高铁连续梁预应力损失控制技术探讨

高铁连续梁预应力损失控制技术探讨

郭金勇

中铁十一局集团第一工程有限公司湖北省441104

摘要：结合郑阜铁路郑许特大桥跨县道001(40+56+40)m连续梁悬浇施工，根据各悬浇段预应力张拉施工工艺、数据分析结果，阐述了预应力混凝土结构预应力损失原因和计算方法，重点介绍降低预应力损失的技术控制措施，可供预应力施工时参考。

关键词：高铁连续梁；预应力；损失控制；技术探讨

1工程概况

郑阜高铁河南段ZFZQ-1标段郑阜大桥(40+56+40)m预应力混凝土连续梁采用悬臂施工，节段包括0号块、1号至6号悬浇段、两个边跨合龙段、一个中跨合龙段，节段预应力单独张拉。纵向预应力筋采用1×7-15.2-1860-GB/T5224—2003预应力钢绞线，标准强度fpk=1860MPa。锚固体系为自锚式拉丝体系;采用YCW450型千斤顶两端张拉锚固，张拉力控制采用油压和伸长值双控。预应力张拉程序:0→0.1σk(做伸长量标记)→0.2σk→σk(静停5min)→补拉σk(测伸长量)→锚固。

2预应力损失控制因子分析

2.1张拉端锚具变形及预应力筋内缩

直线预应力筋由于锚具变形和预应力筋内缩引起的预应力损失根据实测值确定。曲线或折线预应力筋由于锚具变形和预应力筋内缩引起的预应力损失，根据曲线或折线预应力筋与孔道壁之间反向摩擦影响长度范围内的预应力筋变形值等于锚具变形和预应力筋内缩值的条件确定。

2.2预应力筋的摩擦

预应力筋与孔道壁之间的摩擦，张拉端锚口摩擦引起的预应力损失。

2.3混凝土的收缩徐变

梁体混凝土在水化凝固过程中体积的减小以及在长期荷载作用下的变形表现为梁体缩短，导致预施加的应力减小，引起预应力损失。

3理论数据分析

3.1张拉端锚具变形及预应力筋内缩数据分析

直线预应力筋由于锚具变形和预应力筋内缩引起的预应力损失σ1根据式(1)计算

式中:ci为第i个管道对应的值，ci=－ln(P2/P1);li为第i个管道对应的力筋空间曲线长度;θi为第i个管道对应的力筋空间曲线包角(rad)，n为实际测试的管道数目，且不同线形的力筋数目不小于2。实际测试的数据代入式(12)，联立求得摩阻系数μ和偏差系数k。

4.3控制混凝土收缩徐变措施

根据式(6)、式(7)，要控制好受拉区、受压区预应力筋合力点处的混凝土法向压应力σpc，σ'pc，就必须控制好锚具坐标及混凝土外观结构尺寸，在普通钢筋安装时严格定位预应力孔道坐标及锚具安装位置。要控制好施加预应力时的混凝土立方体抗压强度f'cu。在梁体混凝土浇筑时，根据不同浇筑部位现场做混凝土试块进行同条件养护，在混凝土龄期达到要求后进行试块抗压试验，确保梁体混凝土强度达到要求。施加预应力时，梁体混凝土强度不宜低于混凝土强度等级的95%，合龙段不应低于100%。要控制好受拉区、受压区预应力和普通钢筋的配筋率p，p'，在梁体普通钢筋绑扎时严格控制结构钢筋型号及数量，确保结构钢筋型号正确，最小配筋率不宜小于规范要求，同时确保预应力钢绞线型号及根数符合设计要求。

5技术控制数据分析

5.1控制张拉端锚具变形及预应力筋内缩措施

在0号块T1，T8，F1，F2张拉后，选取T1，F1束在各根距离锚具10cm钢绞线位置处用红油漆做标记，在24h后，测量各根钢绞线a值，见表1。钢束T1线形为直线，总长9m。钢束F1线形为曲线，长2.47m，曲率半径为6m;F1钢束线形见图1。

图1F1钢束线形(单位:m)

直线钢束T1的a值为a1=(3+2+2+3+2+2+3+2+2+3)/10=2.4曲线钢束F1的a值为a2=(2+3+2+2+2+3+3)/7=2.4将直线钢束T1实测值a1值代入式(1)得出预应力损失值为σ1=2.4×1.95×105/9000=52MPa曲线束F1预应力损失分两部分:曲线部分及直线部分，下面分别计算。1)曲线部分预应力损失根据式(2)、式(3)分别计算反向摩擦影响长度lf，预应力损失σ'1，计算过程如下。lf=［2.4×1.95×105/(1000×1302)×1/(0.2656/6+0.00231)］0.5=2.778mσ'1=2×1302×2.778×(0.2656/6+0.00231)×(1－1.237/2.778)=186.9MPa计算式中计算截面取曲线中截面，x取2.474/2=1.237m。

x=1237mm＜4230mm，σ'1=186.9MPa。2)直线部分预应力损失σ1=2.4×1.95×105/4230=110.6MPa可见曲线预应力损失远远大于直线预应力损失。曲线束F1总的预应力损失为σ2=186.9+110.6=297.5MPa调整后的张拉控制应力为σT1=1230+52=1282MPa根据《混凝土结构设计规范》10.1.3-2得1282&pide;1860×100%=68.9%＜70%。σF1=1302+297.5=1599.5MPa根据《混凝土结构设计规范》10.1.3-2得1599.5&pide;1860×100%=85.9%＞70%。0号块右幅T1，F1伸长量实测值抽样数据见表2。

5.2控制孔道摩擦系数措施

T1，F1束采用图纸给定的张拉控制应力1230MPa，1302MPa及μ=0.23，孔道偏差系数k=0.0025计算出的钢束伸长量Δ1分别为28.3，29.3mm(见表2)。

T1，F1束采用经调整后的张拉控制应力σT1=1282MPa，σF1=1599.5MPa，且采用式(12)计算出的μ=0.2656，孔道偏差系数k=0.00231计算出的钢束伸长量Δ2分别为28.2，29.1mm(见表2)。T1，F1实测伸长量Δ3分别为27.4，29.4mm(见表2)。实测伸长量采用三部分相加:100%的伸长量减去10%的伸长量、20%的伸长量减去10%的伸长量和实测a值。钢束T1实测伸长量Δ3=(21－4+2－3)+(13－4+3－3)+2.4=27.4mm。误差δ=(28.2－27.4)&pide;28.2×100%=2.8%＜［δ］=6%。钢束F1实测伸长量Δ3=(25－5+2－3)+(14－5+2－3)+2.4=29.4mm。误差δ=(29.4－29.1)&pide;29.1×100%=1.0%＜［δ］=6%。

5.3控制混凝土收缩徐变措施

预应力施加时混凝土龄期≥5d。张拉前测定试块抗压强度、弹性模量，混凝土强度达到C50的95%、弹性模量达到100%。使混凝土徐变终极值尽可能小，以减小梁体变形量，减小预应力损失。减小水泥用量、优化配合比。混凝土的徐变主要由水泥浆的徐变引起，在相同水灰比情况下，徐变变形随着水泥用量的增多而变大;水泥量一定时，随着水灰比的增大而增加。应严格材料计量。优选粗骨料，提高粗骨料含量。强度高的粗骨料在混凝土收缩徐变中起约束作用，粗骨料弹性模量越大、每方混凝土中粗料含量越大，则抑制徐变的效果越好。

6结语

该连续梁各节段采用经设计院调整后的张拉控制应力张拉各束，且对采用调整后控制应力计算的伸长量进行了复核，减小了连续梁张拉控制应力损失。在各节段张拉过程中，数据的真实性可靠度较大，经抽样各钢束伸长量与计算伸长量均在规范允许误差范围±6%以内，确保了连续梁施工质量。预应力混凝土梁、板结构等，在张拉过程中，由于受到张拉端锚具变形及预应力筋回缩、预应力筋摩擦、混凝土收缩徐变等因素影响，造成预应力损失较大，且曲线段预应力损失比直线段预应力损失大得多。由于预应力损失导致结构物内部应力混乱，因此结构物不能达到设计意图。找对造成预应力损失的因素，制订相应的对策，经理论分析、实物及模型试验、设计计算优化，可以消除或减小预应力损失，确保结构物内部应力均匀和施工质量。

参考文献

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