如何控制后张法全预应力混凝土T型梁上拱度.doc

如何控制后张法全预应力混凝土T型梁上拱度
摘要：随着桥梁施工技术的不断发展，装配式后张法全预应力混凝土T型梁桥以其标准化现场预制施工方便和经济效益性好等优势，被广泛应用于铁路、公路工程建设项目之中。本文结合施工工艺及施工过程控制，以供同类工程施工参考。
关键词：后张法 T梁 上拱度 控制
1、 概述
***高速公路***标段主体工程为***互通，桥梁共计**座，预制力混凝土T梁****片, 该装配式桥梁在减轻梁体自重、增加梁体承载能力、降低梁体工程费用的同时，由于为提高梁体承载能力而施加的高预应力值却引起了梁体上拱度偏大的情况，并随之带来了梁体预制、安装施工控制困难和桥面铺装费用增加，进而影响桥面设施（如：防撞栏杆）的平顺性、美观性及通车运营后桥梁的力学性能和行车舒适性等一系列问题。
根据以往桥梁工程实施经验，正确认识后张法T型梁上拱度的形成原因和影响因素及上拱度过大对桥梁工程造成的不利影响，采取措施即在梁体预制阶段合理地设置反拱（反抛物线形拱）来控制后张法T型梁的上拱度（正抛物线形拱）是十分必要的。
2、T型梁上拱度形成原因
后张法全预应力砼T型梁的上拱度一般由预施压应力产生的上拱度和梁体自重产生的下绕两部分组成，下绕度值小而上绕度值大，两者相互作用的结果会使梁体产生一定的上拱度。由于T型梁的压应力一般集中于梁体截面上形成了偏心压力，偏心受压的结果会使预压区砼（包括所配的非预应力筋）处于高压应力状态，根据材料力学的压缩变形的结果必然会使梁体形成一定的上拱度。通常，预压应力越大，梁体砼不均匀压缩变形就越大，上拱度也就越大。因此，预施压应力对梁体的力学作用所产生的不均匀压缩变形是T型梁上拱度形成的直接原因。
上拱度一般由设计单位依据梁体受力弹性变形理论和砼收缩徐变的经验参数计算得出，标注于图纸之上，又称为理论拱度值。
3、T型梁上拱度的影响因素
根据T型梁体的受力特性、弹塑变形特性、局部应力效应和砼收缩徐变特性，T型梁上拱度除与梁体截面特性（梁体长度、自重、惯性矩）有关外，还受以下因素影响：
（1）预施压应力
预施压应力大小和应力施加时间影响着上拱度的大小。预施压应力（如设计张拉力或张拉、超张拉控制应力）越大，梁体上拱度就越大（如边梁的上拱度值一般大于中梁的上拱度值），反之亦然。预施压应力的应力施加时间不一致的预应力则会导致安装后相邻梁体间的上拱度值偏差较大，施工中要多加注意。另外，孔道摩阻、锚具变形、钢筋回缩和应力松弛等预应力损失会使有效预施压应力减少，梁体上拱度值降低。
（2）混凝土的强度和弹性模量
施加压应力时梁体混凝土的强度和弹性模量影响着上拱度的大小。一般地，混凝土的强度和弹性模量越高，梁体上拱度就越小，反之亦然。现行公路桥规中只对张拉时砼的强度进行了明确规定（不低于设计强度75%），而事实上，梁体砼的弹性模量增长比其强度增长要慢，且持续时间较长，如在砼浇筑后短期内（7天龄期以内）就对梁体施加预应力，即使梁体砼具有较高的强度，也会造成上拱度大幅度增加，因此，施工中要注意掌握砼的弹性模量，宜在砼达到28天龄期或弹性模量达到相应值后再对梁体施加预应力（一般要采用二次张拉工艺）。
（3）梁体的存放时间和砼的浇筑质量
梁体预施应力后存放时间过长（三个月以上）而不使其承受外荷载，上拱度将会有一定程度地增加，当砼徐变特性较大时尤其明显；梁体砼的浇筑质量差（如配合比选定不好，水泥用量过大、超过500kg/m3，砂石料软弱、振捣不密实等）将会最大砼的收缩徐变特性，使梁体后期上拱度增大，施工中要引起重视。
（4）其它方面
梁体存放悬臂长度大小，预施应力的精确程度（指在规定误差内）、孔道及锚口摩阻的大小等，均会对梁体的上拱度产生影响，只是在正常情况下，这些因素对梁体上拱度的影响不太明显而已（约10%之内）。
4、T型梁上拱度过大产生的影响
尽管梁体上拱度是由梁体正常预应力造成的，上拱度过大一般也不会太多改变改变梁体自身的受力特性，但是上拱度过大将产生下列诸多问题：（1）提高了桥面设施的标高或者需要降低墩台顶面的白标高，改变原设计参数；（2）改变了桥面铺装层砼厚度均匀性，使其变厚（梁端处）或变薄（跨中处），甚至在梁端处变得很厚，既增大恒载又造成浪费；（3）影响梁体预制和安装施工控制；（4）过大的上拱度在一定程度上影响着桥梁的美观性，等等。
5、T型梁上拱度的控制措施
要使截面特性和受力特性一定的T型梁不至于产生过大的上拱度，就要结合其影响因素在施工中多方面加以控制，使其满足设计和施工技术规范要求。为有效的控制T型梁的上拱度，除了根据其影响因素加以控制外，最简单可行的方法是梁体预制阶段合理地设置反拱来抵消梁体产生的部分上拱度。
5.1设置反拱的可行性
反拱是沿梁体长度方向上设置的与上拱度方向相反的反向拱度，一般是预制台座上进行，为保持梁体设计断面尺寸不变，通常在底模和侧模板上设置相同线形的拱度。由于T型梁的预应力筋位置（孔道）是预埋的，那么孔道相对于底模的位置（即高度）和梁体断面尺寸（及有关钢筋）可保证与设计一致，所以设置反拱后梁体受力特性不会改变，因此是一种可行的施工工艺。
5.2设置反拱实例
***高速公路***标段主体工程T型梁桥上部结构是30m的后张全预应力砼T型简支梁。实际施工中采取了在预制台座上设置反拱的方法来控制T型梁的上拱度。
5.2.1确定反拱度值
设计单位提供的30mT型梁理论拱度值为40mm。根据设计单位提供的理论拱度值，结合以往施工过的相同跨径T型梁的上拱度情况，按预应力吨位、梁跨度、跨中截面特性等因素对比分析计算确定反拱度值取43mm（略大于理论拱度值），反拱抛物线方程为Y=1.13×10-6X2-3（0≤X≤L/2），单位为cm，X为梁端到跨中的水平距离，Y为反拱度值，L为T型梁跨度。反拱抛物线的预点在底模顶面跨中断面处，坐标系原点O在底模顶面梁端处。
5.2.2设置反拱
根据反拱抛物线方程计算出沿梁体方向每隔0.2m（X=0、0.2...m）的反拱度值，然后浇注梁体反拱线型底模，加工抛物线型侧模板，侧模板等高且上下边缘和中梁共用了一套模板。
5.2.3实施效果
梁体预制完成，放置一个月（30天）后，梁体上拱度实测值为：中梁4.6～5.1cm，边梁5.2～6.0cm。现场随机抽取部分30mT梁进行静载变曲抗裂试验，评定为优良级，证明梁体具有较好的承载能力，同时也说明设置反拱对梁体承载能力的可靠性没有影响。
该桥梁建设完成后，梁体顶面各处的标高均能满足设计要求、桥面整体平顺良好。
5.2.4存在问题
从梁体上拱度的实测结果可以看出，计算确定的30mT梁的反拱度值仍偏小，若能选用50mm情况可能会更好些。由于边梁的预应力一般比中梁预应力大8%，其取定的反拱度值应高出中梁反拱度值的6～12mm，有条件的话边梁与中梁宜分别设置反拱，不应共用一套模板。另外，张拉时每片梁砼龄期较短且不一致，造成了梁体上拱度仍显偏大梁体间存在偏差。
6、结束语
控制张拉法全预应力砼T型梁上拱度的有效措施是合理设置反拱。在梁体预制阶段，正确预估梁体拱度的变化情况，在预制台座模板上合理准确地设置反拱能有效地控制梁体产生过大的上拱度，从而消除其对桥梁工程带来的不利影响。公路桥规规定了砼的强度要求，建议对上拱度和跨度进一步比较确定。梁体预制的施工程序、工艺、材料、技术措施、现场管理等影响着梁体的上拱度，施工中应特别注意控制。
参考文献：
［1］ 福建省高速公路桥梁施工标准化指南
［2］ 公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）