基于拉脫法的預應力鋼絞線張拉力測試分析

詹桂超，劉冠之

（1.佛山市交通運輸工程質量監督站，廣東佛山 528041；2.山東大學巖土與結構工程研究中心，山東濟南 250061）

?

基于拉脫法的預應力鋼絞線張拉力測試分析

詹桂超1，劉冠之2

（1.佛山市交通運輸工程質量監督站，廣東佛山 528041；2.山東大學巖土與結構工程研究中心，山東濟南 250061）

摘要：預應力鋼絞線張拉力對預應力構件正常工作有著至關重要的作用。文中闡述了拉脫法測試預應力鋼絞線張拉力的原理，通過模型試驗，運用新的數值分析理論，建立與鋼絞線張拉力密切相關的曲線回歸方程，從而確定鋼絞線張拉力值，為鋼絞線張拉力檢測提供參考依據。

關鍵詞：橋梁；預應力鋼絞線；拉脫法；張拉力

近年來，橋梁工建設得到飛速發展，許多問題也伴隨而來，預應力箱梁橋裂縫的防治就是其中較為突出的問題之一。對于傳統的大跨徑預應力梁橋，箱梁開裂必然伴隨著跨中過量下撓病害。縱觀現代橋梁史，因長期形變而引發的特大橋梁事故時有發生。周家剛、Robertson I.N.等國內外學者對箱梁開裂引發的病害有過深入研究，一致認為連續剛構橋開裂及下撓主要是由于縱向預應力不足所導致。在橋梁施工過程中，考慮到施工人員素質、施工環境、突發事件等原因，縱向預應力張拉力不足這一現象普遍存在，對大跨徑梁橋的營運和結構穩定造成極大的安全隱患。因此，預應力構件內部的工作應力檢測一直是土木工程領域重點關注的問題。

該文采用拉脫法，借助張拉力與延伸量的曲線特征，提出一種新的數值分析理論，建立與張拉力相關聯的曲線回歸方程，為張拉力檢測提供參考依據。

1　工作原理

如圖1所示，基于拉脫法的預應力鋼絞線張拉力測試主要通過對單根預應力鋼絞線進行反拉，在穿心式千斤頂和工具錨之間安裝穿心式壓力傳感器，并用高精度位移計測試鋼絞線延伸量，從而獲取張拉力與延伸量之間的關系曲線。

理論條件下拉脫法荷載與位移曲線應為折線，但實際操作過程中，工作錨、墊板、千斤頂之間的微小縫隙及夾片受力會產生內滑現象，導致無法呈現出較為明顯的折線（見圖2）。

圖1　檢測裝置示意圖

圖2　張拉力-延伸量關系曲線示意圖

從圖2（b）可看出：實際荷載-位移不規則曲線可分為O—A、A—B、B—C、C—D 4個階段。

O—A段：該階段為消除結構之間初始縫隙階段。外露段鋼絞線張拉力增長緩慢，而夾片與鋼絞線之間的摩阻力保持不變。

A—B段：該階段外露段鋼絞線張拉力逐漸增大，而夾片與鋼絞線之間的摩阻力與O—A階段保持一致。

B—C段：該階段夾片與鋼絞線發生脫離，摩阻力逐漸減小。當張拉力達到拐點C處時，夾片與鋼絞線完全脫離。

C—D段：該階段自由段的鋼絞線與外露段的鋼絞線應力完全一致。

2　模型試驗

2.1試驗模型

試驗采用C50砼、OVM15-3群錨體系、15-7?5預應力鋼絞線。在砼構件內部設3條平行等間距波紋管孔道作為對照，并在波紋管內部設置鋼絞線。為方便敘述，將3根鋼絞線編號為1、2、3。鋼絞線參數見表1，砼構件模型見圖3。

表1　鋼絞線參數

圖3　砼構件模型

2.2試驗準備與設備

出于試驗方法的需要，檢測前需保證模型內鋼絞線已張拉完畢，同時外露段鋼絞線未進行切割且波紋管孔道內部不進行壓漿操作。

選取DH5923作為頻率采集儀器，采樣頻率為20 Hz；位移計檢測精度達0.01 mm，量程100 mm；壓力傳感器檢測精度達0.001 N，量程25 t。位移計及壓力傳感器的檢測精度可基本保證檢測數據的準確、有效。

2.3數據采集

在外露段鋼絞線上依次安裝退錨器、墊板、穿心式壓力傳感器等設備。采用單端鋼絞線張拉千斤頂進行張拉，張拉過程中，一旦夾片脫離錨具（見圖4），立刻停止張拉。

3　數據分析及處理

模型試驗共對1、2、3號鋼絞線張拉力進行檢測，檢測結果見圖5。

圖4　夾片狀態示意圖

圖5　鋼絞線張拉力檢測結果

從圖5可看出：檢測數據毛刺狀波動隨著張拉力的提高而逐漸明顯，這是由千斤頂回油所導致的，屬于正常現象。

為快速、有效地分析處理數據，提出如下數據處理原則：1）將通過壓力傳感器獲取的壓力值換算成以噸為單位的數據；2）考慮到采集數據較多，僅對影響權重較大的數據進行分析處理，將位移10 mm以上的數據作為研究對象；3）為提高處理精度，回歸分析時采用六次高階多項式進行擬合，并保留小數點后8位數。

基于上述數據處理原則，對1、2、3號鋼絞線張拉力檢測數據進行分析處理，得1號鋼絞線回歸分析曲線方程為：

2號鋼絞線回歸分析曲線方程為：

3號鋼絞線回歸分析曲線方程為：

對回歸分析曲線方程取一階導數，確定回歸分析方程斜率趨于零的力的大小（見圖6）。

圖6　鋼絞線斜率曲線

根據圖6可判斷鋼絞線張拉力值的大小：1號鋼絞線張拉力為22.3 t，2號鋼絞線張拉力為22.1 t，3號鋼絞線張拉力為20.6 t。

4　結論

張拉力與鋼絞線伸長量之間有著較為明顯的關系，當夾片與錨具分離時，其外露段鋼絞線受力與內部鋼絞線受力相一致。采用拉脫法對預應力鋼絞線張拉力進行測試，根據鋼絞線張拉力檢測數據推算斜率曲線，斜率值趨于零所對應點處的力即為鋼絞線的張拉力值。根據模型試驗結果，該方法的檢測精度在5%以內，可以滿足設計和施工要求。

但在工程應用過程中，拉脫法會對鋼絞線產生二次夾傷，故預應力鋼絞線受力長期影響因素有待進一步論證。

參考文獻：

［1］ 鐘新谷.預應力混凝土連續箱梁橋裂縫防治與研究［J］.工程力學，2004，21（增刊1）.

［2］ 廖娟，葉貴如，徐興.預應力混凝土箱形連續梁橋裂縫成因分析及對加固方案的評價［J］.中國公路學報，2004，17（1）.

［3］ 詹建輝.特大跨度連續剛構主梁下撓及箱梁裂縫成因分析［J］.中外公路，2005，25（1）.

［4］ 周家剛，尹新剛.在役預應力混凝土橋梁預應力檢測技術：現狀、技術難點與展望［J］.公路交通科技：應用技術版，2011（6）.

［5］ Robertson I N.Prediction of vertical deflections for a long-span prestressed concrete bridge structure［J］. Engineering Structures，2005，27（12）.

［6］ 林新元.箱梁施工期防裂技術及裂后評估理論和工程應用［M］.北京：人民交通出版社，2012.

［7］ Bazant Z，Yu Q，Li G.Excessive long-time deflections of prestressed box girders.Ⅰ：record-span bridge in palau and other paradigms［J］.Journal of Structural Engineering，2012，138（6）.

［8］ Bazant Z，Yu Q，Li G.Excessive long-time deflections of prestressed box girders.Ⅱ：numerical analysis and lessons learned［J］.Journal of Structural Engineering，2012，138（6）.

［9］ 付丹.預應力錨索工作應力的檢測方法研究［D］.北京：清華大學，2010.

［10］ 郭琦.復雜預應力體系梁式結構有效預應力預測理論與方法研究［D］.西安：長安大學，2009.

中圖分類號：U448.21

文獻標志碼：A

文章編號：1671-2668（2016）03-0191-03

收稿日期：2016-02-22