橋梁預應力張拉應力損失與質量控制探究

陳汛

（廣東省南粵交通粵湛高速公路管理中心，廣東 廣州 524557）

預應力技術在橋梁工程中的應用較為普遍，施工質量直接影響到橋梁的安全性、可靠性和使用壽命。然而，有效預應力過大將造成鋼絞線的疲勞或斷裂，影響單根絞線使用壽命；過小則有效預應力不足，會造成梁體下撓、開裂等現象。預應力失控將導致災難性的后果。

一、案例

廣東某橋梁采用20mPC小箱梁,主要設計參數如下。

預應力鋼絞線：彈性模量Ep=1.95×105MPa，松馳系數ζ＝0.3；錨具：錨具變形、鋼筋回縮取6mm（一端）；管道摩擦系數：u＝0.25；管道偏差系數：κ＝0.0015。

施加預應力應采用張拉力與引伸量雙控。預制梁內正彎矩鋼絞線錨下張拉控制應力為0.75fpk=1395MPa，且不大于0.8fpk。錨口摩阻損失按3%考慮，即鋼絞線錨外張拉控制應力為1437MPa。

預應力施工采用自動智能控制張拉系統，兩端同時張拉。當預應力鋼絞線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。實際引伸量值應排除鋼絞線的非彈性變形影響。

在實際預應力施工時，按廣東省橋梁預應力張拉檢測要求對前三片預制梁進行錨下預應力檢測。普遍結果顯示，按0.75fpk及3%錨口摩阻損失控制施加張拉應力時，錨下預應力普遍不足；按0.79fpk及5%錨口摩阻損失控制施加張拉應力時，錨下預應力滿足要求，但鋼絞線引申量大于設計引申量6%。張拉控制應力的計算如式（1）所示。

表1 鋼絞線設計引伸量一覽表（單位：mm）

式中，F張拉控制應力為張拉施加控制應力；F錨下應力為預應力筋的有效預應力；F孔道損為張拉過程中受孔道摩阻力損失應力；F錨口損為張拉過程中受錨圈口阻力損失應力；F回縮損為張拉完成回頂時，鋼絞線回縮造成的損失應力。

由于實際預應力施工過程中存在孔道摩阻、錨圈口阻力及回縮應力損失大于設計的情況，為保證錨下應力滿足設計要求，張拉控制應力需要超張，從而導致鋼絞線引伸量大于設計引伸量6%。

二、數據驗證

在不調整錨具、夾片、千斤頂及鋼絞線的情況下，假定鋼絞線回縮造成應力損失為固定，為驗證該工程實際孔道摩阻及錨圈口摩阻對應力損失造成的影響，采用《公路橋涵施工技術規范》（JTG/TF50-2011）中的預應力損失測試方法驗證。

（一）孔道摩阻試驗（數據）

孔道摩阻試驗測試步驟為，梁的兩端裝千斤頂后同時充油；甲端封閉、乙端張拉，反復測試3次取兩端壓力差的平均值；乙端封閉、甲端張拉，反復測試3次取兩端壓力差的平均值；將上述兩次壓力差平均值再次平均，即為孔道摩阻力的測定值。

（二）錨圈口摩阻損失測試（數據）

錨圈口摩阻損失測試步驟為：兩段同時充油，甲端封閉作為被動端，乙端作為主動端，張拉至控制噸位。設乙端控制噸位為Na時，甲端相應噸位為Nb，則錨圈口摩阻力：No=Na-Nb，克服錨圈口摩阻力的超張拉系數：no=。乙端封閉，甲端張拉，同樣按上述方法測試3次，取平均值。兩次NO和no的平均值再予以平均，即為測定值。

（三）預應力筋理論伸長量

根據上述實驗得出的孔道摩阻力測定值，推算工程實際管道摩擦系數。根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG/TF50-2011），預應力筋平均張拉力如式（2）所示。

式中，Pp為預應力筋的平均張拉力（N）；P為預應力筋張拉端的張拉力（N）；k為每米孔道局部偏差對摩擦的影響系數；u為預應力筋與孔道壁的摩擦系數；x為從張拉端至計算截面的孔道長度（m）；θ為從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和（rad）。預應力筋張拉理論伸長量的計算如式（3）所示。

式中ΔL為預應力筋的理論伸長值（mm）；L為預應力筋的長度（mm）；Ap為預應力筋的截面積（mm2）。

三、數據對比

由測定的孔道、錨口摩阻力與設計，理論伸長量與設計伸長量分別對比考慮：如孔道、錨口摩阻力與設計相差不大，則鋼絞線回縮應力損失較大（換墊板、夾片、工作墊板）；如理論伸長量比設計伸長量長，則實際伸長量超與理論伸長量比例下降。

四、結語

在預應力構件施工中，結構實際的預應力損失往往大于理論值，而預應力超張或錨下預應力不足，將對結構的使用性能、安全及壽命產生巨大影響。為避免該情況，應在預應力構件施工過程中加強管控。

工程開工時，應開展預應力施工試驗，測試工程實際錨口摩阻、管道摩阻等，以便修正預應力張拉相關系數。施工材料如混凝土、鋼絞線、錨具、波紋管等應按圖紙要求嚴格控制相關指標，并加強過程檢測及設備標定，確保施工質量穩定。施工時，應保證預應力管道、錨杯等定位準確，采用梳編穿束減少管道摩阻影響。預應力張拉時，應按照規程認真操作，保證施工過程安全及張拉質量。