的最大弯矩M=30900kN·m，结合现行预应力桥梁设计规范对现有截面的受压区高度进行计算：

经计算后，截面受压区高度X=0.06m＜ζb·h0=1.12m，满足了设计及规范的要求。

依据表1数据计算荷载，预应力碳纤维板最小破坏力对应的伸长率是0.014，张拉控制力对应伸长率是0.008。而为了从安全角度考虑，确保补强后截面获得足够的承载能力，最终确定预应力碳纤维伸长率取值为0.011，计算对应的预应力碳纤维拉力：

截面补强处理应往每道腹板的顶部布设两道预应力碳纤维板，计算对应补强后截面承载能力的增大值：依据上述数据对补强处理后截面的抗弯承载力情况进行统计。

经过补强处理之后，截面的最大弯矩Mj=33688.5kN·m，而经计算后，截面受压区高度X=0.09m＜ζb·h0=1.12m，满足了设计及规范的要求。

三、结语

预应力张拉施工是现场预制混凝土T梁工程中非常关键的环节，且工艺流程比较繁杂，稍有差错将影响整个T梁工程的质量。因此，预制T梁实际施工过程中，必须要准备工作开始就加强质量控制，准确计算伸长量及钢束用量等，优化设计方案，同时制定完善的质量及安全管理体系，为T梁张拉高效优质施工提供保障。