豎向預應力精軋螺紋鋼筋張拉體系施工技術

魯 林

(陜西高速公路咨詢有限公司，陜西 西安 710000)

0 引言

自1985年我國首次采用精軋螺紋鋼作為豎向預應力鋼筋建成國內第一條大跨徑連續剛構橋——廣東洛溪大橋以來，由于連續剛構橋保持了連續梁無伸縮縫、行車平順的優點，以及既有很大的抗彎和抗扭剛度，又滿足大跨徑的橋梁的受力要求，已經成為大中跨徑混凝土橋梁設計方案的首選[1－4]。

預應力混凝土箱梁橋腹板開裂的原因很多，其中豎向預應力張拉力達不到設計標準是其開裂的主要原因之一[1－6]。國內很多學者對預應力鋼筋的損失機理及其預防措施進行了研究并提出了很多方法，但因缺乏有效驗證手段而沒能得到推廣應用。

針對預應力精軋螺紋鋼，基于結構動力學基本理論，建立螺紋鋼的力學模型，深入研究了預應力螺紋鋼的有效張拉力的檢測方法，并在此基礎上指導施工，總結了施工工藝的技術要點，保證了預應力精軋螺紋鋼的張拉質量。

1 豎向預應力無損檢測

在橋梁實際施工過程中，盡管外露段(不包括螺母)的長度不一樣，但所用的螺母是相同的。根據動力學理論，無論外露長度如何變化，只要螺母的高度相同，如果預應力鋼筋所受的張力不同，則引起精軋螺紋鋼的螺紋與螺母的咬合程度(即抗彎剛度)不同。而精軋螺紋鋼外露段的固有頻率，隨著外露段的長度和抗彎剛度的不同而不同，通過實驗標定出抗彎剛度增大系數和張拉力的關系，則可以通過頻率間接得出精軋螺紋鋼的張拉力。如圖1所示，精軋螺紋鋼外露段抗彎剛度和頻率關系的近似解的懸臂梁模型，由于傳感器的質量較大(209 g)，所以模型中傳感器的影響不可忽略。模型基于能量守恒定理的瑞雷商法分析其第一階固有頻率，其形函數取集中力P1作用于懸臂端時的撓度變形曲線函數。其中，M為傳感器質量，L為模型總長度，L1為錨固段(螺母高度)，L2為錨固段到傳感器中心線的長度，L3為精軋螺紋鋼外露段長度。

圖1 外露段近似解模型

本文提出的預應力張拉力無損檢測的研究思路如下:通過研究建立不同精軋螺紋鋼螺母段的剛度增大系數、外露段長度(扣除螺母高度)、精軋螺紋鋼直徑和振動頻率的關聯模型。同時建立不同的張拉力和精軋螺紋鋼螺母段的剛度增大系數之間的關系。根據以上兩個計算關系，得到張拉力和外露段振動頻率的計算表達式，進而應用到實際箱梁橋的精軋螺紋鋼張拉力檢測中。

以下是實際工程中幾個箱梁節段的豎向預應力張拉力無損檢測結果。

圖2中有40%的豎向預應力精軋螺紋鋼滿足不了設計要求。

圖2 節段1豎向預應力鋼筋張拉力測試值

圖3中有13%的豎向預應力精軋螺紋鋼滿足不了設計要求。

圖3 節段2豎向預應力鋼筋張拉力測試值

圖4中有20%的豎向預應力精軋螺紋鋼滿足不了設計要求。

圖4 節段3豎向預應力鋼筋張拉力測試值

分析以上幾個測試結果可以看出:目前箱梁施工中，豎向預應力不足較為普遍。

2 豎向預應力施工技術要點

2.1 施工方法

高強度的精軋螺紋鋼由于施工工藝簡單、錨固方便、操作簡便等優點，經常被用于箱梁腹板預應力筋。其張拉的具體流程:1)按20%應力→40%應力→100%應力分次張拉(具體數值看實際情況而定);2)保持2 min后，擰緊螺母進行錨固;3)回油，卸載。

2.2 張拉力不足原因分析

根據現場檢測，在受檢的橋梁中都存在張拉力不足的現象，無損檢測方法可以在不損壞精軋螺紋鋼的情況下有效、快捷地協助技術人員查找張拉力不足的原因。

1)由于錨固時是靠工人用扳手將錐形螺母擰緊，螺母擰緊不到位是導致張拉力不足的主要原因之一，為避免因螺母沒擰緊而導致張力不足，首先在張拉前要把張拉槽的雜物清理干凈，保證螺母與錨墊板的密貼;其次進行張拉時技術員要在現場進行監督，防止由于工人偷懶，沒擰緊螺母，甚至出現漏擰。

2)張拉槽的施工質量的好壞也是影響豎向預應力精軋螺紋鋼張拉質量的主要原因之一。主要表現在:a.張拉槽埋置過深導致擰緊扳手轉動空間不足而無法擰緊螺母。b.張拉槽附近的混凝土密實性差承載力不足被反力凳壓碎，導致預應力損失過大。c.張拉槽周圍的混凝土凹凸不平同樣也會引起千斤頂傾斜而導致張拉力不足。針對以上3種情況，要嚴格控制張拉槽的施工質量。

在安放張拉槽盒時，要設置定位線，嚴格控制槽盒的高度，既不能過高致使澆筑混凝土后，錨具暴露在混凝土外面，也不能過低影響擰緊扳手的轉動，而導致螺母不能擰緊到位。

在澆筑混凝土時將張拉槽附近的混凝土振搗密實，保證其有足夠的承載能力，并小心將頂面仔細抹平。

3)安裝工藝。從文獻[4]的研究結果看(見圖5)，錨墊板如果安裝存在較大誤差的話，則螺母和錨墊板之間的夾角會導致豎向預應力折減。

圖5 錨墊板安裝誤差

針對以上不足，實際工程施工需要注意以下幾點:

a.設置定位鋼筋保證預應力筋軸線鉛直，要求定位后管道軸線偏差不大于5 mm。上下錨墊板保持水平，并盡量與精軋螺紋鋼的軸線垂直。否則造成如圖5所示的傾角過大而無法補救;同時要及時清理槽位的殘渣，以保證錨墊板與螺母的密貼。b.在澆筑混凝土時應用紗布或其他物品將波紋管的縫隙堵住防止波紋管進漿。c.螺旋鋼筋應與錨墊板焊接在一起，防止其在安裝后掉落，減少張拉槽周圍混凝土的彈塑性，承載力不足容易被壓碎，造成預應力損失過大。d.把下端的錨墊板與螺母點焊成整體，下端螺母植入混凝土的鋼筋長度建議大于8 cm，否則可能因錨固力不夠，下端混凝土被逐步壓碎，造成張拉力不足但延伸量超標的假象，甚至被拉出。

4)張拉設備和錨固材料。a.定期校定油泵，油表和油泵要配套，不能在張拉時隨意更換油表。b.連接器要及時更換，一般張拉6次左右更換一個連接器。c.反力凳的工作面應保證擰緊扳手有足夠的轉動范圍。d.同一施工現場應該用統一尺寸的錨墊板和螺母，曾在某工地發現多種規格不一的螺母，導致擰緊扳手與螺母不匹配，出現工人徒手擰緊螺母的現象。

3 結語

自1985年以來精軋螺紋鋼筋豎向預應力體系在國內外得到了廣泛的應用，但一直以來無法有效的評估其張拉的質量，以致施工行為得不到監管，施工工藝的優劣無法評估。

本文通過豎向預應力精軋螺紋鋼張拉力無損檢測，揭示了工程上普遍存在張拉力不足的工程現象。通過對施工工藝的總結，針對每種不足，分別提出了不同的施工控制工藝。本文研究對豎向預應力精軋螺紋鋼張拉施工具有實際的工程應用價值。

[1] 張 峰.預應力混凝土連續箱梁開裂后的結構行為[D].南京:東南大學博士學位論文，2007.

[2] JTG D62－2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[3] 鐘新谷，劉學偉，沈明燕.混凝土箱梁豎向預應力錨固墊板安裝傾角誤差統計規律研究[J].土木工程學報，2010，43(5):23－28.

[4] 李守凱，張 峰，李術才.施工定位誤差對豎向預應力損失的影響研究[J].山東大學學報(工學版)，2011，41(3):101－105.

[5] 梁東海，劉學偉.豎向預應力垂直度的測試及分析方法[J].中外公路，2009，29(6):178－180.

[6] 沈明燕，鐘新谷，舒小娟.PC箱梁橋腹板豎向預應力長期損失測試與研究[J].2007，27(6):71－77.