重载铁路后张法预制T梁上拱变形的分析与控制

[摘 要]本文结合晋中南桥T型梁施工情况，对影响T梁上拱变形的各因素进行分析，找出关键因素，给出了一套对控制T梁上拱过大行之有效的方法和措施，确保长期存放T梁上拱值在规定范围内。给出了弹性上拱及徐变变形的理论计算方法，计算结果与实际测量结果吻合度高，可对以后新建梁场的台座预设反拱值提供参考依据。

[关键词]简支T梁；上拱度；重载铁路

中图分类号：TU8；TU75 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0107-01

1、概述

随着桥梁施工技术的不断发展，后张法预应力混凝土T型梁以其标准化、现场预制施工方便和经济效益性好，被广泛应用于重载铁路桥梁工程建设项目之中。但是后张法预制T梁为提高梁体承载力而施加的高预应力值却引起了梁体上拱度偏大的情况，加之存梁期间没有二期恒载的作用，T梁处于应力释放状态，存期内徐变影响较突出，如果时间较长会使上拱度更大，进而影响桥面设施的平顺性、通车安全性等一系列问题。

引起T梁上拱的因素很复杂，涉及原材料、施工、T梁存放、环境温度等多方面。本文结合山西中南部铁路通道临沂制梁场T梁预制，给出了弹性上拱及徐变变形的理论计算方法，对各因素进行分析，找出关键因素，并提出了一套对控制T梁上拱过大行之有效的方法和措施。

2、T型梁上拱变形的影响因素分析

后张法预应力简支T梁上拱变形主要包括两部分：弹性压缩变形和徐变变形。由于施加预应力所产生的不均匀压缩变形是T梁上拱形成的直接原因，而混凝土的徐变收缩会进一步增大T梁的上拱变形，因此影响因素主要包括预应力、混凝土、T梁的截面特性及存放环境等。

（1）预应力影响因素：采用的张拉工艺，预应力大小的控制，施加预应力时混凝土的龄期、强度、弹性模量。预施压应力的应力施加时间越长或越早，梁体上拱度就越大；临沂制梁场采用二次张拉工艺可延长终张拉龄期，使混凝土的强度和弹性模量充分增长，减少弹性上拱及徐变收缩变形，初张拉可有效减少T梁收缩裂纹，提高T梁的耐久性；预应力大小对T梁弹性上拱起到决定性作用，施加的预应力越大，梁体的上拱值就会越大，反之亦然；摩阻损失会导致预应力的减小，如果计算摩阻损失偏大，则计算的锚外控制应力越大，产生超张拉，上拱值增大，反之，会导致钢绞线有效应力不足，影响受力，所以尽可能精确测量摩阻很有必要；施加预应力时混凝土的龄期越长，在相同的养护条件下混凝土的强度及弹性模量会越大，则张拉弹性上拱及徐变收缩越小，所以配装同一孔的各梁浇筑混凝土日期及预加应力的龄期相差不宜超过6天，以免导致安装后相邻梁体间的上拱度偏差较大，施工中要多加注意。

（2）混凝土影响因素：混凝土浇筑工艺，混凝土原材料及配合比，混凝土养护方式等。混凝土的质量主要对强度和弹性模量产生影响，进而影响混凝土的徐变。一般的，混凝土的强度和弹性模量越高，梁体上拱度就越小，反之亦然。徐变主要来自硬化的水泥石，粗骨料对水泥石的徐变起到约束作用，这种约束作用取决于粗骨料的强度和所占的体积含量，强度越高、所占比例越大，徐变越小；徐变还与水灰比、水泥用量有关；振捣密实及养护好的混凝土的徐变量小，常温下养护的T梁徐变比通过蒸汽养护的T梁的徐变大。

（3）T梁截面特性影响因素：T梁的长度、自重、跨中截面惯性矩等。在相同的截面尺寸下，T梁长度越长、自重越大，为克服自重及保证受力性能所施加的预应力也就越大，T梁的弹性上拱值就越大。跨中截面惯性矩越大，则抵抗变形的能力会越强，弹性上拱会变小。

（4）T梁的存放方式、存放时间、存放时环境的温湿度等。在相同条件下，单层存梁上拱值大于双层存梁；存放支点间间距越大，自重产生的作用效应越大，T梁的上拱值越小；在未施加二期恒载条件下，存放时间越长，T梁上拱值越大。影响徐变最主要的外界因素之一是混凝土周围环境空气的湿度、温度。相对湿度较低时混凝土徐变较大。

3、T型梁上拱变形理论计算

在挠度计算中，做以下几点基本假设：

（1）把预应力视为作用在T梁上并随时间变化而变化的外荷载。忽略T梁内钢筋对混凝土材料的不均匀影响因素，将T梁视为均质材料构件；

（2）计算梁抗弯刚度时，采用全截面的换算惯性矩；

（3）混凝土弹性模量是随时间增加而增加的，为了简化计算，在挠度计算过程中采用不变的抗弯刚度，即；

T梁在预制及存放过程中产生的挠度变形主要由2部分组成：预应力产生的上拱值（）梁体自重产生的挠度（），并考虑徐变影响，即

预应力产生的上拱度可分三部分进行计算，传力锚固时的上拱度、预应力损失引起的挠度变化和混凝土徐变引起的挠度变化

式中为减去预应力损失后剩余有效预应力产生的上拱值；为混凝土徐变系数最终值。

考虑徐变影响后，简支梁跨中挠度计算式：式中为梁的计算跨径；为挠度系数，计算中；为自重产生的跨中弯矩；为混凝土弹性模量；为构件全截面的换算截面惯性矩。

4、工程实例

山西中南部铁路通道临沂制梁场承担T梁预制任务7304片，主要生产32m、24m跨度T梁。梁体混凝土强度等级C60、预应力筋采用公称直径15.2mm的钢绞线，抗拉强度为1860MPa，弹性模量为MPa。纵向预应力筋锚具采用夹片式锚具。以32米直线边梁为例，按90天上二期恒载计算，预设40mm的预拱度（考虑到终张拉30天至90天期间，由于徐变作用的影响，T梁的上拱值仍会增长）。

以下为梁场20片32米边梁的实测弹性上拱（表1）：

通过上表实测数据说明梁体预留反拱满足设计要求。

5、结束语

（1）徐变引起的上拱变形是不容忽视的，应采取相应措施，使预应力T梁上拱值满足设计相关要求，保证线路的平顺稳定，保证行车的安全与舒适。

（2）通过预设台座跨中反拱值，结合本文理论计算，可充分保证T梁上拱值在规范允许范围内。

（3）在施工中，为使T梁获得较大的强度和弹性模量，降低上拱度，需在满足设计要求的前提下尽量减小水灰比。

（4）尽量增大存放支点间距离是减低T梁存放过程中上拱过大一个行之有效的方法。

在以上提到的一些方法中预设反拱是消极的、被动的和治标的方法，是针对可能产生的上拱所采取的措施。而精确控制预压应力、推迟张拉龄期以及采取适当的施工措施则是比较积极、主动的和治本的方法，因为它们可以直接减小徐变上拱度，两类方法可以同时采用。

参考文献

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[3] TB/T3043-2005，预制后张法预应力混凝土铁路桥简支T梁技术条件[S].

[4] 施工图纸《晋中南桥2103》中铁工程设计咨询集团有限公司[Z].