蒸汽養護小箱梁錨下預應力損失研究

高子華 GAO Zi-hua

（中鐵十二局集團有限公司，太原 030000）

0 引言

19 世紀末，人們開始嘗試使用蒸汽來加快混凝土硬化過程，在混凝土周圍搭建密閉的箱子，將蒸汽引入箱子養護。20 世紀，隨著工業技術的發展，箱梁蒸汽養護進一步改進，使用蒸汽養護設備，如蒸汽養護發生器和管道系統。現代，蒸汽養護設備采用更先進的技術，如溫控系統、自動化系統，現在發展智慧養護系統。橋梁的預制構件已經開始大量采用蒸汽養護工藝方案。

湛江機場高速上部結構小箱梁，采用蒸汽養護工藝，一片梁生產周期，由8 天縮短至2 天，預制工期縮短50%。杭紹甬高速公路預制T 梁，采用“蒸汽養護+后張法預應力二次張拉”的施工工藝，施工質量得到提升，進度大幅度加快。哈大客專線鐵路梁板預制過程中，采用了智慧蒸養系統對混凝土箱梁進行蒸汽養護，養護過程實現智能化控制，養護質量和進度得到大幅度提升。

本標段3356 片小箱梁，梁板預制工期16 個月，月產梁240 片，工期緊、任務重。傳統預制梁場需用地170 余畝，洲泉鎮附近無適合地塊；智慧梁廠用地僅需87 畝。（如圖1）綜合考慮，建設智慧化梁廠，選擇移動臺座+液壓模板+蒸汽養護工藝。

圖1 某高速施工總平面圖

1 實驗目的及方案

1.1 實驗目的

通過對小箱梁進行3 種蒸汽養護工藝和1 種自然養護工藝，針對以上4 種工藝開展指定帶模蒸汽養護條件下（蒸養時長、蒸養溫度等）梁板張拉及存梁期間預應力損失情況的研究。通過本次研究，總結蒸汽養護條件下預應力損失情況及發展規律，研究結果為梁板預制施工工藝提供支撐。

1.2 實驗內容

①4 種養護工藝：

工藝1：構件帶模養護10h+預養2h+蒸汽養護+自然養護4h，開始張拉（簡稱2+0）；

工藝2：構件帶模養護10h +預養2h+蒸汽養護+自然養護28h，開始張拉（簡稱2+1）；

工藝3：構件帶模養護10h +預養2h+蒸汽養護+自然養護76h，開始張拉（簡稱2+3）；

工藝4：構件帶模養護10h +預養2h+自然養護9.5天，開始張拉。

②預制梁板的不同養護條件、不同養護齡期下，對其錨下有效預應力等進行數據采集及分析。根據理論分析和采集數據結果，對蒸汽養護和自然養護下預制梁板的施工質量及工作性能做出評價。

1.3 錨下有效應力測定

通過布置智能振弦式壓力傳感器，對張拉施工階段及存梁階段錨下有效預應力進行監測，以明確預制箱梁完成張拉后梁體錨下有效預應力的實際變化情況，整理和分析監測數據，為評判預制梁板性能提供數據支撐。

測試對象為4 種工藝下的12 個構件，每個構件選取同一側4 根鋼束；測試時間為鋼束張拉后的60 天，選取每天同一時刻的錨下有效預應力值作為當天的監測值。

2 實驗數據及分析

2.1 工藝1（2+0）

工藝1 養護下其中1 片梁的錨下有效預應力每日變化情況如圖2 和圖3 所示。

圖2 預應力累計變化值

圖3 左幅72-3 預應力每日變化值

由圖2 可知，在張拉完成的4 天內錨下有效預應力累計損失較快，在4～12 天內呈上升趨勢，12～60 天內呈緩慢下降趨勢。由圖3 可知，在張拉完成的12 天內錨下有效預應力每日變化浮動較大，12～60 天內變化趨勢平穩。

2.2 工藝2（2+1）

工藝2 養護下其中1 片梁的錨下有效預應力每日變化情況如圖4 和圖5 所示。

圖4 左幅75-4 預應力累計變化值

圖5 左幅75-4 預應力每日變化值

由圖4 可知，在張拉完成的3 天內錨下有效預應力累計損失較快，3～60 天內呈緩慢下降趨勢。由圖5 可知，在張拉完成的12 天內錨下有效預應力每日變化浮動較大，12～60 天內變化趨勢平穩。

2.3 工藝3（2+3）

工藝3 養護下其中1 片梁的錨下有效預應力每日變化情況如圖6 和圖7 所示。

圖6 左幅79-4 預應力累計變化值

圖7 左幅79-4 預應力每日變化值

由圖6 可知，在張拉完成的6 天內錨下有效預應力累計損失較快，6～60 天內呈緩慢下降趨勢。由圖7 可知，在張拉完成的6 天內錨下有效預應力每日變化浮動較大，6～60 天內變化趨勢平穩。

2.4 工藝4

工藝4 養護下其中1 片梁的錨下有效預應力每日變化情況如圖8 和圖9 所示。

圖8 左幅74-2 預應力累計變化值

圖9 左幅74-2 預應力每日變化值

由圖8 可知，在張拉完成的6 天內錨下有效預應力累計損失較快，6～60 天內呈緩慢下降趨勢。由圖9 可知，在張拉完成的10 天內錨下有效預應力每日變化浮動較大，10～60 天內變化趨勢平穩。

將每根鋼束張拉完60 天左右的錨下有效預應力累計變化值進行匯總，結果如表1 所示。

表1 張拉完60 天預應力累計變化值（kN）

對比各工藝在張拉完60 天的預應力累計變化值：①工藝1：N1 在50.9～75.1kN，為設計值的4.3%～6.4%；N2 在31.2～43.5kN，為設計值的3.2%～4.5%；N3 在40.0～48.3kN，為設計值的4.1%～4.9%；N4 在28.6～53.6kN，為設計值的3.1%～5.7%。②工藝2：N1 在93.6～102.6kN，為設計值的8.0%～8.8%；N2 在53.7～65.5kN，為設計值的5.5%～6.7%；N3 在72.0～106.4kN，為設計值的7.4%～10.9%；N4 在56.3～71.2kN，為設計值的6.0%～7.6%。③工藝3：N1 在35.5～53.8kN，為設計值的3.0%～4.6%；N2 在46.4～74.4kN，為設計值的4.8%～7.6%；N3 在53.3～73.5kN，為設計值的5.5%～7.5%；N4 在32.9～46.2kN，為設計值的3.5%～4.9%。④工藝4：N1 在27.4～54.5kN，為設計值的2.8%～5.6%；N2在38.7～66.7kN，為設計值的5.0%～8.5%；N3 在39.9～71.3kN，為設計值的5.1%～9.1%；N4 在47.1～57.8kN，為設計值的6.3%～7.7%。

3 結論

根據以上12 片梁的錨下有效預應力監測結果，可以得出以下結論：①預應力鋼束張拉完成后，早期的預應力損失速率較快，隨后越來越慢，在60 天左右基本趨于平穩；②工藝1 張拉完60 天的預應力累計變化值在設計值的3.1%至6.4%之間，工藝2 在設計值的5.5%至10.9%之間，工藝3 在設計值的3.0%至7.6%之間，工藝4 在設計值的2.8%至9.1%之間，所有鋼束的60 天錨下有效預應力損失值均小于設計值的11%；③由預應力每日變化曲線可以看出，每片梁4 根鋼束的預應力變化趨勢基本相同，說明預應力隨每日溫度變化而上下波動，蒸汽養護工藝與自然養護工藝下箱梁的預應力波動趨勢類似。