铁路后张法预应力混凝土简支T梁上拱变形的分析与控制

2018-02-04王林

智能城市 2018年2期

王林

中铁七局集团武汉工程有限公司，湖北武汉 430000

混凝土简支T梁上拱变形对铁路使用质量起着至关重要的作用，而反拱设计可以大大提高铁路的硬度和强度，消除当前铁路事业中最大隐患，加速我国交通网络发展，促进各地经济贸易往来。

1 T型梁上拱度形成

通常，混凝土T型梁受到预施压应力的时候，会产生一个向上的阻力以及一个向下的重力。根据力平衡原理，一旦向上产生的阻力大于自身的重力，整个T型梁就会产生一个向上的力，拱度也就此产生。力改变了T型梁的自身形态，并且压应力大部分都会作用于梁体的截面，时间一长就会出现偏心压力，长期处于高压应力状态，则会使得梁体出现一定程度的上拱。由此可以得出，随着与应力的增大，梁体的混凝土也会出现一定程度上的压缩变形。所以说预施压应力对T型梁产生力的性质是T型梁上拱度形成的直接原因，同时不同程度压缩形变也就成为工作中需要解决的点[1]。

铁路预应力T梁静载试验是通过对预制好的T梁直接加载，即是将静止的荷载力作用到预制T梁指定的位置，并且要观察桥梁结构的静力位移、应变以及裂缝等方面的变化情况，再根据相关要求最终判定出桥梁结构能够承载的压力极限，还有其具体的工作性能，从而使得桥梁结构的施工质量能够得到保障。

预应力混凝土T梁是根据设计图纸、设计荷载及铁道部行业标准，计算出T梁的试验荷载，并且根据具体情况进行等级语，位置重量方面的加载，还要计算得出在各级试验荷载的作用下，桥梁结构各测点的所产生的具体反反应，以便能够和后期的实测值进行比较。通过直接对预制T梁进行加载，并且结合各种仪器检测出梁体的应变与挠度，最终确定下来梁体会在外力作用下发生哪些变化，以及梁体的整体工作状态。预应力混凝土T型梁的上拱度通常都是由于预施压应力产生的上挠度和梁体自重产生的下挠共同作用所造成的，下挠度值小，但是上挠度值却比较大，两者共同作用就会使得梁体出现一定的上拱度。又因为T型梁的压应力都是集中在梁体截面上而导致了偏心压力，偏心受压就会让预压区的混凝土处于一种高压应力状态，这势必会导致梁体形成一定的上拱度。通常情况下，预压应力越大，梁体混凝土的压缩变形也会越来越大。因此，造成T型梁上拱度形成的直接原因就是预施压应力对梁体所产生的不均匀压缩变形。

2 T型梁上拱度的影响因素

2.1 预施压应力

预施压应力对T型梁上拱度影响主要在于压力的大小和压力施加的时间。当施加的力度超过T型梁的承受范围，其拱度也会到达一个极限值，一旦受到外力的冲击就很容易破坏原有的结构。而在T型梁压力承受范围内压力越大，其拱度变形越大，其稳定性也在不断的降低。压力和时间共同施加，则更容易加大T型梁压缩变形程度[2]。

2.2 混凝土的强度和弹性模量

在施加压应力的时候，梁体混凝土强度以及弹性模量都会对上拱度造成影响。一般情况下，只要混凝土强度高，弹性模量也高，梁体的上拱度就会逐渐变小。铁路T梁场产品标准TB/T3043—2005规定张拉三控，即砼强度、弹模均应达到设计要求，混凝土龄期不少于14d，而实际的情况却是，梁体混凝土的弹性模量的增长速度要比强度的增长速度慢得多，并且持续时间还更长，比如进行混凝土浇筑之后，如果马上对梁体进行预应力，这虽然会让梁体混凝土的强度快速提升，但是也会让梁体的上拱度大幅增加。因此，在施工过程中一定要注意对混凝土弹性模量的把握，在混凝土达到28d龄期或者弹性模量能够符合相应值，然后再对梁体施加预应力，这样才较为合适。

2.3 抽拔棒质量控制

铁路T梁采用橡胶抽拔棒成孔时，进场橡胶抽拔棒必须有出厂合格证，现场要进行严格的外观检查，日常生产过程中每使用5片梁后需对橡胶抽拔棒进行外观检验，若管径减小4mm以上，或表面脱胶分层应立即更换。施工过程中，要由下往上将抽拔棒穿入端模并将端模支承于底模端头，用人工将其拉直，同时认真理顺抽拔棒，切实保证端部抽拔棒顺直，进行精确定位。因端头钢筋较多，安装模型时一定要注意不能将橡胶抽拔管挤弯或者划伤，不然将会对橡胶抽拔管的使用造成一定的影响。

2.4 张拉压浆

张拉时要严格按设计要求控制张拉力，张拉力过大，易使梁体产生微裂缝，影响梁体的质量，严重时导致钢绞线崩断，造成安全事故。张拉力偏小，梁体拱度不足，影响梁体的承载能力，进而影响桥梁质量。压浆要及时，以减少预应力的损失，保证梁体有足够的拱度，以满足桥梁设计要求。

2.5 梁体的存放时间和混凝土的浇筑质量

如果梁体预施应力存放时间太长过而没有受到外荷载，其上拱度就会上升，特别是在混凝土的特性较大的时候更加明显；梁体混凝土的浇筑质量太差的话也会增加混凝土的收缩徐变特性，这会造成梁体的后期上拱度增加，因此，在施工过程中一定要留心这方面的问题[3]。

2.6 其它方面

梁体的存放悬臂长度、预施应力的精确度以及孔道及锚口摩阻等等都会对梁体的上拱度造成一定的影响，但是在一般情况下这些因素的作用表现得不太明显罢了。

3 T型梁上拱度的控制措施

3.1 T型梁上拱度过大产生的影响

尽管梁体的上拱度是因为梁体的正常预施应力所造成的，上拱度过大通常也不会对梁体自身的受力特性造成太大的影响，但是上拱度过大就会出现一系列问题，比如：增加或者降低了桥面设施的标高，原设计当中的设计参数会发生变化；桥面铺装层的混凝土厚度将会变得不够均匀，薄厚分布不均不仅会使得荷载力加大，还会造成材料的浪费；会对梁体预制以及安装施工的控制产生不利影响；上拱度超出一定的范围将会对桥梁的美观性产生一定的影响等。

3.2 反拱的设置与调整

要想让T型梁的上拱度控制在一定的范围内，就要根据其影响因素在具体的施工过程中从多个角度进行控制，让其能够满足相关的设计要求与施工技术规范。为了能够将T型梁的上拱度控制到有效范围内，最为有效可行的手段就是在梁体预制阶段进行合理地反拱设置，这样就能够将梁体产生的部分上拱度抵消掉。反拱指的是在梁体的长度方向所设置的和上拱度方向相反的反向拱度，通常都是设置在预制台座上的，这是为了能够让梁体的设计断面尺寸不变，一般都是在底模与侧模板上进行相同线形拱度的设置，在制梁台座建设初期按经验值L/1000进行设置反拱，后期根据混凝土弹模、终张后30天的上拱情况进行调整。由于T型梁预应力筋位置的孔道是需要进行预埋的，所以孔道对底模的位置与高度就需要梁体断面的尺寸和相关钢筋与设计要求保持一致。所以，设置反拱后梁体受力特性将不会发生变化，这将是一种能够行得通的施工工艺。要想将结构拱度控制到合理范围，就要从两方面进行，一方面需要控制好材料，包括对钢筋、混凝土以及灌浆材料等材料的控制；另一方面则需要将施工与使用过程中的预应力损失尽可能控制到允许范围内。对钢绞线的要求钢绞线中有效预应力主要会受到张拉控制应力作用的影响。但是，由于预应力结构会在施工过程中或者使用过程中发生不同程度的预应力损失，要想进一步提升有效预应力，就一定要运用钢绞线。

3.3 对混凝土的要求预应力混凝土要求

采用能够匹配高强度钢筋的混凝土才可以保证充分发挥出钢筋和混凝土共同的强度水准，从而将结构自重和截面的尺寸降低到一定的范围来满足预应力结构大跨径的要求。同时，混凝土的弹性模量也会因为强度的增加而发生改变，这样的话，高强度的混凝土的弹性与塑性变形也会发生随之变小，这样就能够相应地减小预应力带来的损失。此外，高强度的混凝土也会发生强度比较高的特点，这样会有利于后张法在施工中尽快发生预应力的变化，先张法中也能够尽快发生放张变化，从而改变构件的生产效率以及提升施工设备利用率。