探討橋梁有效預(yù)應(yīng)力的控制措施

高吉才

（徐州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,江蘇徐州221006）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土充分發(fā)揮了高標(biāo)號(hào)混凝土的抗壓性能和高強(qiáng)度鋼絞線的抗拉性能，以其良好的受力特性而在橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)力控制，直接影響到預(yù)應(yīng)力的效果。結(jié)構(gòu)中有效預(yù)應(yīng)力值距設(shè)計(jì)值過(guò)大或過(guò)小對(duì)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和使用安全都是不利的。預(yù)應(yīng)力張拉工藝質(zhì)量控制的好壞，是能否建立準(zhǔn)確的、符合設(shè)計(jì)要求的有效預(yù)應(yīng)力值的關(guān)鍵。

1 張拉機(jī)具設(shè)備選擇

預(yù)應(yīng)力張拉，一般都采用液壓拉伸機(jī)，以高壓油泵為驅(qū)動(dòng)力的液壓千斤頂，完成對(duì)預(yù)應(yīng)力束的張拉、錨固和千斤頂?shù)幕爻虅?dòng)作。千斤頂有單作用、雙作用、三作用和連續(xù)頂推千斤頂。表1、表2列出常用的OVM體系YCW系列和YC系列單作用穿心千斤頂?shù)囊?guī)格和性能。

表1 YC系列千斤頂技術(shù)性能表

張拉機(jī)具設(shè)備及儀表應(yīng)妥善管理和維護(hù)，千斤頂與壓力表應(yīng)經(jīng)當(dāng)?shù)丶夹g(shù)監(jiān)督部門(mén)配套校驗(yàn)，確定張拉力與油壓表之間的關(guān)系曲線。壓力表的最小刻劃精度應(yīng)在1 MPa以內(nèi)，否則易造成張拉應(yīng)力控制不準(zhǔn)確。對(duì)長(zhǎng)期不用的張拉千斤頂，應(yīng)在使用前全面校驗(yàn)。使用期間出現(xiàn)下列情況亦應(yīng)校正千斤頂：（1）當(dāng)千斤頂使用超過(guò)6個(gè)月或200次以后；（2）千斤頂發(fā)生故障修理后；（3）調(diào)換壓力表；（4）儀表受到碰撞或出現(xiàn)不正常現(xiàn)象。

2 張拉前的準(zhǔn)備工作

（1）對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，掌握張拉程序和操作控制要點(diǎn)；

（2）對(duì)后張法構(gòu)件，同條件養(yǎng)生試件混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

（3）預(yù)應(yīng)力材料及錨具經(jīng)有資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)合格；

（4）現(xiàn)場(chǎng)采取必要的安全防范措施。

3 張拉力與張拉程序

3.1 張拉控制應(yīng)力

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[1]中σcon為張拉時(shí)的控制應(yīng)力值，理論上應(yīng)與設(shè)計(jì)規(guī)范中預(yù)應(yīng)力鋼筋錨下的張拉控制應(yīng)力相吻合，包括各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失值，對(duì)后張法構(gòu)件系指梁體內(nèi)錨下鋼筋應(yīng)力（張拉而未錨固時(shí)）。

按照設(shè)計(jì)規(guī)范[2]，預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制應(yīng)力值σcon應(yīng)符合下述規(guī)定：

（1）鋼絲、鋼絞線 σcon≤0.75fpk。

（2）精軋螺紋鋼筋 σcon≤0.90fpk。

其中，fpk為預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。先張法和后張法構(gòu)件在進(jìn)行超張拉或計(jì)入錨圈口摩擦損失等任何情況下，鋼筋中最大控制應(yīng)力（千斤頂油泵上反映的數(shù)值）對(duì)鋼絲和鋼絞線不應(yīng)超過(guò)0.8fpk，對(duì)精軋螺紋鋼筋不應(yīng)超過(guò)0.95fpk。

3.2 張拉程序

從上世紀(jì)90年代初開(kāi)始，我國(guó)廣泛應(yīng)用夾片式錨具的預(yù)應(yīng)力錨固體系。這類(lèi)錨具在張拉千斤頂回油放松力筋時(shí)，由于限位板的作用夾片會(huì)同時(shí)回縮而形成良好的自錨性能。對(duì)目前普遍使用的高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，一般不需采用超張拉工藝。預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)，應(yīng)先調(diào)整到初應(yīng)力σ0，該值宜為張拉控制應(yīng)力σcon的10%～15%。

表2 YCW系列A型千斤頂技術(shù)性能表

3.2.1先張法

可采用穿心式千斤頂單根張拉或大噸位千斤頂與活動(dòng)橫梁組合同時(shí)張拉多根預(yù)應(yīng)力筋兩種方法。后一種方法應(yīng)調(diào)整多根力筋初應(yīng)力至基本一致，張拉過(guò)程中應(yīng)使活動(dòng)橫梁與固定橫梁始終保持平行，并抽查力筋的預(yù)應(yīng)力值，其偏差絕對(duì)值不得超過(guò)按一個(gè)構(gòu)件全部力筋預(yù)應(yīng)力總值的5%。張拉程序?yàn)閇1]：

夾片式錨具低松弛鋼絞線：0→初應(yīng)力→σcon（持荷2 min錨固）

鋼筋：0→初應(yīng)力→1.05σcon（持荷 2 min）→0.9σcon→σcon（錨固）

3.2.2后張法

預(yù)應(yīng)力筋張拉順序應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)無(wú)規(guī)定時(shí)，可采取分批、分階段對(duì)稱張拉，以保證張拉的合力作用線處在構(gòu)件核心截面以內(nèi)，防止構(gòu)件截面產(chǎn)生過(guò)大的偏心受壓和邊緣拉力。曲線預(yù)應(yīng)力筋或長(zhǎng)度大于等于25 m的直線預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩阻力較大，宜兩端張拉。否則，一端錨固、另一端張拉會(huì)使摩阻力集中在一端的錨夾具和千斤頂上，使實(shí)際預(yù)應(yīng)力可能達(dá)不到要求。對(duì)長(zhǎng)度小于25 m的直線預(yù)應(yīng)力鋼絞線或直線精軋螺紋鋼筋可在一端張拉。

后張法張拉程序?yàn)閇1]：

夾片式錨具低松弛鋼絞線：0→初應(yīng)力→σcon（持荷2 min錨固）

鋼筋、鋼筋束：0→初應(yīng)力→1.05σcon（持荷2 min）→σcon（錨固）

4 預(yù)應(yīng)力筋張拉理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算與取值

預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長(zhǎng)值△L（mm）計(jì)算公式為：L=（PPL）/（APEP）

其中，預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力 PP=P（1-e-(kx+uθ））/（kx+uθ）

式中：L——預(yù)應(yīng)力筋的長(zhǎng)度，mm；

AP——預(yù)應(yīng)力筋的截面面積，mm2；

EP——預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量，MPa；

P——預(yù)應(yīng)力筋張拉端的拉力，N；

x——從張拉端至計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度，可近似取該段管道在構(gòu)件縱軸上的投影長(zhǎng)度；

θ——從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，rad；

k——孔道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)，1/m；

u——預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦系數(shù)。

（1）從上式中可看出，彈性模量EP的取值是否準(zhǔn)確對(duì)理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算影響較大。由于目前生產(chǎn)廠家供應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋存在彈性模量偏差較大的現(xiàn)象，這就要求材質(zhì)的均勻性應(yīng)得到保證。按江蘇省高速公路建設(shè)管理部門(mén)編制的《工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，鋼絞線彈性模量為（195±10）GPa，即使符合要求的材料彈性模量偏差也可能達(dá)到5%，例如，某橋進(jìn)場(chǎng)的兩批鋼絞線經(jīng)檢驗(yàn)，彈性模量分別為195 GPa和203 GPa。因此，對(duì)材料的彈性模量值應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定，將實(shí)測(cè)值代入計(jì)算，方可使結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。

（2）對(duì)后張法構(gòu)件摩擦系數(shù)u值與材料類(lèi)型、特征、孔道成型情況都有很大關(guān)系。設(shè)計(jì)規(guī)范中給出了用于預(yù)應(yīng)力損失估算的參考u值，為獲得比較準(zhǔn)確的摩擦系數(shù)值，施工規(guī)范[1]指出最好對(duì)孔道摩阻進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，并提供了孔道摩阻損失的測(cè)定方法。實(shí)際上，對(duì)于夾片式錨具根據(jù)此方法測(cè)定的摩阻損失σL1=σcon[1-e-（kx+uθ）]，便可計(jì)算出實(shí)際的（uθ+kx）值，以此值代入伸長(zhǎng)值計(jì)算公式較為可靠。

（3）理論伸長(zhǎng)值計(jì)算時(shí)，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋的長(zhǎng)度L取值除錨固點(diǎn)之間的距離外，應(yīng)加上伸入千斤頂缸體內(nèi)的錨固長(zhǎng)度，因?yàn)閺埨瓡r(shí)千斤頂外伸，前錨工具夾片之間的鋼絞線都被張拉伸長(zhǎng)，并反映到油缸行程中（實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值），對(duì)于短束影響較大。

（4）目前張拉千斤頂較多采用限位器控制構(gòu)件工作夾片行進(jìn)，使錨固時(shí)的錨具回縮值在6 mm左右，設(shè)計(jì)計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失時(shí)已計(jì)入該項(xiàng)數(shù)值。由于張拉力P值對(duì)應(yīng)張拉時(shí)的控制應(yīng)力σcon，此時(shí)錨具并未回縮，處于持荷狀態(tài)，因此理論伸長(zhǎng)值△L與回縮值無(wú)關(guān)。這一點(diǎn)對(duì)于實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值校核同樣如此。

5 預(yù)應(yīng)力筋實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值及校核

（1）預(yù)應(yīng)力筋從調(diào)整到初應(yīng)力后再正式分級(jí)張拉，實(shí)際伸長(zhǎng)值也從初應(yīng)力時(shí)開(kāi)始量測(cè)，總伸長(zhǎng)值除量測(cè)的數(shù)值外，還應(yīng)加上初應(yīng)力以下的推算值，以與理論伸長(zhǎng)值對(duì)應(yīng)。由于最初張拉時(shí)各根（束）預(yù)應(yīng)力筋的松緊、彎直程度不一致，因此，初應(yīng)力以下的伸長(zhǎng)值不宜采用量測(cè)方法，而采用相鄰級(jí)的伸長(zhǎng)值進(jìn)行推算。如，初應(yīng)力為10%σcon時(shí)，其伸長(zhǎng)值可采用由10%張拉到20%的伸長(zhǎng)值。

（2）當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值超過(guò)千斤頂張拉行程時(shí)，應(yīng)采用分級(jí)張拉（倒頂）。倒頂時(shí)要注意兩點(diǎn)：a.倒頂時(shí)的分級(jí)張拉力應(yīng)控制其伸長(zhǎng)值在千斤頂張拉行程以內(nèi)，對(duì)壓力表刻劃精度為1 MPa的，分級(jí)應(yīng)力百分比不必是整數(shù)，而最好采用對(duì)應(yīng)壓力表上某一刻劃線的應(yīng)力值，這樣在倒頂時(shí)便于準(zhǔn)確控制，減小實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值累計(jì)誤差；b.張拉到達(dá)分級(jí)應(yīng)力時(shí)，千斤頂回油錨固，由于夾片回縮，預(yù)應(yīng)力值降低。開(kāi)始下一級(jí)張拉時(shí)，先張拉到σk對(duì)應(yīng)的油表值，此時(shí)量測(cè)的伸長(zhǎng)值應(yīng)作為減數(shù)計(jì)入總累計(jì)伸長(zhǎng)值。

（3）目前，預(yù)應(yīng)力筋張拉采用應(yīng)力控制、伸長(zhǎng)值校核，即“雙控”。實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值的差值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)未規(guī)定的，按6%以內(nèi)控制。在工程實(shí)踐中，預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際伸長(zhǎng)值與計(jì)算值之間難免會(huì)存在一定的誤差，這是由于：a.預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際彈性模量與計(jì)算取值不一致，即使采取抽樣檢驗(yàn)，其數(shù)值也會(huì)有偏差；b.千斤頂輸出力不準(zhǔn)確，尤其是使用一段時(shí)期而尚未重新校驗(yàn)，或千斤頂張拉力與油表值對(duì)應(yīng)曲線內(nèi)差存在誤差；c.由于施工因素的影響，各個(gè)構(gòu)件孔道摩阻損失存在差異；d.預(yù)應(yīng)力筋的截面面積存在偏差，廠家為保證強(qiáng)度滿足要求，力筋的面積普遍偏大一些。施工中當(dāng)伸長(zhǎng)值偏差較大時(shí)，應(yīng)暫停張拉，查明原因并采取調(diào)整措施。因此，伸長(zhǎng)值的校核可以綜合反映張拉力是否足夠，孔道摩阻是否偏差較大，以及預(yù)應(yīng)力筋是否存在異常現(xiàn)象等。

6 其它注意事項(xiàng)

（1）先張法預(yù)應(yīng)力放張。先張法構(gòu)件放張的原則，就是要防止在放張過(guò)程中構(gòu)件發(fā)生翹曲、裂紋及預(yù)應(yīng)力筋斷折現(xiàn)象。放張時(shí)混凝土強(qiáng)度及放張順序應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)未明確時(shí)混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)75%以上，應(yīng)分級(jí)、對(duì)稱交錯(cuò)放張，保持預(yù)應(yīng)力筋放松速度均勻、漸變。對(duì)先張法預(yù)應(yīng)力空心板梁，嚴(yán)禁驟然放松，否則易造成板梁迅速滑動(dòng)，同時(shí)由于預(yù)加力沖擊影響，板梁驟然起拱、翹曲，產(chǎn)生板端底部混凝土磕裂，甚至頂板出現(xiàn)拉裂，對(duì)斜交角度較大的板梁危害更加明顯。

（2）后張法預(yù)應(yīng)力孔道壓漿。后張孔道壓漿的目的，主要是防止預(yù)應(yīng)力筋銹蝕，并使凝結(jié)后的水泥提供有效的粘結(jié)力來(lái)傳遞預(yù)應(yīng)力。孔道壓漿越早越好，以防止力筋銹蝕及松弛。施工中要使純水泥漿滿足高強(qiáng)度指標(biāo)是比較困難的，而且實(shí)際梁體受力后，水泥漿撓曲粘結(jié)應(yīng)力也很低。但也要具備一定的粘結(jié)強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。根據(jù)國(guó)際預(yù)應(yīng)力協(xié)會(huì)（FIP）建議，壓漿強(qiáng)度也不應(yīng)低于30 MPa。要求壓入孔道內(nèi)的水泥漿在結(jié)硬后應(yīng)有可靠的密實(shí)性，充滿整個(gè)管道，這是最重要的，因此，對(duì)壓漿工藝應(yīng)予高度重視，以保證水泥漿的密實(shí)度，從而提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

[1]JTJ041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].