后张梁预应力损失的研究

孙金更

(1．中国铁道科学研究院标准计量研究所，北京100081;2．国家铁路产品质量监督检验中心，北京100081)

后张梁预应力损失的研究

孙金更1，2

(1．中国铁道科学研究院标准计量研究所，北京100081;2．国家铁路产品质量监督检验中心，北京100081)

系统地总结作者从事预制后张法预应力混凝土铁路桥简支梁10余年的生产经验，归纳20余年来桥梁生产许可证审查发现的后张梁预应力损失问题，从16个方面剖析了预应力混凝土后张梁生产过程中常见预应力损失产生的根源及其危害。本文内容涵盖了设计规范、桥梁标准、工艺技术、生产许可证细则等对后张梁的预应力要求，归纳提炼出预制后张梁生产的核心技术——预应力张拉技术要诀及预应力损失的控制措施，对确保后张梁质量有指导意义。

铁路 桥梁 后张梁 预应力 损失

中国铁路新线建设中大量采用预制后张法预应力混凝土简支梁，而高速铁路正线均为后张箱梁，占线路全长约80%。后张箱梁预应力的正确建立与损失控制能力是高铁安全运营的重要保证。桥梁的抗裂性能主要是依靠实存有效预应力，而实存有效预应力是由建立的预应力减掉预应力损失而得，“建立”只要按设计图纸、产品标准生产即可，而“损失”在实际生产中不仅仅局限于设计规范考虑的6项。

预应力是预应力混凝土铁路桥简支梁抗裂的第一要素和基本保障。桥梁生产的关键技术是预应力损失控制。本文结合《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB 10002.3—2005)对预应力损失的6项规定，将目前各预制梁场在生产现场出现的各种预应力损失的主要问题归纳为16个方面。

1 管道摩阻

1.1 力筋与管道之间的摩阻(管道摩阻)引起的应力损失σL1

①σL1含力筋起弯端管道摩擦和管道位置偏移两部分;②胶管成孔时设计取管道摩擦系数μ=0.55，设计位置偏差系数k=0.001 5;③两端同时张拉时，简化计算张拉端至计算截面的管道长度x≈L/2，L为预应力钢筋的有效长度。

1.2 预埋胶管不平顺

胶管不平顺将直接造成预应力损失，是静载试验时梁体开裂的一大原因。现存主要问题:①定位网片缺乏焊接工装及验收大样，制作不合格;②定位网片安装不到位，致使某个截面所有胶管整体上凸;③胶管绑扎定位不准确。因制作、安装不规范，上下、左右定位不准而偏离设计位置，造成胶管不平顺，实际生产时的管道摩阻超出《管道摩阻测试报告》中的数据范围，可能导致管道摩阻加大，减小实存有效预应力。故应制定平顺合格标准，检验不合格须返工;严格把控定位网片的制作、安装、签验。

1.3 管道摩阻超出测试值及调整范围

2014年15个制梁场的管道摩阻实测值汇总如表1。可见:k比设计值增大－53%～+273.3%，μ比设计值增大－48.1%～+14.5%。各系统、各工程局、各制梁场管道摩阻控制水平相差悬殊。

如生产初期上调预应力张拉力，后期管道逐渐趋于平顺，则摩阻减小、实存有效预应力加大，对于无砟轨道箱梁上拱度、高铁运营平顺性危害极大。武广线高速铁路桥梁生产时严格控制管道摩阻，管道摩阻测试超出限值的须重新测试，严禁上调张拉力。反之，摩阻比测试值增大，并超出设计值，则加大预应力损失，危及梁体抗裂性。

1.4 测试状态与实际生产不一致

①管道摩阻测试梁为精心特制，则所测试的管道摩阻小于实际生产的梁，获证批量生产后再无人检查把控。造成的后果是成品梁的管道摩阻损失偏大，实存有效预应力偏小，对梁体抗裂性不利。②疏于定位网片的制作、安装检查、验收，管道弯曲且偏离设计位置，造成实际测试的管道摩阻大于设计规范限值，且经设计单位上调张拉力。而后期生产管道不断趋于平顺，则实际超张拉造成梁体上拱度超标，列车运行不平顺，尤其是高铁无砟轨道梁受到的影响更大。③较普遍存有未执行桥梁标准规定的每100榀梁重新测试一次管道摩阻。在获取生产许可证之后就不再测试管道摩阻，测试状态与实际生产不一致。可能出现欠张拉或超张拉，导致梁体开裂或上拱度超标。

1.5 振捣棒捅弯胶管

①混凝土浇筑时，振捣棒上未作插棒深度标记线，致使振捣棒捅弯胶管，导致管道摩阻加大，严重者抽拔胶管时拔断胶管，压浆时腹板处喷浆。②除了使用定位网片及在胶管中穿入钢绞线或钢筋以加强刚度的现行技术措施外，建议对顶层胶管附加由两根高强钢丝组成的轨道筋，既可以加强胶管刚度，防止胶管被捅弯，又能够提高平顺度。③标注振捣棒深度警戒线，用红、黄、蓝标明不同的浇筑区段。应在模板不同区段标注同样三色并与振捣棒上的颜色相对应;在浇筑前，插棒到达胶管顶面再上抬50 mm为深度警戒线。箱梁振捣以插棒为主，严控插入深度，防止捅弯预埋胶管。④顶层胶管附加轨道筋加强，与定位网片相结合，与深度警戒线形成双控，确保管道准确平顺。

表1 2014年15个制梁场的管道摩阻实测值汇总

2 钢绞线回缩、锚具刮牙

2.1 力筋回缩、锚具变形、锚垫板压实引起的应力损失σL2

①夹片锚钢筋回缩量设计值ΔL=6 mm;②当计算锚具变形、钢绞线回缩引起的应力损失时，可考虑与张拉钢绞线时管道摩擦方向相反的摩阻作用。跨中截面可按端部锚具变形、力筋回缩量的1/2计算;③预应力筋回缩时的反向摩阻计算，摩擦系数、偏离系数可按正向摩阻计算取值。

2.2 张拉限位挡板槽深与线径不匹配

①审查管道摩阻测试报告发现钢绞线(夹片)回缩量超标达7～8 mm。在生产现场发现钢绞线的钢丝上常被刮出刨花。②因钢绞线线径测量不准确(缺少数显游标卡尺或测量方法错误)，导致所选用的张拉限位挡板规格不正确。若限位挡板槽深偏小，则张拉时刮牙(严重者刮出刨花)，直接造成锚下预应力严重损失，而锚外张拉力的油表却显现不出来;若限位挡板槽深偏大，则张拉锚固时空放行程超过6 mm，直接造成预应力损失。③锚具生产厂家的角度设计或制造有问题，圆锥孔与夹片的角度不匹配，或槽深允计差值(±0.05 mm)超差，不能真正实现钢绞线线径每增加0.1 mm则槽深增加0.4 mm。这是刮牙或空放的原因之一。④制梁场应按照锚具生产厂家提供的《线径与槽深、喇叭口与管径、回缩量与外露量的对照表》严格进行槽深、线径进场检验验证，并根据本批钢绞线直径配套发放对应的张拉限位挡板。槽深必须与本批实测钢绞线直径相对应。

3 温差应力损失

3.1 由于温差应力引起的预应力损失σL3

①对于后张梁而言，当冬期施工混凝土压浆后蒸汽养护时，梁体混凝土与预应力筋存在着较小的温差，又由于钢筋的线膨胀系数为1.2×10-5/℃，与混凝土平均线膨胀系数1.25×10-5/℃(混凝土线膨胀系数为(1.0～1.5)×10-5/℃)非常接近，故后张梁施工中此项温差损失忽略不计。②对于先张梁而言，张拉后浇筑梁体混凝土再进行蒸汽养护，则温差应力不可忽视。如对长线法或超长线法台座，早上张拉时环境温度5℃，中午浇筑时25℃，温差20℃，σL3=2×(25-5)=40 MPa。若采用蒸汽养护则混凝土由于自身水化热其内部温度可达60～65℃，温差应力引起的预应力损失σL3=2×(65-5)=120 MPa。

3.2 温差应力分为2种类型

①力筋与混凝土之间的温差将直接造成预应力筋应力损失。这适用于先张梁，本文不予论述。②混凝土外表与内部的温差将造成混凝土内外应力不均匀，致使内部或外表层拉裂。这适用于大体积混凝土、蒸汽养护混凝土。

3.3 由于混凝土早期开裂而导致静载试验时开裂

TB 10002.3—2005规定:对于不允许出现拉应力的预应力混凝土结构，按弹性阶段检算截面抗裂性，但在运营阶段正截面抗裂检算中，应计入混凝土受拉塑性变形的影响。Kf≤λ+γfct/σ表明抗裂安全系数Kf与预应力度λ、混凝土塑性系数γ、混凝土抗拉极限强度fct有关。

当混凝土内外温差超过15℃时其内部温差应力将使混凝土早期外表或内部开裂而丧失了混凝土抗拉强度(fct=0)，静载试验在1.00级荷载时，预应力筋基本消压(λ=1)，梁体将会早期开裂(Kf=λ)。

3.3.1 温差超限是混凝土早期开裂的根源

依规定:①混凝土芯部与箱梁外表面温差不得超过15℃;②混凝土芯部与箱梁内表面温差不得超过15℃;③箱梁外表面与气候环境温差不得超过15℃;④箱梁内表面与箱内环境温差不得超过15℃。在上述4项温差之中，蒸养拆模最容易造成箱梁外表面与气候环境温差超过15℃，水化热造成芯部与箱梁外表面温差超过15℃次之。严格控制“4种温差”不超过15℃极为重要。

当采用蒸汽养护时，降温后箱内温度远高于箱外温度，箱内温度因不流动而迟迟降不下来，易造成腹板内侧热、外侧凉。

3.3.2 温差应力裂缝或裂纹的表征

1)裂缝可见。裂缝宽度通常在0.05～0.10 mm;张拉后裂缝闭合。

2)裂纹通常不可见。裂缝宽度通常在0.01～0.05 mm，不使用足够倍率的放大镜认真观测很难发现。张拉后裂纹完全闭合。

3)潜在裂纹不能被发现，但是混凝土抗拉强度已基本失去。

3.3.3 温差应力导致混凝土开裂的后果

桥梁设计规范规定Kf≤λ+γfct/σ=σc/σ+(2× W0/S0)(fct/σ)。其中，换算截面重心轴以下的面积对重心轴的面积矩S0和对所检算的拉应力边缘的换算截面抵抗矩W0由设计截面确定，计算荷截在截面受拉边缘混凝土中产生的正应力σ和扣除相应阶段预应力损失后混凝土的预压应力σc由张拉情况决定，fct不仅是由设计强度等级及施工企业配合比、浇筑质量决定，更重要的是由混凝土养护决定。

全预应力梁在试验荷载1.00级时，预应力基本消压，而在1.00级荷载之后的抗裂性依赖于混凝土的抗拉强度。当混凝土早期已经被温差内应力拉裂而丧失了抗拉强度，则Kf=λ=1.065(具不完全统计现行设计图纸上的均值)，必将在消压后静载试验时引起梁体开裂。故刚过1.00级荷载即开裂的梁多数是由于蒸养拆模时梁体表面与环境、芯部与表面温差超标及未执行降温速度(10℃/h)与芯表温差(15℃)双控所致，根源在于降温时间短且未实行跟踪养护，急于赶工期。这一关键点至今尚未引起桥梁界的高度重视。

自2011年至今发证检验的统计结果为:箱梁(Kf约为1.42)静载试验的开裂数量(19榀)大于T梁(Kf约为1.25，14榀)。由此可见，相对于T梁而言，箱梁属于薄壁结构且大体积混凝土的水化热更强，对温差应力更加敏感，这是箱梁开裂多于T梁的一个主要原因。

4 混凝土弹性压缩

对混凝土弹性压缩引起的预应力损失σL4，应根据计算和试验结果修正张拉力。根据不同梁型的试验结果，对先行张拉的钢绞线束，张拉力略超，计为正偏差，并依次减小正偏差量，以克服后张拉的钢绞线对先张拉的混凝土连带压缩造成的预应力损失。如:第1束张拉完，其锚下混凝土压应力为σc1，其后张拉第2，3，4束…，则第1束锚下的混凝土压应力增加为σc1+ Δσc2+Δσc3+Δσc4+…，梁体不断变短，导致第1束钢绞线的应力损失。多年统计数据表明，一般32 m T梁张拉纵向压缩量约为32 mm(预留压缩量主体部分)，约占梁长的0.1%。

5 力筋应力松弛

对预应力筋应力松弛引起的应力损失σL5的确定，须注意松弛率试验。桥梁标准规定应使用低松弛钢绞线，在选定购货厂家时，需做一次100 h松弛率试验，推算1 000 h合格后方可使用;通常在70%的初始荷载下的松弛率≤2.5%。若100 h松弛率试验推算不合格，应改做1 000 h试验。

6 混凝土收缩、徐变

6.1 混凝土收缩、徐变引起的应力损失σL6

力筋应力松弛引起的应力损失σL5和混凝土收缩、徐变引起的应力损失σL6由设计给定(体现在设计图纸中)。σL5和σL6的中间值与终极值的比值见表2，生产企业应根据建立预应力后的时间按表2内插确定其中间值。

表2 σL5和σL6中间值与终极值的比值

6.2 收缩徐变对上拱度、跨度的影响

1)若张拉后半年甚至一年而不能如期架设桥梁，即不能铺设二期恒载，且制梁场在存梁台座上的两端悬臂状态下未在跨中桥面板上按二期恒载折算的重力加设重物如水箱、钢筋等，则收缩徐变不但造成梁体预应力损失，而且会使梁体上拱度加大甚至超标，跨度减小甚至超标。

2)收缩、徐变对上拱度会造成影响。上拱度对跨度的影响举例说明如下:

包头制梁场约200片T梁制造完成后存放近2年而未能架设，放在存梁台座上而未加设二期恒载导致徐变上拱度约150 mm，跨度减少50 mm。梁上拱如图1所示，梁全长与上拱度的关系按抛物线长度公式计算，梁全长L=l+(8×h2)/(3l)。其中:l为抛物线的水平投影长度(梁内缩后的全长)，h为抛物线的矢高(梁上拱度)。当已知梁体上拱度、梁长时，其投影长度l计算式为

图1 梁上拱示意

6.3 减小混凝土收缩

混凝土配合比在保证生产周期(不利温度下箱梁10 d、T梁14 d终张拉)的前提下应尽量减少水泥用量，选用高性能聚羧酸减水剂，减水率不应小于35%，减小水灰比以减小混凝土收缩造成的应力损失。

6.4 控制混凝土徐变

高速低应力是指高铁箱梁应采用较低应力状态以防止无砟轨道箱梁徐变上拱度过大。高速铁路无砟轨道箱梁一般预应力可按σcon=0.70fpk估计，fpk为预应力钢绞线抗拉强度标准值，对T梁按σcon=0.785fpk估计。这样可减小后期徐变上拱度对线路平顺的影响及预应力损失。

7 锚板与钢绞线不同心

7.1 喇叭口进浆，钢绞线与锚具不同心

因采用了买胶管配送的橡胶护套，而未根据实用胶管外径和喇叭口内径予以特别设计、制作同心橡胶护套，且安装不到位，致使锚垫板喇叭口进浆，管道中心因进浆偏心(约15～25 mm)，而锚板的中心已经被锚垫板上的限位槽口(约2 mm)限定，则必然造成钢绞线与锚具不同心，产生折角(在约50 mm范围内上抬25 mm)，致使锚口、喇叭口摩阻剧增，直接造成预应力损失。

7.2 同心护套的制作与安装

1)同心护套制作。买胶管配送的橡胶护套通常不能使用，因胶管制作厂家不知道制梁场所购锚垫板的喇叭口内径。制梁场应在购买胶管时根据预购胶管外径、锚垫板的喇叭口内径及喇叭口长度特别设计同心护套图纸，交由胶管厂制作。

2)同心护套安装。①常见问题:护套安装不到位，只安进去1/3～1/2，浆体进入喇叭口，流淌堆积在端模上，造成管道偏心。②正确安装:应使同心护套的尾部凸台(俗称“猪鼻子”)顶到模板上，这时护套最前端应比喇叭口的小口长出大约10 mm。其目的是使胶管与喇叭口之间的空隙，让橡胶护套全部占领，不给灰浆留有余地。

3)同心护套标志。生产现场常发生因φ70，φ80，φ90三种护套工人难以区分而出现护套不配套、随意混用的情况。为此，有必要对三种规格的护套用标志加以区分，即在同心护套尾部端面涂刷油漆:φ70用红色、φ80用黄色、φ90用蓝色。相同颜色即相同规格，按“副”使用。

7.3 同心护套的作用

特别设计、制作同心护套并配对安装到位，不仅是为了堵漏浆，外观密实、好看，其主要作用是防止喇叭口进浆，确保锚具与钢绞线同心，避免因折角产生锚口、喇叭口摩阻进而造成预应力损失。

8 张拉千斤顶与钢绞线不同心

模板进场必须严格检验锚穴端面水平角、竖直角。这不是产品外形尺寸问题，而是锚板垂直于钢绞线的基本要求。否则钢绞线与张拉千斤顶将在锚垫板圆台顶面处产生折角，折角处摩阻直接造成预应力损失。

出现问题的原因是模板制造企业对锚穴角度的重要性认识不足，且工装胎卡具不到位，使得锚穴角度偏差超标。在端模进场检验锚穴角度时，缺少专用胎卡具，使用常规的万能角度尺、直角尺、钢直尺等测量。锚穴竖直角、水平角制造不准确，测量工具不科学而无法判定合格与否。若锚垫板端面(即锚板平面)不垂直于钢绞线，会导致钢绞线与张拉千斤顶不同心，造成张拉千斤顶与钢绞线产生折角，因折角摩阻致使预应力损失严重。

针对现有角度检测工具不能满足锚穴水平角、竖直角的检测要求，作者与中水八局专门研制了锚穴角度测试仪(图2)，有效地解决了这一难题。

图2 新型锚穴角度检测仪

9 端模孔位不准确

9.1 端模板管道中心位置偏差

端模板管道中心位置加工不准确，管道中心偏离设计位置大者约5～10 mm，且进场验收把关不严导致预应力管道中心上抬。因改变了合力中心，即使张拉力准确，但因其作用点偏向中性轴，梁体抗弯截面矩也会剧减。

9.2 端模板安装高度偏差

端模板的安装缺少基准标高测控(国外采用固定测量台)，安装位置偏高(尤其是T梁采用侧包底立模法安装)，使得预应力筋合力重心上移，抗弯截面矩减小，降低了梁体抗裂安全系数。

10 两端张拉不同步

主要问题:①张拉时梁体两端未每1 MPa一呼一应(油表即时读数)，而是每5 MPa一等齐，或各行其是，快慢相差悬殊，相当于依次单端张拉，加大了管道摩阻。尤其是对起弯管道，测试与计算折合到跨中的管道摩阻(两端同时张拉时，简化计算张拉端至计算截面的管道长度x≈L/2)，若两端依次张拉则加大了管道摩阻，造成预应力损失。②4台油泵缺乏统一号令，造成两端不同步率超出规定。③4台油泵非同型号、同规格的，泵量不同，难以同步。

解决措施:①箱梁4个油泵集中在梁体同一侧的两端，合4为2，同端司泵并肩互视油表，由张拉主管工程师统一号令，从20%σcon起，指挥端与其对面每1 MPa呼应一次，主司泵缓缓稳步、匀速上升，中间不停，一直至终极。②以油压表读数为主、以钢绞线的伸长量作校核。若伸长量超标须使用整体退锚套筒退锚，查明原因后重新张拉。③严格按图纸要求顺序对称张拉，尤其是箱梁两侧对应孔道须同时张拉。

11 同榀梁使用两批钢绞线

11.1 将不同级弹性模量的钢绞线穿入同一孔道

当同一束钢绞线内钢筋弹性模量差别较大(超过3 GPa)，不同弹性模量的钢绞线同时张拉时，伸长量相同，但每根钢绞线应力不同。问题根源是未逐捆检验弹性模量，或未按检验数据每3 GPa分级标识、使用。小型钢绞线厂的同批钢绞线未必是同批母材生产的，可能钢筋弹性模量差异很大。

11.2 同束钢绞线弹性模量差超限

1)同束钢绞线弹性模量差限值为3 GPa。现场审核曾发现一批钢绞线抽3根试验，弹性模量差竟然高达17 GPa。若穿入同束，张拉伸长量相同，应力差过大。应力与弹性模量成正比、与伸长率成正比。反之，在应力不变的条件下，伸长率与弹性模量成反比。举例说明:12根一束，其中有11根弹性模量为185 GPa，1根为205 GPa(均符合弹性模量(195±10)GPa的要求)，相差20 GPa(约占10%)，则张拉应力约差10%。弹性模量205 GPa的钢绞线应力可能会超过限值σcon=0.80×1 860=1 488 MPa，甚至超过屈服强度σs= 1 636 MPa。由此可见，同束钢绞线弹性模量差严重超限，不仅可能造成钢绞线应力超限，而且伸长率也将远远超限(±6%)。

2)钢绞线弹性模量差控制。①选择正规生产厂家采购钢绞线，质量稳定合格才可用;②GB/T 5224—2014第7.2.5条“钢绞线弹性模量为(195±10)GPa，可不作为交货条件。当需方要求时，应满足该范围值。”铁路桥梁标准拟将弹性模量改为(195±5)GPa从而降低允许差值;③同批钢绞线进场验收时，执行桥梁许可证的规定:“各捆钢绞线弹性模量相差不得超过5 GPa”;④下料制束时，严格执行桥梁许可证的规定:“同束钢绞线弹性模量差不得超过3 GPa”;⑤进场检验后按弹性模量试验值分级使用;⑥对不够组成一束的(同束弹性模量差≤3 GPa)钢绞线，单独标识、存放，等待下批凑成一束。

11.3不同级线径使用同一限位挡板

当同一束钢绞线线径差别较大(超过0.1 mm)，不同钢绞线线径却使用同一规格(槽深)的张拉限位挡板，必然刮丝或空放，导致预应力损失。

问题根源:①钢绞线线径测量方法错误，未转动游标卡尺找最大值(直径);②缺少测量钢绞线直径用的数显游标卡尺;③未将线径检测数据按每0.1 mm一级分级作标志;④未按检测线径选用、配发与其对应槽深的张拉限位挡板。线径分级方法是按限位挡板的7种规格所适用范围将钢绞线线径分成7个等级。

11.4 批接口三对应

在生产中经常会发生第1批进场的钢绞线所剩下的不够一榀梁的用量，需要掺入第2批进场的钢绞线，两批钢绞线使用在同一榀梁中，而这两批钢绞线的直径、弹性模量不尽相同。

1)因为两批钢绞线线径不同，需要选用不同槽深的张拉限位挡板。若槽深与线径不对应，会出现刮牙或空放，直接造成预应力损失。

2)因为两批钢绞线弹性模量不同，即使相同编号的N1与N1'，其理论伸长量计算值也不尽相同。尤其是两批钢绞线弹性模量相差较大且又穿入同束中的情况更加有害。即不同弹性模量的钢绞线穿入同一孔道，张拉时伸长量相同，但应力相差甚大，虽然本束应力总和达到设计规定值，但是实际伸长率却根本不可能与计算伸长率一致。

3)预应力钢绞线批接口应“三对应”，即:①所选用的张拉限位挡板槽深与线径对应;②钢绞线理论计算伸长量与试验弹性模量对应;③剩余钢绞线实际穿入的管道与技术上指定的管道对应。

多年来，批接口“三对应”一直未引起桥梁界的重视，它是造成预应力损失的重要原因。同束各根钢绞线应力相差过大，可能导致某根拉到甚至超过屈服强度，发生“多米诺”式的破坏。

预应力张拉以应力控制为主、伸长量作为校核。但是现场总会发生应力、应变不对应的情况，即张拉力达到了而伸长量却对不上的情形，而同束不同批，理论伸长量计算值与弹性模量不对应是其主要原因。

12 同束钢绞线相互缠绕

12.1 严禁单根穿束

近期有个别生产厂家推销及梁场使用单根穿束机，在钢绞线推进时难免受阻“拐弯”，发生钢绞线缠绕现象，应禁用单根穿束机。

12.2 锚具安装孔眼不对应

常用11孔、12孔锚板因不对称(图3)，涂黑孔眼极易穿错。在穿钢绞线及安装各对应的工作锚板、限位板、工具锚板时，图中黑色部分孔洞的相对位置需要特别注意，必须保证各孔眼的位置一一对应。

图3 常用11孔与12孔锚板示意

12.3 钢绞线缠绕的危害

钢绞线缠绕容易造成锚板孔眼不对应，即在梁体A端锚板的甲孔进、B端乙孔出，造成各根应力差并加大锚口摩阻(因钢绞线斜向穿入锚板孔眼所致)，导致预应力损失。发生缠绕的钢绞线净长度与其他的不同，则张拉后在同束中各根钢绞线应力不同，实际伸长量测量结果也会超出允许偏差(±6%)。

12.4 用梳子板防缠绕

对编好束的钢绞线，使用梳子板过一遍，然后用扎丝每1 m捆绑一下，这是防止钢绞线缠绕的多年传统工艺，但是有些制梁场至今缺少梳子板。

13 后张梁的“单根初调、整束张拉”

13.1 拉直绷紧共同受力

先张梁的“单根初调、整体张拉”的张拉工艺，其目的在于先单根拉直绷紧，再整体张拉共同受力。后张梁张拉工艺也同样存在着穿束后的各根钢绞线拉紧程度的差别，甚至某些钢绞线还处在松垮状态，若在此状态下打紧工具锚夹片，并开始张拉，势必出现应力不均匀问题。因此，建议使用特制的带顶紧机构的手枪式微型机械千斤顶，先进行“单根初调”5 kN绷紧，随后用设定力顶紧工具锚夹片，避免开始张拉的瞬间滑丝，然后正式开始本束的“整体张拉”。

采用手枪式微型机械千斤顶，将拉直顶紧一体化，替代现用钢管打紧工具锚夹片工序，因人为打紧力大小不一，打紧力偏小的在张拉开始的一瞬间有微量滑丝，造成各根钢绞线应力不均匀。

先拉直，解决不均匀性的主量。因松垮者“不出力”，而总张拉力不变，则有可能导致某根钢绞线受力过大，应力超限、屈服。对于起弯的预应力钢筋管道而言，在φ90的管道中本身就有处于上边的钢绞线应力略大于下边的，若下边的在松垮状态下张拉，则上边的钢绞线内应力将会更大，有可能超限甚至屈服。为此有必要实行编束梳理绑扎与单根预拉双控。现状是现场多不梳理且疏于绑扎，更显出单根初调的必要性。

再顶紧，解决不均匀性的微量。统一设定顶紧力，保证均匀可靠，使钢绞线微量滑丝后的内缩量一致，使得每根钢绞线应力均匀。

13.2 拉直、顶紧一举两得

带拉顶双向功能的手枪式微型机械千斤顶，结构简单，重量轻巧，操作快捷。手枪式微型千斤顶实现了后张梁的“单根初调、整束张拉”，拉直、顶紧一并完成。既可解决钢绞线松垮造成的预应力不均匀，又可解决工具夹片打紧力不均匀滑丝造成的预应力不均匀问题。拉直同受力、顶紧防滑丝，拉直顶紧一举两得，可大大提高同束各根钢绞线应力均匀度。

14 混凝土弹性模量不足

14.1 弹性模量不足压缩变形超限

张拉前的三控——强度、弹性模量、龄期(T梁14 d，箱梁10 d)。其中混凝土弹性模量至关重要。因为弹性模量滞后于强度，只要弹性模量达到了规定要求强度也必定达到。弹性模量不足会直接造成混凝土压缩变形过大，导致预应力损失。

在生产实践中时常发生弹性模量仪使用方法错误:150 mm标距的顶针的固定螺栓孔粗牙间隙大，顶针杆晃动，造成栓、母间隙“吃掉”变形，弹性模量试验值虚高，并以假象数据指令10 d终张拉。因混凝土弹性模量不足、压缩变形超限而引起应力损失，而且加剧了混凝土弹性压缩引起的应力损失σL4。

14.2 严格控制母岩强度确保混凝土弹性模量

弹性模量主要决定于母岩强度(≥2倍设计强度等级)。桥梁生产许可证实施细则规定:终张拉强度值=设计强度标准值+3.5 MPa。

水泥用量决定了早期强度。水泥用量宜360～380 kg/m3。T梁较箱梁略有增加。若水泥用量过低，则早期强度偏低，不能保证10 d/14 d终张拉强度，弹性模量不满足设计要求。张拉前的三控依靠配合比保证。配合比必须保证生产期间可能发生的最不利温度下10 d/14 d的弹性模量，以保证台座、模板数量，生产周期满足施组及架梁要求。因此，不但要选用适宜的配合比，而且要严格控制母岩强度、紧密孔隙率、含泥量等，确保混凝土弹性模量。

15 锚口、喇叭口摩阻

锚口摩阻损失是指力筋与锚板口之间的摩擦引起的应力损失。喇叭口摩阻损失是指力筋在锚垫板喇叭口处弯折摩擦引起的应力损失。锚口、喇叭口摩阻占比一般应≤6%。因各厂锚具不同，应由各制梁场根据生产现场试验确定。

16 其他影响预应力损失的问题

16.1 钢筋滑断丝与割丝双控

1)钢筋滑断丝与保护层厚度常见问题:①滑断丝标记线每根钢绞线(7丝)仅标记了最外侧的1～2丝，若其余丝滑进不能被察觉。预应力筋滑断丝合格指标为24 h后滑断丝率≤0.5%，且不在同侧、同束。②钢绞线割丝外露长度约10～15 mm，不满足预防滑丝外露长度30 mm的要求。③钢绞线切割使用砂轮机沿梁端面横扫，保护层厚度最小2～3 mm，不满足预应力钢筋混凝土保护层厚度≥40 mm的要求。若封锚混凝土产生新老混凝土之间收缩裂缝，造成锚具及钢绞线锈蚀，会减少桥梁寿命，危及运营安全。

2)割丝双控。①为预防滑丝钢绞线割丝时外露长度应为30 mm;②预应力筋保护层厚度(钢绞线端头距梁端面)≥40 mm。无论何种图纸设计不同的锚穴深度，都必须保证预应力筋端头保护层厚度不小于35 mm。

16.2 锚具不合格

1)预应力锚固质量依赖锚具质量，若锚具质量不合格将造成预应力损失。

2)一副2片夹片使用钢丝圈套联属严重违规。因经常发生钢丝跳出沟槽，伸向锥孔内，其表象是夹片外露量偏大，约达到5 mm，更严重的是阻碍夹片跟进锚固，造成仅被卡钢丝下的个别牙吃力，易造成夹片倒牙或刻断钢绞线。

3)锚垫板常见问题:①锚垫板喇叭口长度不足、角度偏差过大，承压板面积过小。②喇叭口的小口直径大于规定值，多数不合格。如配套φ90型胶管，直径达105 mm(允许值95 mm);喇叭口长度不足，致使钢绞线4°折角无法保证，且应力传递长度不足。③锚垫板的承压板面积过小，造成梁端部压应力过大，端块应力超限。T梁梁端侧面锚下沿管道纵向开裂，箱梁张拉时或张拉后锚垫板塌陷进去。

16.3 使用电焊切割钢绞线

预应力张拉24 h后割丝，严禁使用电焊切割钢绞线，以免电弧刺伤已经锚固完的预应力筋。

16.4 潜在空洞

张拉前未使用列检锤敲击梁体跨中区段，检查有无潜在空洞。如某桥梁厂曾发生张拉时跨中拉断情况，某制梁场在终张拉后吊移梁时才发现跨中区段底板约4 m长的蜂窝、空洞，直接修补后静载试验不合格。因此，张拉前需检查确认跨中区段无明显可见及潜在空洞，规避潜在空洞造成的预应力损失。

16.5同孔张拉时间差

因张拉班组数量与日产量不匹配或因张拉设备、仪表故障等原因，致使同孔4片T梁的终张拉时间差超过桥梁标准同孔梁浇筑、张拉时间差(6 d)及设计图纸的规定(5 d)。当设计、施工、验收规范及其他相关标准与桥梁产品标准、设计图纸的规定相互矛盾时，应采取就近、就高、就新的原则。

17 归纳总结

17.1 实际生产中的控制预应力损失的技术要诀

1)张拉前的三控——强度、弹性模量、龄期;

2)张拉中的三控——应力、应变、(持荷)时间;

3)批接口三对应——伸长量与弹性模量，槽深与线径，实际与指定;

4)三同心——力筋、锚具、千斤顶;

5)三个角度——钢绞线水平角、竖直角、折角(4°角);

6)三个摩阻——管道、锚口、喇叭口;

7)三个综合“5”——滑断丝5‰、同孔梁5 d、弹性模量允差±5 GPa;

8)夹片三量——回缩量(6 mm/端)、外露量(一般2 mm)、错牙量(1 mm);

9)两同步——两端、两侧(箱梁);

10)张拉二率——伸长率(±6%)、不同步率(5%);

11)割丝双控——钢绞线外露量(≥30 mm)、保护层厚度(≥40 mm);

12)两个系数——偏离(k≤0.001 5)、摩阻(μ≤0.55)。

17.2 预应力张拉的“四项基本原则”

1)三同心——钢绞线(预留孔道)、锚具、千斤顶三者同心;

2)两同步——两端(两侧)同步张拉，同时达到同一荷载值。不同步率=(大-小)/(大+小)≤5%;

3)张拉前的三控——强度、弹性模量、龄期(T梁14d/箱梁10d);

4)张拉中的三控——应力(±1%)、应变(± 6%)、时间(3 min)。控制要点:①应力。按管道摩阻实测并调整的锚外应力，考虑千斤顶校正系数造成的损失，由线性回归方程按千斤顶面积计算出的油表读数来控制张拉应力。②应变。两端总伸长量之和与按进场检验的实际弹性模量计算的伸长量相差不大于±6%;两端伸长量相差即不同步率=(大-小)/(大+小)≤5%。③时间。在本场调整后的σcon作用下持荷3 min，应随时补油。

要正确理解并执行“以张拉力为主、伸长量校核”的应力、应变关系。宜采用满足《自动张拉系统技术条件》的自动张拉设备。

17.3 预应力八大损失

1)端模孔位不准确——制作安装超差使得孔位上抬，改变了合力中心，抗弯截面矩剧减;

2)端模锚穴角度不准确——水平角、竖直角超差使千斤顶与钢绞线不同心，产生折角摩阻;

3)预埋胶管不平顺——管道位置偏离及管道摩阻系数超出初期测试值及张拉力调整范围;

4)喇叭口进浆不同心——钢绞线与锚具不同心、折角产生锚口、喇叭口摩阻;

5)张拉限位挡板槽深不匹配——不同钢绞线线径使用同一张拉限位挡板，必刮丝或空放;

6)两端张拉不同步——近似单端张拉，加大了管道摩阻;

7)钢绞线弹性模量相差大——同束钢绞线弹性模量差别较大，同时张拉则伸长量相同，应力不同;

8)钢绞线缠绕穿错孔眼——钢绞线缠绕从锚板A孔进B孔出，净长度不同，则应力不同。

18 结语

上述各项预应力损失的累积，大大减低了梁体设计抗裂安全系数，其中喇叭口进浆、锚穴角度偏差产生的折角摩阻及张拉刮牙、缠绕穿错孔眼所造成的预应力损失不可低估。各项损失的叠加是生产许可证审查时静载试验开裂屡有发生的重要原因。

预应力损失控制这一桥梁生产技术核心应被予以高度重视，确保实存有效预应力在可控范围，来满足高铁后张梁抗裂性要求，保障高速铁路运营安全。

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［3］刘永前，张彦兵，王新敏.后张梁管道摩阻损失测试技术与处理［J］.中国安全科学学报，2005，15(1):104-107.

［4］中华人民共和国铁道部.TB 10002.3—2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［5］涂杨志.大跨度预应力混凝土连续梁桥预应力损失研究［D］.武汉:武汉理工大学，2003.

［6］李永斌.大跨径刚构—连续组合梁桥结构计算与预应力损失［D］.武汉:武汉理工大学，2005.

(责任审编李付军)

U448.35

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．05．06

1003-1995(2015)05-0018-08

2015-02-10;

2015-03-20

孙金更(1956—)，男，河北东光人，高级工程师，硕士。