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摘要：大跨度的预制梁由于其长细比大，侧向抗弯能力弱，张拉后容易出现侧向弯曲变形，如果变形过大会对梁体的结构安全以及架梁的稳定和施工安全造成影响。本文以玻利维亚I63公路项目的预制梁施工为例，针对46.6m大跨度预制梁在张拉后出现的侧向弯曲变形的原因进行了分析，找出症结所在，并提出了相应的控制措施，有效的保证了预制梁的质量，为同类工程提供了施工经验。
关键词：大跨度预制梁 侧向弯曲变形 原因分析 控制措施
1.前言
预应力混凝土T型梁以其跨度大、自重轻、宜于施工及其经济性等优点，在愈来愈多的桥梁中得到了广泛使用。随着预应力技术的发展，预制梁的跨度从最初的20m左右得到了大幅度的提升，例如黄河上游修建的洛阳黄河大桥、郑州黄河大桥和开封黄河大桥，跨径都在50m左右；浙江瑞安飞云江大桥，其跨径组合为18×51m+6×62m+14×15m，预制梁跨度进一步增大。但是，过大跨度的预制梁对施工工艺要求非常严格，由于其长细比大，侧向抗弯能力弱，容易在张拉后产生侧弯。这种侧向弯曲会导致梁体重心发生偏移，降低梁体的承载力，缩短梁体的使用寿命，对桥梁受力结构产生不利的影响；侧弯过大，会导致结构线型不满足设计要求，梁体间距变化导致横隔板、湿接缝的钢筋位置不准确，影响结构的整体受力状况；而且，由于重心发生偏移，会影响梁体在吊装、运输和架设施工中的稳定性和安全性，甚至会发生大的安全事故。因此，控制梁体张拉后侧弯变化是大跨度预制梁施工的技术难点和控制重点。目前国内的预制梁的长度一般控制在40m以内较为经济合理。
玻利维亚是美洲的新兴建筑市场，近年来不断通过政府集资、引进外资进行基础设施的建设和改造，市场潜力巨大。本项目是我公司通过竞标在玻利维亚市场中标的第一个项目。我公司在国内承建的预制梁生产的工程很多，但在海外市场按照美国标准进行46.6m大跨度预制梁的施工尚属首次。因此，如何控制好大跨度预制梁在张拉后出现的侧向弯曲问题，确保梁体质量，保证工程完美履约，对我公司在玻利维亚开拓市场，积累海外路桥施工经验，有着重要的意义。
2.工程概况
本项目位于玻利维亚中部平原地区，是玻利维亚政府出资修建的一条63.66km的公路扩建项目，即在原有道路旁边修建一条宽度10m的沥青道路，使原有公路升级为双向四车道。全线共13座桥梁，总长2.11km，其中两座为悬臂现浇连续梁桥11座为预制梁桥，预制梁的跨度分为25.6m、30.6m、35.6m和46.6m四种，共100榀。其中46.6m的预制梁为T型结构，高度2.5m，上翼缘板宽度1.2m，腹板厚度0.2m，马蹄部位宽度0.75m，设计重量为116t。
预制梁特性见表2-1。
表2-1 预制梁特性统计表
从统计数据中可以看出，张拉后的侧向弯曲明显，并随着时间弯曲程度增长；从现场反应的情况来看，梁体张拉后产生的这种侧向弯曲不可控，如果不采取措施可能会导致预制梁的质量事故和安全事故的发生。因此，必须要尽快找出侧弯发生的原因并采取措施予以解决。
3.2 产生侧弯的原因分析
（1）梁体设计有平弯预应力筋
从图3.2-1、3.2-2中可以看出，46.6m预制梁共布置有6束预应力筋，其中N1、N2从端部到跨中为平弯走向，张拉时产生横向分力和侧向弯矩，是造成梁体发生侧弯的主要原因。一旦梁体出现侧向弯曲变形，随着张拉力的增加，横向分力也同时增大，产生更大的侧向弯矩，使侧向弯曲变形有进一步扩大的趋势。此外，从梁的断面形式来看，高度2.5m，腹板厚度仅为20cm，长细比大，刚度偏小，也是产生侧弯的原因之一。
预制梁结构形式及预应力筋布置见图3.2-1、图3.2-2。
图 3.2-2 预应力筋平面布置示意图
（2）张拉顺序不合理
预制梁端部锚具N1、N2和N3之间的间距为14cm，后张法使用的锚具为OVM锚，张拉设备为300t大吨位穿心式千斤顶，其外形尺寸大，不能满足对预应力钢束N1、N2采用同时、分级张拉的施工条件。因此，在张拉预应力筋N1、N2时产生的横向分力无法平衡。
原定的张拉程序为：N6（至100%）→N5（至100%）→N4（至100%）→N3（至100%）→N2（至50%）→N1（至100%）→N2（至100%）。平弯预应力筋N2张拉时由于侧向弯矩作用使梁体产生弯曲面，而这种弯曲面一旦形成，将有进一步增大的趋势，后续的张拉无法平衡，是造成梁体侧向弯曲的主要原因之一。
（3）梁体预应力管道定位不准确
预应力管道定位是否准确，也会影响到梁体的侧弯变形。虽然波纹管就位检查时位置准确，但在现场施工中，由于管道加固不牢、局部不顺直、混凝土下料时的冲击及振捣等方面的影响，孔道可能会发生位移，致使张拉产生较大的侧向力，引起梁体的侧弯。
（4）张拉时梁体混凝土强度不足
根据设计要求，预制梁混凝土强度达到设计的90%后，方可进行张拉施工。施工中，预制梁的混凝土强度主要以同期养护的混凝土试块的强度为准，但是试块的强度达到设计的90%时，预制梁本身的强度不一定能达到90%。其原因在于混凝土试块可能与梁体养护不同步，并且混凝土试块体积较小，经过与主梁养护容易达到设计强度，而梁体较大，相同的养护时间内可能没有试块的强度高，这种情况下进行梁体的张拉施工，由于混凝土变形不均匀，张拉后容易产生侧偏。
（5）预制梁与底模间的摩擦阻力大
预制梁底座是混凝土上铺的钢板，由于底座表面杂质未清理干净或脱模剂涂刷不佳，梁体与底模间的摩擦阻力增大，张拉时应力不能快速传递，需克服一定的摩阻力后才能传给梁体，造成张拉力在梁端处聚集时间过长，对梁体有一定的冲击性，也是造成主梁侧弯的一个原因。
4.梁体侧弯的控制措施
4.1优化平弯预应力筋，增加梁体配筋
经过计算，可以调整N1、N2两个平弯预应力筋的曲度，复核结果满足设计及规范的要求，监理工程师同意进行设计图纸的变更。优化后的预制梁设计，减少一束预应力筋，总数改为5束；调整N1、N2预应力筋的坐标，其跨中位置距中线的距离由14cm调整为3.5cm；上翼缘板增加4根纵向φ20螺纹钢筋，增加了梁体的刚度。优化后的预制梁断面图见4.1-1。
通过优化预应力筋的布置，调整平弯预应力筋的坐标，增加梁体配筋率，改善了梁体侧向受力的状态，是非常有效的解决方案。
4.2 调整张拉顺序
调整张拉顺序，采用换顶分级、倒顶张拉的方法。具体为：张拉顺序：张拉N5至设计值的100%（32Mpa）→换顶张拉N1至设计值的30%（10Mpa）→换顶张拉N2至设计值的50%（16Mpa）→换顶张拉N1至设计值的100%（32Mpa）→换顶张拉N2至设计值的100%（32Mpa）→换顶张拉N3至设计值的100%（32Mpa）→换顶张拉N4至设计值的100%（32Mpa）。
张拉结束后，尽快进行注浆，防止梁体由于横向刚度小，注浆不及时而产生更大的侧偏。
通过调整张拉顺序，采用换顶分级、倒顶张拉的方法，预制梁的侧向弯曲得到了明显的改善。现场测量张拉后的侧弯为1.0cm，7天后的变化为1.8cm。
图4.1-1 优化后的预制梁断面图
4.3 确保预应力孔道定位准确
严格按照设计图纸进行波纹管的定位，要求定位准确，竖向及横向的点位误差小于5mm。每间隔1m在预制梁台座上标记波纹管的点位置，用来校核；波纹管采用U型筋固定，由之前的绑扎改为点焊，防止移动。根据《公路桥涵施工技术规范》要求，波纹管的定位钢筋间距为80cm，曲线段间距加密至40cm；
结构钢筋与管道安装位置发生冲突时，适当调整钢筋位置，确保预应力管道线型符合设计要求。任何情况下都要保证预应力管道顺直；混凝土振捣时，严格控制振捣时间，同时尽量避免碰到钢筋及波纹管；附着式高频振捣器安装在梁体“马蹄”的上部，避免由于水平方向的高频震动对波纹管的位置产生影响；控制混凝土的拌合质量，每车都要检测塌落度，保证混凝土的和易性和流动性，使之入仓后能够流动填满空隙处，减少振捣时间。
4.4 严格控制预制梁张拉时混凝土的强度
张拉时主梁混凝土强度应达到90％的设计强度，并严格按设计要求进行预制梁张拉强度控制。在工期允许的情况下，不但要考虑主梁混凝土强度是否合格，同时应考虑混凝土龄期，这样才能保证梁体混凝土确实达到设计要求。
梁体浇筑7天后，检测同养条件下的砼试块强度，同时现场采用混凝土回弹仪进行校核，检测合格后方可进行张拉。
4.5 减少梁体与台座间的摩阻力
在预制梁施工过程中，缩短钢筋绑扎及混凝土浇筑时间，减少预制梁与台座之间的摩阻力，防止台座表面因下雨而生锈，进而污染底面模板，也可以事先进行洒水湿润底模后浇筑混凝土，避免底模脱模剂失水干燥，以减少摩擦阻力，加快梁端张拉力的传递，使张拉力尽快传递给梁体本身。
预制梁混凝土浇筑完成之后立即对波纹管进行封堵，防止雨水进入波纹管造成管道内壁生锈而产生摩阻力影响张拉效果。
5.实施的效果
通过采取上述的一系列的措施，预制梁张拉后的侧向弯曲情况得到了有效控制，弯曲程度明显减小，效果明显。对每榀预制梁的7天侧弯变化情况均进行了跟踪统计，见表5-1。
表5-1 46.6m预制梁7天侧弯变化情况统计表
将预制梁初始侧弯变化的数据统计成折线图，如下：
从上图中可以看出，除最开始预制的D-01、D-02预制梁的初始侧弯值偏大以外，其余的预制梁张拉后的侧向弯曲值均小于3cm，预制梁张拉后的侧向弯曲情况得到了有效的控制。
6.已发生侧弯的梁体的安装与纠偏
对于前期施工的预制梁，由于侧向弯曲变形大，重心发生偏移，需要考虑预制梁在起吊、运输及安装过程中的安全，防止由于外力作用导致侧弯继续增大产生裂缝甚至断裂，以及重心的变化导致在运输或吊装过程中发生倾覆。我们采取以下两项措施：
1.对于侧弯变形大的预制梁，吊装时在靠近侧弯的一侧的梁底加一块垫板，将梁底稍作倾斜，使梁体重心平衡进行纠偏。
2.在吊装和运输过程中，采取措施增加梁体刚度，防止侧向弯曲变形继续增加。可采取刚性骨架固定或临时钢绞线张拉。下图所示的是采用刚性骨架固定的方法。
7.结语
大跨度预制梁的施工是一项非常复杂的工艺，侧弯值超过规范要求的范围是比较普遍的问题。本工程通过优化梁体预应力设计、制定合理的张拉程序、严格定位钢绞线、加强施工过程管理等措施，将梁体的侧向弯曲值控制在3cm以内。实践证明所采取的措施十分有效，对于今后大跨度的预制梁的设计和施工提供了实践经验，有一定的借鉴作用。
论文作者:吴伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/7
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