关于预制T梁锚下预应力损失控制的研究

蒙明俊，杨荣辰，王 鹏

(1.贵州高速公路集团有限公司，贵州 贵阳 550000；2.浙江交工宏途交通建设有限公司，浙江 杭州 310000)

预应力技术是预制T梁的关键施工技术，它是根据需要经过预应力筋张拉施加预应力给混凝土获得期望的抗拉性能，对于预制T梁来说预应力好比人类的脊柱，它支撑着来自自身及外部的荷载，但通过以往对锚下预应力的检测发现合格率普遍偏低，严重影响工程项目的全寿命周期。

为保证桥梁预制T梁的质量，进一步规范预制T梁关键工艺的施工和控制，以都匀至香格里拉高速公路六盘水～威宁段某桥梁为依托，通过对影响锚下预应力损失的因素分析和锚下有效预应力损失控制措施的研究，探讨预制T梁关键技术的控制方法，以期对预制T梁施工工艺及施工质量的提高提供一定的理论支持。

1 工程概况

都匀至香格里拉高速公路六盘水～威宁段某桥梁40 m预制T梁采用后张法两端对称张拉，预制T梁预应力钢束采用4×Φ15.20 mm低松弛钢绞线，抗拉标准强度为fpk=1 860 MPa，张拉控制力为0.75fpk=1 395 MPa；采用圆形金属波纹管，摩阻系数μ=0.25；锚具型号为15-8，锚具变形、回缩按6 mm(端)计算。张拉顺序为100%N2→100%N3→50%N1左→100%N1右→100%N1左→100%N4。

2 影响锚下预应力损失的因素分析

2.1 主要影响因素分析

锚下有效预应力是预应力钢筋张拉锚固后扣除锚固损失和弹性回缩等损失后锚下留存的应力。预应力的损失受多种因素影响，经过调查和分析得出主要影响因素如下。

(1)预应力筋与孔道壁之间的摩擦(σι1)、预应力钢束和圆形金属波纹管之间产生的摩擦阻力导致的预应力损失。

(2)张拉端锚具变形和预应力筋内缩(σι2)：张拉过程中因锚具在施加预应力的影响下发生锚具变形和预应力钢束回缩而引起的预应力损失。

(3)预应力筋与台座之间的温差(σι3)：先张法时预应力筋与张拉台座之间的温差而产生的预应力损失。该因素后张法没有涉及，不在此次分析范围。

(4)混凝土的弹性压缩(σι4)；先批预应力锚固端混凝土在后批预应力的作用下发生弹性压缩，导致先批预应力钢束产生相应的应变，进而致使先批预应力的损失。

(5)预应力筋的应力松弛(σι5)：预应力钢束在应力的持续作用下产生松弛，导致预应力的损失。

(6)混凝土的收缩和徐变(σι6)：因混凝土的收缩和徐变引起预应力钢束的收缩，而导致预应力的损失。

2.2 理论预应力损失计算

基于对锚下预应力损失主要成因的剖析，通过计算得到各影响因素的理论预应力损失，结果表1。根据计算结果，理论预应力损失累计达205.60 MPa，损失较大，应进行针对性的控制；其中孔道摩擦损失在各影响因素中损失最大，应重点加以控制。

表1 理论预应力损失计算表

3 锚下有效预应力损失控制措施的研究

根据锚下预应力损失的影响因素分析和各影响因素理论预应力损失的计算得出，预制T梁的锚下预应力损失主要因孔道摩擦损失、锚固损失、弹性压缩损失、应力松弛损失和收缩徐变损失等五项造成，孔道摩擦损失在以上五项因素中损失又为最大。为有效控制以上五项损失因素的影响，现对锚下有效预应力损失的控制措施研究如下。

3.1 孔道摩擦损失的控制措施

(1)预应力管道内壁光滑、管壁牢固，内外面应无锈蚀、油污、附着物、孔洞和不规则的褶皱，咬口无开裂和脱扣；管道无变形、卷曲、渗漏，应通过灌水试验，并有良好的耐磨性、良好的弯曲性能、足够的强度和刚度。

(2)采用定位胎架严格控制孔道安装精度，保证波纹管安装线型的顺适，减少波纹管扭曲带来的摩擦阻力。

(3)为避免管道漏浆造成摩擦阻力的增大，采用塑料胶套热熔对波纹管进行连接，确保接头处连接牢固；增长波纹管定位钢筋，使其在安装定位时焊点远离波纹管，避免管道烧伤出现孔洞导致漏浆。

(4)为杜绝水和杂物进入管道，波纹管管口进行密封保护，确保孔道的畅通和清洁，避免增大摩擦阻力。

(5)预应力钢束按锚孔顺序编号、编束，为避免相互缠绕，每隔1 m左右进行绑扎，确保绑扎牢固、钢束顺直，并采用穿束机牵引穿束。

3.2 锚具变形损失的控制措施

(1)锚具应具有足够的承载力、相应的传力性能，并需通过硬度检验，方可使用。

(2)为防止预应力钢束的回缩造成预应力的损失，夹具应通过静载锚固性能试验，确保其具有良好的自锚性能。

3.3 混凝土弹性压缩损失的控制措施

(1)为有效解决弹性压缩损失，预应力钢束在张拉时预制T梁强度需达到设计强度的80%以上，弹性模量应达到28 d弹性模量的80%以上。

(2)张拉端设置锚垫板和螺旋钢筋，有效抵抗张拉时预应力的施加影响，并能将其传递和扩散，以减少梁端处混凝土的弹性压缩变形。

3.4 应力松弛损失的控制措施

(1)选用符合国家标准的低松弛钢绞线，且钢绞线表面不得有锈蚀凹坑和油、润滑脂等，确保有效控制预应力钢束松弛损失。

(2)采用具备数据管理和联网功能的智能化张拉和压浆设备，可进行数据本地和网络的接收、存储、查询、导出，能实时进行监控、报警，确保张拉和压浆过程中的质量监控。

(3)鉴于预应力钢束的应力松弛在初期发展快速、后期缓慢渐趋稳定，在张拉时通过增加持荷时间，以抵消预应力钢束在初期的应力松弛。

(4)为消除非弹性变形，应合理确定初应力。经试验，40 m预制T梁初应力宜采用20%σcon。

(5)为避免预应力的损失，张拉时按1.05σcon超张拉进行控制，且确保48 h内完成压浆。

3.5 混凝土收缩徐变损失的控制措施

(1)为有效控制弹性压缩损失，应提高混凝土的弹性模量，选用质地均匀、弹性模量高的粗骨料；合理配制混凝土的施工配合比，减低混凝土的水灰比；制定可靠的养护措施，确保混凝土的养护效果。

4 锚下有效预应力的检测比对

经过锚下有效预应力损失措施的控制后，随机抽取5片预制T梁采用复张法进行锚下有效预应力无损检测。通过对应力-位移曲线拐点确定锚下应力点，通过观察曲线斜率变化监控整个检测过程，对被检测预应力体系可达到不破损的效果。

根据检测结果可知，整束最大偏差为2#T梁N3的-3.13%，满足《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)7.12.2第3点：“预应力筋在锚下的有效预应力应符合设计张拉控制应力，两者的相对偏差不超过±5%”的之规定。但同时也发现2#T梁N3单束最大偏差为-10.20%，远超偏差。

5 结 语

预制T梁预应力张拉技术难度大、施工工序多，锚下有效预应力受材料、机具设备以及施工工艺等诸多因素影响，施工中需要有严格规范的操作方法和高效可靠的全过程控制措施。通过对影响锚下预应力损失的因素分析和锚下有效预应力损失控制措施的研究，表明有效的措施可显著减少锚下预应力的损失，但也发现有仍个别预应力钢束的单束偏差值过大，还需在预制T梁的实施中进一步研究锚下预应力损失的控制措施。