預應力混凝土T梁錨下有效預應力的檢測與分析

■陳朝慰

（福建船政交通職業學院，福州 350007）

1 概述

預應力混凝土橋梁具有斷面尺寸小、梁體輕、抗裂性強、便于預制等優點，從而被廣泛應用于我國公路橋梁建設當中。預應力對橋梁結構的重要性不言而喻，在建橋梁中，通過適時掌握實際張拉的有效應力值，可以對現場施工構件有一個充分的了解，為后續的施工打下良好的基礎；對于成橋結構，通過對工作狀態下的預加應力進行數據采集，也可以對橋梁的安全性、可靠性進行合理的評價。但在實際生產中，由于專業技術人員相對不足，以及各種施工管理、監督措施相對滯后與不完善，產生的預應力結構質量事故和質量隱患屢見不鮮。

為了加強預應力施工質量控制，《福建省高速公路橋梁標準化施工指南》要求，每個預制梁場在第一片梁片張拉完成后，均應委托有資質的檢測單位對其進行錨下應力狀態的檢測，對張拉施工質量進行監督和評價，并分析總結經驗。同時，在預制梁片生產過程中，按比例隨機抽取梁片進行預應力檢測。為此，文章闡述錨下有效預應力檢測原理和分析依據，通過T梁的現場試驗，分析高速預應力T梁檢測結果和施工中存在的問題，給出施工改進建議，對于提高國內預應力橋梁的施工技術水平和施工質量具有重要的意義。

2 工程背景

福建某高速公路大橋左幅13-2T梁，梁長為30m,梁高2.0m，截面上N1,N2和N3鋼束分別采用Φs15.2-8和Φs15.2-9鋼絞線,鍍鋅雙波紋管成孔，預應力布置圖如圖1所示。預應力鋼束采用高強度低松馳7絲捻制的預應力鋼絞線，公稱直徑為15.20mm，公稱面積139mm2，標準強度fpk=1860MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa，1000h 后應力松馳率不大于2.5%，其技術性能必須符合中華人民共和國國家標準 (GB/T 5224-2003)《預應力筋用鋼絞線》的規定。

預制梁內正彎矩鋼束采用兩端同時張拉，張拉順序為：50%N2→100%N3→100%N2→100%N，錨下控制應力為0.75fpk=1395MPa；計入錨圈口摩阻損失時，鋼絞線最大控制應力不應超過0.8fpk。預應力鋼束張拉采用雙控指標，即錨下張拉力和鋼束延伸量，以張拉力為主，延伸量校核。當預應力鋼束張拉達到設計張拉力時，實際引伸量值與理論引伸量值的誤差應控制在6%以內。

3 測試與分析原理

現場檢測利用反張拉原理來檢測與判定錨下有效預應力，在檢測過程中，鋼絞線可視為彈性體。反拉法又稱拉脫法，主要是通過對未進行管道灌漿的預應力鋼絞線進行二次張拉，張拉中記錄的荷載～位移曲線，利用斜率與拐點判斷錨下有效預應力值。

在現場檢測中，當反拉力F與鋼絞線的錨下預應力F0相等時，由于夾片還承受錨具的摩擦力F1作用，所以夾片并不會被拉脫，還需繼續施加反拉力，當反拉力F=F0+F1時夾片才會被拉脫，力-位移曲線大致分為4個階段，如圖2所示。

第一階段OA段：各儀器設備間存在空隙，空隙被壓實緊密的過程中反拉力較小，但伸長量有較大變化，此時曲線圖中表現的伸長量并非鋼絞線的實際伸長量，其中包含被壓緊的設備間的空隙。第二階段AB段：隨著反拉的進行，設備間的空隙被壓實，外露段鋼絞線受力并發生彈性伸長，力-位移曲線的斜率穩定不變。第三階段BC段：隨著反拉力持續增加，當F=F0+F1時夾片與錨具脫空，夾片與錨具間的作用力瞬間消失，鋼絞線內力重新調整。 第四階段CD段：鋼絞線內力重新調整完成后，鋼絞線 外露段與自由段共同受力。此時，力－位移曲線的斜率變小，增加的力主要克服鋼鉸力的摩阻力，斜率值相對穩定。因此由上分析可知，C點所對應的力大小為錨下預應力有效值。

圖1 預應力布置圖（單位：mm）

圖2 實際情況下力－位移曲線

圖3 錨下有效預應力測試圖

4 測試結果分析

4.1 錨下有效預應力測試

測試儀器主要用到油壓千斤頂、張拉荷載記錄儀。油壓千斤頂用于方向張拉預應力筋；張拉荷載記錄儀用于記錄反向張拉過程中預應力筋位移與張拉力的變化。

油壓千斤頂使用前應確保千斤頂密封良好，液壓過程不會出現漏油現象，壓力表指針能夠正常回零。張拉荷載記錄儀工作正常。施加預應力所用的機具設備及儀表應由專人使用和管理，并應定期維護和校驗。千斤頂與壓力表應配套校驗，以確定張拉力與壓力表之間的關系曲線，校驗應在經主管部門授權的法定計量技術機構定期進行。對長期不使用的張拉機具設備，應在使用前進行全面校核。

安裝油壓千斤頂時，應使千斤頂的張拉力作用線與預應力筋的軸線重合一致。安裝應確保張拉設備固定牢固，夾片夾緊且縫隙均勻，防止反向張拉過程出現夾片飛彈等意外事故。

反向張拉過程中，應嚴格控制進油速度，要求緩慢、均勻、平穩。為防止預應力筋內鋼絞線應力過大可能出現的斷絲情況，反向張拉過程中的最大荷載不應超過預應力筋設計張拉荷載的5%。加載過程中應全程記錄下預應力的張拉荷載與對應的位移變化數據。特別注意記錄預應力筋張拉到臨界松動狀態點對應的張拉荷載和位移，該狀態表現為張拉荷載位移曲線斜率發生突變。現場測試如圖3所示。

4.2 測試結果分析

經測試，將反向張拉過程中所獲得張拉荷載與對應的位移變化數據繪制成曲線，得到T梁預應力鋼束的力-位移曲線，如圖4所示，其中橫座標表示位移，單位為mm，縱坐標表示力，單位為kN。根據上述原理，經分析得到各鋼束的錨下有效預應力測試結果如表1所示，其中預應力的合理取值范圍在另文中分析。

圖4 錨下預應力測試力－位移曲線

表1 預應力T梁錨下預應力檢測結果表

從表1和圖4可知，各鋼束的錨下有效預應力值均在合理范圍之內，檢測結果滿足施工要求。但圖4（C）中N3鋼束力-位移曲線存在b和c兩個轉折點，表明在張拉過程中N3鋼束A端預應力內各根鋼束未同時松動，其原因在于此預應力鋼束未按規范編束和穿束，各根鋼束相互纏繞。

5 結語

根據錨下有效預應力檢測原理和現場試驗，分析預應力施工質量，結果表明所測T梁的各束預應力值均滿足要求。但在現場檢測部分鋼束均存在預應力的張拉不均勻性，建議在后繼梁片施工中應注意預應力鋼束的穿束與編束，以免同束中索力不均勻度過大，導致張拉中出現滑絲、斷絲與飛錨等問題。同時為了控制好預應力鋼鉸線張拉力，確保張拉質量，梁場張拉時應根據鋼鉸線張拉力的大小合理選擇千斤頂和油壓表，保證張拉力位于張拉設備量程的80%左右。張拉設備經過一段時間使用后，其實際曲線與標定曲線存在較大偏差，因此張拉設備使用一段時間后，應進行標定，且在以后的張拉過程中應定期維護和校驗。

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