■徐志飚

(古田縣交通工程管理站，古田 352200)

1 前言

在公路建設(shè)中，橋梁工程繁多，而預(yù)應(yīng)力工程在橋梁中占有重要地位，預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用極為普遍；同時(shí)預(yù)應(yīng)力工程又屬于隱蔽性工程，張拉完畢，灌漿封錨則有效預(yù)應(yīng)力保留狀況無從知曉，因此預(yù)應(yīng)力施工不當(dāng)而導(dǎo)致的工程隱患實(shí)例不少。國內(nèi)外工程人員對比開展了大量的研究工作，如張志香分析了大跨度預(yù)應(yīng)力T 梁現(xiàn)場預(yù)制中的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從鋼筋綁扎孔道就位、水泥澆筑振搗、預(yù)應(yīng)力筋的張拉壓漿等方面分布加以了論述[1]；張峰探討了預(yù)應(yīng)力T 梁的張拉工藝控制，強(qiáng)調(diào)了張拉方法及應(yīng)力控制、張拉機(jī)具控制、張拉材料控制和張拉過程控制的重要性[2]；周海華研究了預(yù)應(yīng)力T 梁施工全過程的質(zhì)量控制，論述了預(yù)制全過程中的質(zhì)量控制和科學(xué)管理是確保預(yù)應(yīng)力梁體施工質(zhì)量的關(guān)鍵[3]；胡成等研究了預(yù)應(yīng)力T 梁反拱控制“撓度平衡法”，給出了后張法預(yù)應(yīng)力T 梁在存梁期末預(yù)應(yīng)力起拱的取值范圍[4]。

已有預(yù)制T 梁預(yù)應(yīng)力施工方面的研究重點(diǎn)工作瞄準(zhǔn)施工過程中各個施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量把控，通過提高每個施工環(huán)節(jié)來盡量提高預(yù)應(yīng)力的施工質(zhì)量，多從定性的角度加以論述；但較少論述到施工中可能存在的施工缺陷對最終結(jié)構(gòu)使用的影響，尤其是定量方面的可參考研究成果較少。因此本文重點(diǎn)從預(yù)制T 梁預(yù)應(yīng)力施工中較常存在的預(yù)應(yīng)力鋼筋的欠張拉、超張拉問題，預(yù)應(yīng)力管道布置的偏移問題等幾個方面加以研究，力求從定量的角度分析上述施工缺陷對結(jié)構(gòu)性能的影響程度，豐富已有的預(yù)應(yīng)力施工控制理論。

2 預(yù)應(yīng)力施工控制理論研究

2.1 設(shè)計(jì)狀態(tài)分析

本文以目前福建省大量推廣應(yīng)用的預(yù)制T 梁為研究背景，其中又以普遍采用的30m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑為主要研究對象，以交通部頒布的預(yù)制T 梁標(biāo)準(zhǔn)圖為依據(jù)，重點(diǎn)研究預(yù)制施工過程中預(yù)應(yīng)力鋼筋的欠張拉、超張拉以及預(yù)應(yīng)力管道偏位等施工不利因素對橋梁結(jié)構(gòu)體系的影響。全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)重點(diǎn)控制混凝土的全截面不出現(xiàn)拉應(yīng)力，從而避免裂縫的產(chǎn)生，提高了構(gòu)件的耐久性，因此本文重點(diǎn)通過構(gòu)件上下緣的應(yīng)力狀態(tài)來分析結(jié)構(gòu)的效應(yīng)。

建立二維梁桿的三跨連續(xù)梁模型，有限元模型如圖2 所示，預(yù)應(yīng)力鋼筋的控制應(yīng)力為1395MPa。參考全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范主要考慮以下對應(yīng)荷載：恒荷載、基礎(chǔ)沉降、鋼束一次、鋼束二次、收縮徐變、移動荷載、梯度升降溫，并考慮短期荷載組合效應(yīng)，從而分析結(jié)構(gòu)對應(yīng)的效應(yīng)[5]。

分析結(jié)果表明：在設(shè)計(jì)張拉控制應(yīng)力作用下，三跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)能夠滿足全預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的要求，對于下緣各位置處，應(yīng)力富余量最低約為1.8MPa，而對于上緣各位置處，應(yīng)力富余量最低約為0.6MPa，邊跨跨中最大撓度為15.3mm，中跨跨中最大撓度為21.1mm。

2.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋欠張拉

考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋的欠張拉狀態(tài)，采用欠張拉率來定義對應(yīng)的張拉應(yīng)力，欠張拉率等于1 減去欠張拉時(shí)的應(yīng)力和設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力的比值，考慮欠張拉率分別為5%、10%、13%、15%的情況，即分別對于預(yù)應(yīng)力鋼筋的 張 拉 應(yīng) 力 為 1325MPa、1256MPa、1214MPa，1186MPa。

圖1 30m 預(yù)制T 梁基本尺寸布置圖

圖2 三跨連續(xù)T 梁有限元模型示意圖

從表1 和圖3、4 可以看出：對于預(yù)制T 梁預(yù)應(yīng)力鋼筋的欠張拉狀態(tài)，其13%的欠張拉率為結(jié)構(gòu)全預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的臨界狀態(tài)，這時(shí)對應(yīng)的短期預(yù)應(yīng)力損失為156MPa，錨下有效預(yù)應(yīng)力為1058MPa，主梁下緣最大拉應(yīng)力為0.1MPa；結(jié)構(gòu)上緣表面壓應(yīng)力隨欠張拉的變化而變化不大，結(jié)構(gòu)下緣表面壓應(yīng)力隨欠張拉的增大而降低明顯，并導(dǎo)致最終的結(jié)構(gòu)不滿足設(shè)計(jì)要求；且欠張拉應(yīng)力與結(jié)構(gòu)的撓度呈線性關(guān)系，張拉力越小，主梁最大撓度也相應(yīng)變小。

2.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋超張拉

考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋的超張拉狀態(tài)，采用超張拉率來定義該時(shí)的張拉應(yīng)力，超張拉率等于超張拉時(shí)的應(yīng)力和設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力的比值減去1，考慮欠超張拉率分別為5%、8%、10%的情況，即分別對應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉應(yīng)力為1465MPa、1507MPa、1535MPa。

從表2 和圖5、6 三種狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的效應(yīng)可以看出：隨著超張拉率的提高，結(jié)構(gòu)上下緣的壓應(yīng)力也隨著提高，即截面的應(yīng)力富余量是同時(shí)增大的；結(jié)構(gòu)上緣表面壓應(yīng)力隨超張拉的變化而影響不大，結(jié)構(gòu)下緣表面壓應(yīng)力隨超張拉的增大而增加明顯，因此預(yù)應(yīng)力鋼筋的少量超張拉有利于結(jié)構(gòu)的整體受力性能。但隨著張拉應(yīng)力的提高，結(jié)構(gòu)的撓度呈線性增大，從而導(dǎo)致全橋線型變差，行車舒適性下降。

表1 欠張拉下結(jié)構(gòu)對應(yīng)效應(yīng)列表

表2 超張拉下結(jié)構(gòu)對應(yīng)效應(yīng)列表

圖3 不同欠張拉率下結(jié)構(gòu)效應(yīng)對比

圖4 不同欠張拉率下結(jié)構(gòu)最大撓度對比

圖5 不同超張拉率下結(jié)構(gòu)效應(yīng)對比

圖6 不同超張拉率下結(jié)構(gòu)最大撓度對比

圖7 預(yù)應(yīng)力管道不同偏位下結(jié)構(gòu)效應(yīng)對比

圖8 預(yù)應(yīng)力管道不同偏位下結(jié)構(gòu)最大撓度對比

2.4 預(yù)應(yīng)力管道偏位

對于預(yù)應(yīng)力鋼筋管道偏位對結(jié)構(gòu)受力性能的影響，考慮施工過程中管道整體放置可能存在的向上或向下的偏位，因此以管道向下偏位10mm、20mm、30mm 和向上偏位10mm、20mm、30mm 分布加以研究。

從表3 和圖7、8 結(jié)構(gòu)效應(yīng)可以看出：結(jié)構(gòu)表面上下緣的應(yīng)力變化不大，管道小偏位對整體結(jié)構(gòu)的受力性能影響基本可以忽略；對撓度也只是有較小的影響，向下偏位撓度變大，向上偏位撓度變小?？傊谑┕み^程中只要管道的布置不出現(xiàn)明顯的偏差，其施工的誤差對T 梁的效應(yīng)影響不大。

表3 預(yù)應(yīng)力管道偏位下結(jié)構(gòu)對應(yīng)效應(yīng)列表

3 結(jié)論

本文分析了30 跨徑的三跨連續(xù)全預(yù)應(yīng)力T 梁的結(jié)構(gòu)性能，研究了預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉施工過程中存在的欠張拉、超張拉以及預(yù)應(yīng)力管道偏位的情況下可能導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)效應(yīng)，重點(diǎn)分析結(jié)構(gòu)全斷面上下緣的應(yīng)力富余量以及結(jié)構(gòu)跨中撓度的變化情況，研究主要結(jié)論如下：

（1）對于預(yù)應(yīng)力鋼筋的欠張拉，13%的欠張拉率為其臨界值，即兩端張拉控制應(yīng)力為1214MPa，低于該張拉應(yīng)力T 梁將不能滿足全預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

（2）對于預(yù)應(yīng)力鋼筋的超張拉，少量的超張拉率整體有利于結(jié)構(gòu)的受力性能，但超張拉使得結(jié)構(gòu)的撓度增大明顯，影響了主梁的線型及行車舒適性，施工中應(yīng)注意不超過規(guī)范允許5%的超張拉幅度。

（3）小范圍內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼筋管道偏差對整體T 梁的受力性能和結(jié)構(gòu)的撓度影響不明顯，考慮到混凝土保護(hù)層厚度等因素，管道的安裝允許偏差宜控制在10mm以內(nèi)。

[1]張志香.大跨度預(yù)應(yīng)力T 梁現(xiàn)場預(yù)制中的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)［J］.山西交通科技,2000,34(4):39-40.

[2]張峰.淺談后張法預(yù)應(yīng)力T 梁的張拉工藝控制［J］.建筑與工程,2008,12(1):110-111.

[3]周海華.預(yù)應(yīng)力T 梁施工全過程的質(zhì)量控制［J］.中國水運(yùn),2009,9(2):211-212.

[4]胡成,方詩圣,吳文清.預(yù)應(yīng)力T 梁反拱控制“撓度平衡法”的研究［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)部,1999,22(增刊),43-47.

[5]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].