預制箱梁智能張拉錨下預應力施工控制技術

林欽國+王劍+鄧偉才

摘 要：結合重慶銅合高速公路預制箱梁預應力的施工，分析了預應力施工過程中的影響因素。通過錨下有效預應力測試的基本試驗，得出梳編穿束工藝、控制持荷時間以及智能張拉技術等手段可以有效控制錨下預應力的損失。

關鍵詞：箱梁；預應力損失；錨下預應力；智能張拉

中圖分類號：U448.21 文獻標志碼：B

0 引 言

預應力張拉施工工序較多、技術難度較大，結構獲得的有效預應力受材料、器具、設備以及張拉操作工藝等諸多因素影響，施工中需要有高效可靠的全過程控制手段，以及嚴格規范的操作和跟蹤控制[1]。因此，預應力張拉的對稱、均勻和精準到位對預應力張拉測控技術提出了很高的要求。

有效預應力的建立直接影響到橋梁的安全性、可靠性和長期使用壽命。特別是大跨徑預制箱梁，由于其跨徑大、張拉噸位大、預應力體系和結構受力復雜等特點，一旦發生預應力失控的現象，將帶來災難性的后果。

1 工程概況

重慶三環高速公路（銅梁至合川段）K0+000～K29+339段制梁場主要生產預制預應力混凝土簡支小箱梁，設計梁長為20 m和30 m，底寬1 m，頂寬2.4 m，最大梁重96 t。預應力鋼束采用符合（GB/T5224—2003）標準的低松弛、高強度鋼絞線，抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa，公稱直徑Φs為15.2 mm，彈性模量Ep=1.95×105 MPa。單根預應力鋼束錨下張拉控制應力0.75fpk=1 395 MPa。張拉工藝采用預應力智能張拉設備，兩端對稱張拉，采取張拉力和延伸量雙控，以張拉力為主，延伸量和計算延伸量控制在±6%。

2 錨下預應力張拉

預應力使得混凝土變成拉壓性能基本對稱的線彈性材料，沒有預存壓應力的混凝土材料是抗壓不抗拉的脆性材料，只能用于受壓結構和小跨受彎結構；然而一旦通過張拉預應力筋給混凝土施加預壓應力，得到的預應力混凝土就可以根據需要獲得期望的抗拉性能，賦予結構設計和施工以極大的靈活性[3]。

2.1 錨下有效預應力定義

錨下有效預應力定義如下：預應力筋張拉錨固后，實際張拉控制應力扣除錨固損失和彈性回縮等損失，預應力筋錨下留存的應力。

2.2 預應力損失因素

預應力是通過張拉預應力筋得到的，凡是能使預應力筋回縮的因素，都將引起預應力損失。現場施工中，預應力損失主要表現在以下三個方面[2-4]。

（1） 摩擦損失σl1。在預應力筋張拉過程中，后張法預應力筋與孔道壁之間的摩擦。

（2） 錨固損失σl2。錨具變形、鋼筋回縮及接縫壓縮引起預應力筋的回縮、滑移。

（3） 松弛損失σl3。長度不變的預應力筋，在高應力的長期作用下會產生松弛，引起預應力損失。

以抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa、公稱直徑Φs=15.2 mm、彈性模量Ep=1.95×105 MPa的低松弛高強度鋼絞線為例，計算出的各項預應力損失及錨下有效預應力的理論值如表1所示。

3 錨下有效預應力測試基本試驗

本次后張法PC箱梁的錨下有效預應力測試，主要采用以下兩種方法。

（1） 整體測試法。在工作錨與錨墊板之間加裝測力計，直接進行整束預應力筋的錨下有效預應力檢測。該方法主要用于測試單孔鋼絞線的錨下有效預應力值[5-6]。

（2） 單束測試法。根據彈模效應與最小應力跟蹤原理，利用千斤頂反拉單根鋼絞線，從而帶動其與夾片沿軸線移動，當移動距離達到0.5 mm時，測出的錨下預應力值即為該束鋼絞線的錨下有效預應力值[7]。該方法主要用于測試單孔鋼絞線的同束不均勻度（同束不均勻度=（測試最大有效應力-測試最小有效應力）/ 測試最大有效應力 ×100%）。

以上兩種方法原理可靠，精度較高、操作方便，在全國各地的公路工程中得到推廣應用。

3.1 試驗工況

本次錨下預應力試驗共對10片20 m箱梁（圖1）和30 m箱梁（圖2）的20個孔道進行了測試。編號1～5號的箱梁長20 m，測試其N2左和N2右孔道；編號6～10號的箱梁長30 m，測試其N1左和N1右孔道。試驗條件如下。

（1） 試驗工況一。張拉編號為1、3、5、7、9號箱梁時，鋼絞線未梳編，單束張拉控制應力為195.3 kN，張拉千斤頂直接作用于工作錨具。張拉施工時，僅在張拉分級為10%、20%時短暫停頓30 s；達到張拉控制應力時持荷5 min。

（2） 試驗工況二。張拉4、6、8、10號箱梁時，鋼絞線梳編，單束張拉控制應力為195.3 kN，張拉千斤頂直接作用于工作錨具。張拉施工開始后，在張拉分級為10%、20%時停頓30 s；在張拉分級為50%、80%時停頓60 s； 達到張拉控制應力時持荷7 min。

張拉2號箱梁N2右孔道時，單束張拉控制應力為195.3 kN，同時在張拉千斤頂與工作錨具間加4個錨具。張拉施工開始后，在張拉分級為10%、20%時停頓30 s；在張拉分級為50%、80%時停頓60 s； 達到張拉控制應力時持荷7 min。

3.2 數據分析

根據試驗工況一和試驗工況二，錨下有效預應力測試結果如表2、3所示。

分析表2、3數據可知：根據試驗工況一，當鋼絞線不梳編、僅在張拉分級為10%、20%時停頓30 s，達到張拉控制應力時持荷5 min，測試得到的預應力筋錨下有效預應力值普遍偏低，只能基本達到設計錨下有效預應力的下限值，且同束不均勻度偏差較大（根據試驗工況一，計算得到同束不均勻度為（192.7-149.8）/192.7×100%=22%）。

根據試驗工況二，當采取鋼絞線梳編且張拉分級在10%、20%時停頓30 s，在50%、80%時停頓60 s， 達到張拉控制應力時持荷時間7 min等措施時，預應力筋錨下有效預應力值處于設計錨下有效預應力±5%內，能夠滿足設計要求。在千斤頂與工作錨具（圖3）之間增加4個錨具測試工作長度段鋼絞線預應力損失。通過測試可知，增加錨具引起的預應力損失大致為8 kN，這主要是因為增加的4個錨具造成了錨固損失及錨具與鋼絞線之間的摩阻損失[7-9]。endprint

3.3 基本試驗結論

根據實測的錨下有效預應力的相關情況，可以得出以下結論。

（1） 通過梳編穿束工藝的改進，可以控制有效預應力的不均勻度。

（2） 由孔道摩阻、錨固回縮及預應力筋松弛等

引起的預應力損失比理論計算預應力損失偏大，因此對低松弛預應力筋施工時，宜在張拉分級為10%、20%時做短暫停頓（建議為30 s），在50%、80%時也做停頓（建議為60 s）， 達到張拉控制應力時持荷時間為5 min以上，同時預應力張拉施工宜采用智能張拉施工工藝，以確保對各階段預應力張拉進行精確控制。

4 結 語

（1） 為了確保預應力筋張拉施工質量能夠滿足設計要求，應根據結構類型、布束的位置及形式等因素分別確定有效預應力的建立方法。

（2） 為切實提高預應力張拉施工質量，應做到梳編穿束工藝規范化，采用經過精確標定的智能張拉設備進行預應力筋張拉施工以便減少人為因素的影響。另外，預應力筋張拉施工時必須從兩端同步對稱進行且張拉至100%設計荷載時，持荷時間宜大于施工規范要求的5 min。

（3） 單根鋼絞線錨下有效預應力的測試是檢測控制中最重要的部分。單根鋼絞線通過了嚴格的梳束、編束和穿束，因此只要單根鋼絞線的錨下有效預應力符合要求，整束鋼絞線的錨下有效預應力也就符合要求。

參考文獻：

[1] JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[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] 張天喜.預應力箱梁智能張拉施工控制[J].山西建筑，2014，40（1）：189-190.

[4] 張發明，劉 寧，陳祖煜，等.影響大噸位預應力長錨索錨固力損失的因素分析[J].巖土力學，2002，23（2）：194-197.

[5] 羅 斌，唐樹名，程曉輝，等，錨下預應力反拉檢測技術[J].公路交通技術，2012，2（1）：12-14.

[6] 譚立銘.錨索預應力無損檢測方法研究[D].重慶：重慶交通大學，2013.

[7] 王繼成，向中富，彭 凱，等.橋梁預應力及索力張拉測控技術[M].北京：人民交通出版社，2011.

[8] 鄭舟軍，田曉彬，余俊林，等.內置式鋼錨箱索塔錨固區受力機理分析[J].中國公路學報，2010，23（5）：84-89.

[9] 李建慧，李愛群.自錨式懸索橋靜力隨機分析與可靠度評估[J].中國公路學報，2012，25（6）：74-79.

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3.3 基本試驗結論

根據實測的錨下有效預應力的相關情況，可以得出以下結論。

（1） 通過梳編穿束工藝的改進，可以控制有效預應力的不均勻度。

（2） 由孔道摩阻、錨固回縮及預應力筋松弛等

引起的預應力損失比理論計算預應力損失偏大，因此對低松弛預應力筋施工時，宜在張拉分級為10%、20%時做短暫停頓（建議為30 s），在50%、80%時也做停頓（建議為60 s）， 達到張拉控制應力時持荷時間為5 min以上，同時預應力張拉施工宜采用智能張拉施工工藝，以確保對各階段預應力張拉進行精確控制。

4 結 語

（1） 為了確保預應力筋張拉施工質量能夠滿足設計要求，應根據結構類型、布束的位置及形式等因素分別確定有效預應力的建立方法。

（2） 為切實提高預應力張拉施工質量，應做到梳編穿束工藝規范化，采用經過精確標定的智能張拉設備進行預應力筋張拉施工以便減少人為因素的影響。另外，預應力筋張拉施工時必須從兩端同步對稱進行且張拉至100%設計荷載時，持荷時間宜大于施工規范要求的5 min。

（3） 單根鋼絞線錨下有效預應力的測試是檢測控制中最重要的部分。單根鋼絞線通過了嚴格的梳束、編束和穿束，因此只要單根鋼絞線的錨下有效預應力符合要求，整束鋼絞線的錨下有效預應力也就符合要求。

參考文獻：

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[9] 李建慧，李愛群.自錨式懸索橋靜力隨機分析與可靠度評估[J].中國公路學報，2012，25（6）：74-79.

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3.3 基本試驗結論

根據實測的錨下有效預應力的相關情況，可以得出以下結論。

（1） 通過梳編穿束工藝的改進，可以控制有效預應力的不均勻度。

（2） 由孔道摩阻、錨固回縮及預應力筋松弛等

引起的預應力損失比理論計算預應力損失偏大，因此對低松弛預應力筋施工時，宜在張拉分級為10%、20%時做短暫停頓（建議為30 s），在50%、80%時也做停頓（建議為60 s）， 達到張拉控制應力時持荷時間為5 min以上，同時預應力張拉施工宜采用智能張拉施工工藝，以確保對各階段預應力張拉進行精確控制。

4 結 語

（1） 為了確保預應力筋張拉施工質量能夠滿足設計要求，應根據結構類型、布束的位置及形式等因素分別確定有效預應力的建立方法。

（2） 為切實提高預應力張拉施工質量，應做到梳編穿束工藝規范化，采用經過精確標定的智能張拉設備進行預應力筋張拉施工以便減少人為因素的影響。另外，預應力筋張拉施工時必須從兩端同步對稱進行且張拉至100%設計荷載時，持荷時間宜大于施工規范要求的5 min。

（3） 單根鋼絞線錨下有效預應力的測試是檢測控制中最重要的部分。單根鋼絞線通過了嚴格的梳束、編束和穿束，因此只要單根鋼絞線的錨下有效預應力符合要求，整束鋼絞線的錨下有效預應力也就符合要求。

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[9] 李建慧，李愛群.自錨式懸索橋靜力隨機分析與可靠度評估[J].中國公路學報，2012，25（6）：74-79.

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