高铁箱梁预应力成果现场简易判定与分析

预应力张拉成果现场简易判定与分析
谢继恒
（中铁二局机筑公司德州制梁场 工程部 ）
【摘 要】：选取预应力张拉的一个固定阶段，采集现场实际上拱值与理论计算
值进行对比；再结合静载试验实例分析现场实测值与理论值差异的原因。

并给出本梁场32m 梁的预应力张拉现场简易评定标准。

【关键词】：实测值 计算值 静载试验 结论
本工程预制的箱梁为后张法施工的预应力混凝土结构，预应力钢绞线采用 φ
j
15.24mm(单根截面积1.419cm 2)高强度低松弛钢绞线，标准强度 b
y R 1860MPa 。

预应力
张拉在目前已经是比较成熟的工艺了。

整个施工方案这里就不赘述了。

但是在施工过程中可能出现各种各样的意外情况，我们已经发现并解决各种意外情况，确保预施应力能够有效的施加到梁体上面。

但在张拉完成后我们还必须再次检查施加预加应力的效果，即检验预应力张拉成果，这是我们施工过程中绝对是不可缺的一个重要观测环节。

箱梁采用后张法两端同时张拉施加预应力，待强度及浇筑时间都达到设计及规范要求后预、初、终张分期进行。

在施工过程中我们选用的检测的方法是张拉应力与伸长值同时控制。

在施工终张拉完成后，我们检测的方法是查看由预应力张拉后形成的上拱值与理论计算的上拱值是否符合（本梁场主要预制跨径31.5m 和23.5m 等高、低高三种箱梁，跨径31.5m 的预制箱梁占本梁场制梁指标的百分之九十以上，我们目前观测的也主要是二期恒载为140~160KN 的梁，所以以下我们这里列举这种箱梁的数据进行对比分析）。

以下是本次讨论箱梁类型的预应力钢束信息：
跨度31.5m 箱梁孔道布置图
管道偏差系数K=0.00484
管道磨阻系数u=0.67
单孔绞线回缩量——9孔4.52mm 12孔4.29
[注]管道偏差及管道参数由中铁咨询桥梁工程设计院发回的关于在我们预制现场经摩阻试验得出的高速铁路预应力混凝土简支箱梁管道摩阻、锚口和喇叭口摩阻测试报告（（2009）TJ字第JH009A号）的《回复传真函件》中提供。

这里我们选择的检测方式是：用水平仪观测并记取终张拉引起的跨中实际上拱值，然后与理论计算数据进行对比。

之所以这么选择是因为：
1、预、初张在前期进行。

由于预初张期间箱梁支撑方式不一致等因数，我们根本采集不到完整的张拉过程的上拱值。

2、预初张阶段与终张拉阶段梁体混凝土弹性模量完全不一样，三个阶段有时间间隔，其间混凝土收缩徐变引起的梁体形变不方便观测与记录，所以及时能得到数据，这三个阶段的张拉上拱值也不能叠加作为整个张拉过程上拱的最终数据的。

为了克服误差，我们选取张拉过程中的一个固定阶段观测，时间段为终张拉之前和终张拉完成一天以后。

这么选择的理由是：
1、预初张与终张拉有时间差，几个阶段混凝土的强度与弹模都不相同。

而时间选择在终张拉开始之前与终张拉完成静停一天以后，两次观测时间很接近，混凝土强度与弹模也非常接近，徐变等因素影响也很小。

2、我们选择阶段性观测，观测点更具体，周期短，采集现场数据更及时使方便，做出的结果分析也更准确。

1.现场数据采集
在终张拉之前，我们到梁顶板上选取6个点，做下标记，然后测取终张拉之前的顶板跨中和端头高差。

观测点布置示意图如下：
在现场，我们任意选择两片梁的终张拉前后的数据如下：
260# K518梁观测数据
259# K517梁观测数据
2.理论值计算
箱梁的理论上拱值，采用工具软件计算。

这里选取同济大学出版的《桥梁博士V3.03》，该软件为桥梁设计专用的有限元结构计算软件。

我们完全按照设计数据对箱梁预制阶段的各项参数进行建模，为了计算精确，对总长32.6m，跨径31.5的箱梁，我们设置为30个杆件单元。

建模完成后箱梁三维图形如下：
软件默认混凝土弹性模量为35.5Gpa，在终张拉阶段换用由试验室的来的我们现场终张拉之前的实际弹模数据平均值39.3 Gpa。

预应力筋按照设计指标输入，以下是预应力筋立面效果图：
以下是预初张完成后的理论计算上拱值截图：
固定端端头杆件预初张张拉完成后力学数据
跨中杆件预初张张拉完成后力学数据
活动端端头杆件预初张张拉完成后力学数据
梁体总体上拱值：7.7+0.5=8.2mm
下面是终张拉完成后的计算理论上拱值截图：
固定端端头杆件终张拉完成后力学数据
跨中杆件终张拉完成后力学数据
活动端端头杆件终张拉完成后力学数据
终张拉完成后梁体总体上拱值：22.1+1.4=23.5mm
由以上两表可以看出，在终张拉阶段，跨中的理论上拱值应为：23.5-8.2=15.3mm 由此，我们得到一个结果：13.5<15.3 13.75<15.3，即实际上拱值小于理论上拱值。

那么这里就出现一个问题，为什么实际上拱值小于理论上拱值，是不是张拉过程中引起了预应力损失，并没有达到设计要求的预加应力效果；还是在理论计算中有些偏
差……？
这里我们大胆做了以下分析：
1、预加应力施工中出现问题，没有达到设计要求的预加应力效果。

2、在所有预应力构件的设计计算中，结构主筋除了自身重力之外，都不参与力学计算，但是实际上，结构主筋对结构变形，是要起一定抑制作用的。

3、所有的设计计算都是偏保守的，例如软件默认的混凝土核心抗压强度是50Mpa，但是实际上终张拉阶段我们的混凝土强度至少达到了53.5Mpa，这里都与设计计算的基准数据有一定的偏差，导致结构在荷载允许范围内抵抗弯矩引起位移的能力更强。

3. 静载试验
为了查找这个原因，我们查找了70#梁的静载试验数据，并使用工具软件对成品梁的静载试验情况进行建模计算。

由于静载试验是在混凝土浇筑60天以后，混凝土的各项性能又有变化，其中起关键影响作用的，还是弹性模量。

这里计算的时候，我们采用
静载试验平面荷载分布图 静载试验现场数据摘录
可得静载试验跨中位置实际位移为11.906mm （向下）。

以下是理论计算静载试验的各项力学指标
固定端静载试验力学数据
跨中静载试验力学数据
活动端静载试验力学数据
理论计算跨中竖向位移为14.7+0.1=14.8mm（向下）
这里也得到结果：14.8>11.906 实际数据小于理论计算数据。

由此可得，并不是施工过程中存在问题导致预应力损失，而是在梁体中确实存在一些因素可以在结构允许的荷载范围内对结构变形起一些制约作用的。

由于在现场终张拉前后我们使用的是普通水准仪观测标高，测量过程中关于标高的取值不能读到太精确，不能很精确的归纳出这种制约作用的线性变化关系，但是凭借以上数据，我们也可以大胆的尝试着计算一下我们现在预制的跨径31.5m梁的这种制约作用对于跨中位移的影响关系。

以下列举这三片梁的不确定因素引起的跨中位置值与理论计算有差异的具体分析数据（由于两个阶段的E值（弹性模量）不同，所以分开来列）：
E=39300Mpa阶段（终张拉时间）
E=42300Mpa阶段（静载实验）
可见，这种因素引起的偏差在结构荷载允许范围内大概每20000~26000KN.M会导致结构的跨中位移理论计算值大于实测值1mm。

4.结论
在这里我们能明确的得出一个结论：我们在现场观测的标准就是终张拉前后的实际上拱值略小于理论计算的上拱值15.3mm。