淺論鐵路混凝土梁預施應力工藝

許長坤

哈爾濱鐵路局濱洲鐵路電氣化改造工程建設指揮部 黑龍江齊齊哈爾 161000

摘要：由于混凝土強度的增長速度在早期發展是很快的，而其后期強度的增長就慢得多，所以鐵路混凝土梁采用多次張拉工藝，故采取早期部分預施應力工藝，可以大大縮短生產臺座的周轉時間。這在總體生產工藝布置上很有意義的。本文通過對鋼絞線張拉的預施應力，梁體早期預施應力的問題，預施應力損失問題進行了簡要的論述，對相關的技術人員具有一定的指導作用。

關鍵詞：鐵路；混凝土梁；預施應力

一、鋼絞線張拉的預施應力

1.1張拉前的準備

1.1.1梁體混凝土強度經鑒定達到設計標準，混凝土外觀檢查完好，方可進行預施應力。

1.1.2梁端部鋼支承板清除干凈，防止錨板底面不能與支承板全面接觸，避免在向預留孔道壓漿時，出現錨板底面有空隙不嚴現象。

1.1.3檢查孔道口的內徑，其尺寸不得小于設計標準，否則應加工擴口，并檢查孔道軸線與支承板平面基本垂直。

1.2錨板定位

將錨板套在鋼絞線上，分開鋼絞線，使之大體沿錨板內孔周邊均勻分布，再裝上夾片并將其向錨板內打緊。此時，錨板孔與預留孔道軸線基本保持同心。在支承板上沿錨板外徑用石筆劃線，作為錨板安放到正確位置的標記，在以后的張拉過程中，應注意保持錨板位置不得偏離劃線位置。

1.3千斤頂定位

正常張拉的關鍵之一，在于“三線同心”，即錨板內孔、預留孔道（用劃定錨板位置標記控制）和千斤頂三者軸線保持同心，這樣就能減少個別鋼絞線的滑絲和斷絲現象。一般是采用對中套控制辦法，以達到“三線同心”。預應力鋼絞線、錨板和千斤頂位于同一軸線上，“兩同步”兩端同步張拉、同時達到同一荷載值。

1.4鋼絞線張拉 預應力筋張拉分兩個階段進行，第一階段的張拉為初張拉，當梁體混 凝土的強度達到初張要求后進行初張拉，第一階段張拉完畢后，將梁移出制 梁臺位，當梁體混凝土強度達到設計要求后進行第二階段的張拉，張拉方法 為兩端同時張拉（即 2 臺張拉千斤頂同時工作），當油表讀數達到 0.1σk 時（σk 設計控制應力），測量出各千斤頂活塞伸出長度 L1 及夾片外露量，做好記錄，繼續張拉 2 臺千斤頂按規定數值張拉到σk，測量出各千斤頂活 塞伸出長度 L2 并測量工具錨夾片外露量，計算鋼絞線伸長值與理論值比較 ≤±6%為合格，持荷2min 千斤頂回油，如果計算鋼絞線伸長值與理論值比 較≥±6%應查明原因，消除后重新張拉。

二、關于梁體早期預施應力的問題

2.1這里所說的早期預施應力，不是指有些預施應力混凝土構件可以在混凝土強度達到設計強度之前（如達到設計強度的80%以上）提前進行全部預施應力，而是指當混凝土強度尚低時（如強度達到33.5MPa以上時）先張拉一部分鋼絞線，對梁體混凝土賦予較低的預壓應力，使梁體足以承受自重荷載，提前將梁從生產臺座上移開。初張拉時，梁體混凝土強度不得低于 33.5MPa（為控制梁體混凝 土表面裂紋，宜由拆模強度確定）。

2.2 確定早期預施應力的技術原則是：

2.2.1規定早期預施應力時，混凝土的早期強度不應低于原梁體設計強度的60%，如原梁體混凝土設計強度C55，則早期預施應力的混凝土強度不宜低于33.5MPa。因混凝土強度太低時，過早地承受預壓應力將會導致混凝土28天強度降低；反之，當混凝土達到28天強度的60%以上時，使之承受適當的預壓應力，則28天強度會有所增加。

2.2.2以梁自重作為設計荷載，檢算梁體在移運及存放條件下，梁體斷面的下部邊緣保持5～10Mpa的壓應力（應考慮到存放時間較長，在全部預施應力之前會發生預應力損失的影響）。

2.2.3確定早期預施應力時需要張拉的鋼絞線根數，檢算單根鋼絞線張拉后，錨板下混凝土承受的局部壓應力值不得超過規定的限值。

2.4 梁體移出生產臺座后，繼續進行養生，待混凝土強度達到設計強度后，再進行全部預施應力工作。橋梁終張拉時，梁體混凝土設計強度分 別為 C55 時，梁體強度不得低于 58.5MPa、彈模不得低于 36.0GPa，混凝土齡 期不得少于 14 天。同束鋼束張拉，應兩端同步進行，以油表讀數控制為主，鋼束的伸 長值作校核，實際伸長值與理論伸長值誤差值不得超過6%。終張拉，即將全部鋼束張拉至 100%設計應力（包括早期張拉的鋼束 也要補拉到 100%的設計應力）。

三、關于預施應力損失問題

鋼絞線張拉后，對梁體混凝土建立了預期的預壓應力。但由于材料錨板、工藝及斷面預應力等原因，鋼絞線中的預施應力不可能永遠保持在初始預應力的水平上，而是有所降低。總的降低值稱為預施應力損失。初始應力減去預施應力損失稱為鋼絞線的有效預施應力。在設計中檢算梁體抗裂性時，只考慮鋼絞線中的有效應力。雖然設計規范中對各項因素預施應力損失都規定了具體數據或計算方法，但是在實際施工中，由于各種因素所造成的預施應力損失，未必與設計計算值都能相符。其結果會影響產品的抗裂性，不能符合原設計標準，個別情況下，可能低于設計標準而出現廢品。因此，有必要對預施應力損失問題加以討論。

3.1由于混凝土的收縮和徐變造成的鋼絞線預應力損失σs1

混凝土收縮和徐變都會使構件縮短，預應力鋼筋也隨之縮短，因而引起應力損失。如前所述，混凝土的收縮初期快后期慢，要持續一定時間，收縮量與混凝土水灰比和水泥用量有關，也和石子形狀與粒徑有關。采用高標號水泥，減少水泥用量，減低水灰比，可減少混凝土的收縮。混凝土的徐變也要持續若干年，試驗證明其大小與以下幾個方面有關。

3.1.1混凝土的預壓應力愈大徐變也愈大；

3.1.2與加載時的齡期或強度有關，齡期不足硬化不完全，徐變就大；

3.1.3與受壓后的急變（即彈性壓縮）大致成線性關系；

3.1.4與水泥用量、水灰比以及硬化時環境的濕度等因素有關。這方面結合實際情況的試驗資料不多，設計取值可能與實際有差別。

3.2鋼絞線松弛造成的應力損失σs2。鋼絞線長期在承受拉應力的條件下，其長度雖可視為固定不變，其中應力值隨時間的推移而有所降低，即由于鋼絞線松弛會產生預應力損失。鋼絞線松弛與鋼絞線的成分、加工工藝、初應力的大小和預施應力工藝等因素有關。鋼絞線松弛在預施應力初期即大部分出現，以后漸慢漸止。

3.3鋼絞線回縮和錨板變形引起的鋼絞線應力損失σs3。分析實際測試結果，與現規范規定值是接近的。

3.4鋼絞線與預留孔道間的摩阻力引起鋼絞線中的應力損失σs4。后張梁中鋼絞線在梁體內接近拋物線進行布置。一根鋼絞線的走向可以分為直線走向與曲線走向兩部分。理論上直線部分與孔道間不會產生摩阻力，但實際上孔道并非絕對順直，會出現較小的摩阻力。曲線部分則由于鋼絞線張拉時對孔壁存在正壓力，從而產生甚大的摩阻力。

3.5混凝土彈性壓縮引起鋼絞線中應力損失σs5。在后張梁中，由于鋼絞線分批張拉，后批張拉的鋼絞線導致混凝土壓縮變形，梁體縮短導致前批張拉的鋼絞線應力降低。因此形成預應力損失σs5。實際混凝土的彈性模數可能與規范中取值不能完全符合，不會對梁體抗裂性產生重要的影響。

3.6鋼絞線與錨板口之間的摩阻造成的預應力損失σs6。取值為千斤頂拉力之6～7%偏大一點，以策安全。

上述各項應力損失σs3、σs4、σs5和σs6是在預施應力后就出現了的，σs1和σs2則是長期逐漸減慢最終停止完成。總的應力損失是各項損失之和，各項損失值的波動和出現的機率會造成總應力損失很大的波動。因此為了比較好把握住預應力損失的最接近實際的數值，在施工前就必須對各項損失作必要的測定，條件不具備時，至少也需了解適當的間接資料，最后估定總損失而調整預施應力的安裝應力值。然而這樣仍不免在很大程度上摻入主觀因素不免失誤。因此有必要再首制產品中抽樣作靜荷抗彎抗裂性試驗。這種綜合性的檢驗，對確保產品質量是很重要的。

施工中預施應力計量工作也會出現甚大的施工誤差。實際綜合各項影響預施應力的誤差可達5%。故在作靜荷載試驗用以鑒定產品質量時，所取加載抗裂安全系數應比設計計算值降低0.05。否則在作鑒定性試驗時，一旦混凝土開裂后，混凝土抗拉強度喪失，梁體抗裂性因此大為降低而成為廢品。

四、結論

當梁體混凝土經養生后達到規定強度后，應及早進行預施應力工作。因為在預施應力前梁體混凝土很可能由于收縮而產生橫向裂縫，從而喪失其抗拉強度，會導致梁體的抗裂性大大降低而成廢品。負責施工者不可不加注意。

參考文獻：

[1]《預制后張法預應力混凝土鐵路橋簡支T梁技術條件》（TB/T3043-2005）

[2]《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》（鐵科技[2004]120號）