50m预应力混凝土T梁侧弯的施工控制技术

摘要：通过本辽高速公路辽中西互通式立交桥的施工实践，分析了50m跨径预应力混凝土T梁在施工中产生的侧弯原因，并提出相应的技术处理方案，有效的保证了现场预制梁工程质量，为同类型大跨度T梁工程提供了施工经验。

关键词：预应力混凝土T梁；侧弯；原因；防治措施

中图分类号：TU37文献标识码： A

1 工程概况

辽中西互通式立交处于辽宁中部环线高速公路本溪至辽中段第19合同段内，辽中县西南侧卡力马南下湾子村附近，其主要功能是为沈山高速公路和本辽高速公路之间互通而设置的枢纽型立交。本立交桥采用变型涡轮型立交方式，共设匝道8条，匝道全长9508.538米。主线桥中心桩号K114+238.140，桥梁全长1278.9米，共51孔。本立交桥装配式预应力混凝土T梁共计107片T梁，其中20片50mT梁，87片30mT梁。预制T梁采用C50混凝土，弹性模量Eh=3.5×104MPa，混凝土强度达到100%，龄期14天后张拉预应力钢束。钢绞线采用Φs15.2高强低松弛钢绞线，标准强度1860MPa，锚下张拉控制应力1395 MPa。每束钢丝控制平均张拉力Ny= 189.5KN。

现场施工点按设计要求张拉50 m T形梁时，发现梁片均出现不同程度的侧向弯曲。尤其是边梁的侧弯变形尤为严重。经现场测量，最大的跨中侧弯值达8.4 cm。这种异常的侧弯现象会引起梁体重心的偏移，降低梁体承载力，缩短梁体使用寿命，严重影响梁体的结构安全以及架梁时的稳定和施工安全[1]，必须尽快解决。

2 侧弯原因分析

2.1 结构形式的影响

50mT梁截面尺寸见图1所示。经计算，50mT型梁跨中截面绕弱轴(y-y轴)方向惯性矩Iy=1066458cm4，绕强轴(x-x轴)方向惯性Ix=10501226cm4。梁体长细比大，侧向抗弯刚度小(腹板中间厚度仅为22cm，横向刚度与侧向刚度之比EIx∶EIy=9.85∶1)；桥梁平面弧线要求T梁外侧翼缘板横桥向长度不等，从而造成梁的刚度不对称，决定梁内、外侧的刚度主要是翼缘板，横隔板之间由于没有拉结作用，预制横隔板造成的重心偏移对侧弯控制影响不明显。

图1T梁横断面图

2.2 预应力张拉工艺的影响

50mT型梁端部断面底部的“马蹄”形部分断面尺寸为76cm，N4和N5钢束间的间距仅为36 cm，目前后张法采用的大吨位穿心式千斤顶外形尺寸大于30 cm，使得在端部断面并排放置两个千斤顶成为不可能，因而不能同时张拉各对称钢束。因此在实际张拉过程中对于N4和N5号钢束只能是先后张拉，先拉最左边的钢束，使主梁在瞬时获得了一个附加偏心矩M，在偏心矩M作用下，梁会产生侧向弯曲变形，即产生侧向挠度f，并伴随着细微裂缝的出现，严重影响了主梁的使用质量。

2.3 钢绞线定位偏差的影响

钢绞线的位置由空间x、y、z三个坐标固定，固定点的三维方位偏差对预应力钢绞线的精确定位产生较大的影响。假定预应力钢束由于安装偏差均偏向一侧，偏离其形心轴距离为e，故在张拉预应力时，对y轴产生附加偏心弯矩，根据材料力学[2]中的梁的侧挠曲线近似

微分方程得:

为简化分析，作以下两个假定：①T梁为等截面的直梁，其EI值为一常量；②弯矩M(x)在梁长范围内为一定值M。则二次积分得：

即

根据边界条件，时，；时，可求得积分常数，

代入上式的梁的侧绕曲线方程为，当且仅当时，跨中截面最大侧

绕曲值为。式中：为梁体刚度，根据规范；为预应力钢束的整体安装偏差引起的张力附加弯矩，；为张力时梁的长度。由计算可得该50mT梁最大侧弯值为

即预应力钢束整体安装偏差1cm，梁体将产生2.226 cm的侧向弯曲。由此可见对于长细比大，腹板薄、侧向刚度较小的T梁，钢绞线的定位误差将严重影响梁的侧弯。

2.4混凝土强度的影响

在T梁张拉施工中，张拉时间以浇注混凝土的强度决定。目前主要以混凝土试块强度为准。由于主梁混凝土体积较混凝土试块大，同期养护时试块达到混凝土设计强度而主梁强度可能没达到100%混凝土设计强度。在这种情况下进行张拉施工，混凝土强度不足，张拉时混凝土的非弹性变形大，侧弯值大。文献[3]通过实测某大桥30 mⅠ字梁侧弯值随混凝土强度的变化数据，表明混凝土强度越高则侧弯程度越小。

2.5 T梁的存放时间

预制梁在梁场存放的时间越长，由于混凝土徐变，钢绞线松弛和应力重分布而引起的梁体侧弯变形就越大[4]。因此，要求预制梁在梁场的时间控制在60d以内，并且T梁架设完毕后，应尽快联结各梁之间的横隔板以增加其横向约束，防止其继续侧弯。

3梁体侧弯的控制措施

针对上述对梁体侧向弯曲变形的原因分析，考虑到问题的特殊情况，主要从以下几方面处理措施来控制T梁的侧弯。

3.1 调整张拉程序

改进施工张拉工艺，采用“分级循环张拉法”，对各对称钢束进行张拉施工。具体方法为：在张拉各对称钢束时不一次张拉到位，而是分多次进行循环张拉，即先将左边束拉到Ny/4后，再将右边束拉到Ny/4，依次循环进行，直至拉到设计要求的应力为止。这样就把偏心力大大的减小了。为了配合预应力钢束张拉随时提供梁侧弯变化的数据，在梁的1/4梁长处、1/2梁长处定出3个监测点，在张拉过程中专人进行监测，预应力钢束张拉进行张拉力和伸长量的双控。对于边梁应先张拉没有横隔梁一侧的钢束，使主梁弯曲趋向有横隔梁一侧。由于有横隔梁侧的主梁刚度较无横隔梁一侧大，故可减少主梁的侧弯。通过梁实测侧弯数据分析，实行分布张拉控制程序，梁侧弯值明显减少，达到预期目的。

3.2 保证了孔道位置准确

为了提供钢绞线的精确定位，提高梁的模板的加工精度，严格检查尺寸、平整度，使平面形状符合设计要求；台座施工、梁的钢筋骨架等工序采用三位坐标进行控制，并通过在梁侧模上画出一些控制点进行校核；对于放样完成及时固定，由专人对钢筋骨架、波纹管的定位进行验收，合格后方可进行下一步工序；在混凝土浇注过程中，避免插入式振捣器对波纹管和钢筋的横向扰动，并随时检查和校正。

3.3 严格控制张拉时混凝土

现有主梁张拉混凝土强度为100%混凝土设计强度，应严格按设计要求进行主梁张拉强度控制。在工期允许的情况下，不但要考虑主梁混凝土强度同时应考虑一定混凝土龄期，这样才能保证梁体混凝土确实达到100%的设计要求。在施工中，统筹安排混凝土张拉工期，避免过早张拉。

3.4 减少主梁与梁底之间的摩阻力

主梁预制施工中，应加快钢筋绑扎及混凝土浇筑时间，减少主梁底座上所涂脱模剂凤干，如果底座上已风干应浇水湿润后浇筑混凝土，是浇筑的主梁与底座之间采用有一定弹塑性材料（木板或硬质胶板）制作。可加速梁端张拉力的传递过程，使张拉力尽快传给梁体本身。

4结语

采用上述处理措施对后面50m预应力T梁进行施工，T形梁体的侧弯得到了很好的控制。对于大跨度预应力混凝土T梁，其制作工艺较为复杂，结构长细比较大，侧弯值超标是其制作过程中较为普遍的问题。通过认真分析T梁在张拉过程中的受力情况，找准了导致侧弯的问题所在，采取了相应的处理措施来控制梁体的侧弯，这对于今后在桥梁施工及设计工作中都是有借鉴作用的。

参考文献

[1] 高九亭,吴连雄等.50mT梁架设施工体会[J].公路.2002.5.

[2] 范钦珊,殷雅俊.材料力学[M].清华大学出版社.2005.

[3] 张美良.后张法预应力梁张拉时产生侧弯的原因与防治措施[J].中南公路工程.2001,26(2).

[4] 陈惠玲.高效预应力结构设计施工实例[M].中国建筑工业出版社.2002.