浅论铁路混凝土梁预施应力工艺

许长坤

哈尔滨铁路局滨洲铁路电气化改造工程建设指挥部 黑龙江齐齐哈尔 161000

摘要：由于混凝土强度的增长速度在早期发展是很快的，而其后期强度的增长就慢得多，所以铁路混凝土梁采用多次张拉工艺，故采取早期部分预施应力工艺，可以大大缩短生产台座的周转时间。这在总体生产工艺布置上很有意义的。本文通过对钢绞线张拉的预施应力，梁体早期预施应力的问题，预施应力损失问题进行了简要的论述，对相关的技术人员具有一定的指导作用。

关键词：铁路；混凝土梁；预施应力

一、钢绞线张拉的预施应力

1.1张拉前的准备

1.1.1梁体混凝土强度经鉴定达到设计标准，混凝土外观检查完好，方可进行预施应力。

1.1.2梁端部钢支承板清除干净，防止锚板底面不能与支承板全面接触，避免在向预留孔道压浆时，出现锚板底面有空隙不严现象。

1.1.3检查孔道口的内径，其尺寸不得小于设计标准，否则应加工扩口，并检查孔道轴线与支承板平面基本垂直。

1.2锚板定位

将锚板套在钢绞线上，分开钢绞线，使之大体沿锚板内孔周边均匀分布，再装上夹片并将其向锚板内打紧。此时，锚板孔与预留孔道轴线基本保持同心。在支承板上沿锚板外径用石笔划线，作为锚板安放到正确位置的标记，在以后的张拉过程中，应注意保持锚板位置不得偏离划线位置。

1.3千斤顶定位

正常张拉的关键之一，在于“三线同心”，即锚板内孔、预留孔道（用划定锚板位置标记控制）和千斤顶三者轴线保持同心，这样就能减少个别钢绞线的滑丝和断丝现象。一般是采用对中套控制办法，以达到“三线同心”。预应力钢绞线、锚板和千斤顶位于同一轴线上，“两同步”两端同步张拉、同时达到同一荷载值。

1.4钢绞线张拉 预应力筋张拉分两个阶段进行，第一阶段的张拉为初张拉，当梁体混 凝土的强度达到初张要求后进行初张拉，第一阶段张拉完毕后，将梁移出制 梁台位，当梁体混凝土强度达到设计要求后进行第二阶段的张拉，张拉方法 为两端同时张拉（即 2 台张拉千斤顶同时工作），当油表读数达到 0.1σk 时（σk 设计控制应力），测量出各千斤顶活塞伸出长度 L1 及夹片外露量，做好记录，继续张拉 2 台千斤顶按规定数值张拉到σk，测量出各千斤顶活 塞伸出长度 L2 并测量工具锚夹片外露量，计算钢绞线伸长值与理论值比较 ≤±6%为合格，持荷2min 千斤顶回油，如果计算钢绞线伸长值与理论值比 较≥±6%应查明原因，消除后重新张拉。

二、关于梁体早期预施应力的问题

2.1这里所说的早期预施应力，不是指有些预施应力混凝土构件可以在混凝土强度达到设计强度之前（如达到设计强度的80%以上）提前进行全部预施应力，而是指当混凝土强度尚低时（如强度达到33.5MPa以上时）先张拉一部分钢绞线，对梁体混凝土赋予较低的预压应力，使梁体足以承受自重荷载，提前将梁从生产台座上移开。初张拉时，梁体混凝土强度不得低于 33.5MPa（为控制梁体混凝 土表面裂纹，宜由拆模强度确定）。

2.2 确定早期预施应力的技术原则是：

2.2.1规定早期预施应力时，混凝土的早期强度不应低于原梁体设计强度的60%，如原梁体混凝土设计强度C55，则早期预施应力的混凝土强度不宜低于33.5MPa。因混凝土强度太低时，过早地承受预压应力将会导致混凝土28天强度降低；反之，当混凝土达到28天强度的60%以上时，使之承受适当的预压应力，则28天强度会有所增加。

2.2.2以梁自重作为设计荷载，检算梁体在移运及存放条件下，梁体断面的下部边缘保持5～10Mpa的压应力（应考虑到存放时间较长，在全部预施应力之前会发生预应力损失的影响）。

2.2.3确定早期预施应力时需要张拉的钢绞线根数，检算单根钢绞线张拉后，锚板下混凝土承受的局部压应力值不得超过规定的限值。

2.4 梁體移出生产台座后，继续进行养生，待混凝土强度达到设计强度后，再进行全部预施应力工作。桥梁终张拉时，梁体混凝土设计强度分 别为 C55 时，梁体强度不得低于 58.5MPa、弹模不得低于 36.0GPa，混凝土龄 期不得少于 14 天。同束钢束张拉，应两端同步进行，以油表读数控制为主，钢束的伸 长值作校核，实际伸长值与理论伸长值误差值不得超过6%。终张拉，即将全部钢束张拉至 100%设计应力（包括早期张拉的钢束 也要补拉到 100%的设计应力）。

三、关于预施应力损失问题

钢绞线张拉后，对梁体混凝土建立了预期的预压应力。但由于材料锚板、工艺及断面预应力等原因，钢绞线中的预施应力不可能永远保持在初始预应力的水平上，而是有所降低。总的降低值称为预施应力损失。初始应力减去预施应力损失称为钢绞线的有效预施应力。在设计中检算梁体抗裂性时，只考虑钢绞线中的有效应力。虽然设计规范中对各项因素预施应力损失都规定了具体数据或计算方法，但是在实际施工中，由于各种因素所造成的预施应力损失，未必与设计计算值都能相符。其结果会影响产品的抗裂性，不能符合原设计标准，个别情况下，可能低于设计标准而出现废品。因此，有必要对预施应力损失问题加以讨论。

3.1由于混凝土的收缩和徐变造成的钢绞线预应力损失σs1

混凝土收缩和徐变都会使构件缩短，预应力钢筋也随之缩短，因而引起应力损失。如前所述，混凝土的收缩初期快后期慢，要持续一定时间，收缩量与混凝土水灰比和水泥用量有关，也和石子形状与粒径有关。采用高标号水泥，减少水泥用量，减低水灰比，可减少混凝土的收缩。混凝土的徐变也要持续若干年，试验证明其大小与以下几个方面有关。

3.1.1混凝土的预压应力愈大徐变也愈大；

3.1.2与加载时的龄期或强度有关，龄期不足硬化不完全，徐变就大；

3.1.3与受压后的急变（即弹性压缩）大致成线性关系；

3.1.4与水泥用量、水灰比以及硬化时环境的湿度等因素有关。这方面结合实际情况的试验资料不多，设计取值可能与实际有差别。

3.2钢绞线松弛造成的应力损失σs2。钢绞线长期在承受拉应力的条件下，其长度虽可视为固定不变，其中应力值随时间的推移而有所降低，即由于钢绞线松弛会产生预应力损失。钢绞线松弛与钢绞线的成分、加工工艺、初应力的大小和预施应力工艺等因素有关。钢绞线松弛在预施应力初期即大部分出现，以后渐慢渐止。

3.3钢绞线回缩和锚板变形引起的钢绞线应力损失σs3。分析实际测试结果，与现规范规定值是接近的。

3.4钢绞线与预留孔道间的摩阻力引起钢绞线中的应力损失σs4。后张梁中钢绞线在梁体内接近抛物线进行布置。一根钢绞线的走向可以分为直线走向与曲线走向两部分。理论上直线部分与孔道间不会产生摩阻力，但实际上孔道并非絕对顺直，会出现较小的摩阻力。曲线部分则由于钢绞线张拉时对孔壁存在正压力，从而产生甚大的摩阻力。

3.5混凝土弹性压缩引起钢绞线中应力损失σs5。在后张梁中，由于钢绞线分批张拉，后批张拉的钢绞线导致混凝土压缩变形，梁体缩短导致前批张拉的钢绞线应力降低。因此形成预应力损失σs5。实际混凝土的弹性模数可能与规范中取值不能完全符合，不会对梁体抗裂性产生重要的影响。

3.6钢绞线与锚板口之间的摩阻造成的预应力损失σs6。取值为千斤顶拉力之6～7%偏大一点，以策安全。

上述各项应力损失σs3、σs4、σs5和σs6是在预施应力后就出现了的，σs1和σs2则是长期逐渐减慢最终停止完成。总的应力损失是各项损失之和，各项损失值的波动和出现的机率会造成总应力损失很大的波动。因此为了比较好把握住预应力损失的最接近实际的数值，在施工前就必须对各项损失作必要的测定，条件不具备时，至少也需了解适当的间接资料，最后估定总损失而调整预施应力的安装应力值。然而这样仍不免在很大程度上掺入主观因素不免失误。因此有必要再首制产品中抽样作静荷抗弯抗裂性试验。这种综合性的检验，对确保产品质量是很重要的。

施工中预施应力计量工作也会出现甚大的施工误差。实际综合各项影响预施应力的误差可达5%。故在作静荷载试验用以鉴定产品质量时，所取加载抗裂安全系数应比设计计算值降低0.05。否则在作鉴定性试验时，一旦混凝土开裂后，混凝土抗拉强度丧失，梁体抗裂性因此大为降低而成为废品。

四、结论

当梁体混凝土经养生后达到规定强度后，应及早进行预施应力工作。因为在预施应力前梁体混凝土很可能由于收缩而产生横向裂缝，从而丧失其抗拉强度，会导致梁体的抗裂性大大降低而成废品。负责施工者不可不加注意。

参考文献：

[1]《预制后张法预应力混凝土铁路桥简支T梁技术条件》（TB/T3043-2005）

[2]《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》（铁科技[2004]120号）