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(yù)應(yīng)力鋼筋建成國內(nèi)第一條大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋——廣東洛溪大橋以來，由于連續(xù)剛構(gòu)橋保持了連續(xù)梁無伸縮縫、行車平順的優(yōu)點(diǎn)，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(jīng)成為大中跨徑混凝土橋梁設(shè)計(jì)方案的首選[1－4]。

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋腹板開裂的原因很多，其中豎向預(yù)應(yīng)力張拉力達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是其開裂的主要原因之一[1－6]。國內(nèi)很多學(xué)者對預(yù)應(yīng)力鋼筋的損失機(jī)理及其預(yù)防措施進(jìn)行了研究并提出了很多方法，但因缺乏有效驗(yàn)證手段而沒能得到推廣應(yīng)用。

針對預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼，基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)基本理論，建立螺紋鋼的力學(xué)模型，深入研究了預(yù)應(yīng)力螺紋鋼的有效張拉力的檢測方法，并在此基礎(chǔ)上指導(dǎo)施工，總結(jié)了施工工藝的技術(shù)要點(diǎn)，保證了預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼的張拉質(zhì)量。

1 豎向預(yù)應(yīng)力無損檢測

在橋梁實(shí)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(jù)動力學(xué)理論，無論外露長度如何變化，只要螺母的高度相同，如果預(yù)應(yīng)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(shí)驗(yàn)標(biāo)定出抗彎剛度增大系數(shù)和張拉力的關(guān)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(guān)系的近似解的懸臂梁模型，由于傳感器的質(zhì)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(shù)取集中力P1作用于懸臂端時(shí)的撓度變形曲線函數(shù)。其中，M為傳感器質(zhì)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(yù)應(yīng)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(shù)、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(guān)聯(lián)模型。同時(shí)建立不同的張拉力和精軋螺紋鋼螺母段的剛度增大系數(shù)之間的關(guān)系。根據(jù)以上兩個計(jì)算關(guān)系，得到張拉力和外露段振動頻率的計(jì)算表達(dá)式，進(jìn)而應(yīng)用到實(shí)際箱梁橋的精軋螺紋鋼張拉力檢測中。

以下是實(shí)際工程中幾個箱梁節(jié)段的豎向預(yù)應(yīng)力張拉力無損檢測結(jié)果。

圖2中有40%的豎向預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼滿足不了設(shè)計(jì)要求。

圖2 節(jié)段1豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉力測試值

圖3中有13%的豎向預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼滿足不了設(shè)計(jì)要求。

圖3 節(jié)段2豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉力測試值

圖4中有20%的豎向預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼滿足不了設(shè)計(jì)要求。

圖4 節(jié)段3豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉力測試值

分析以上幾個測試結(jié)果可以看出:目前箱梁施工中，豎向預(yù)應(yīng)力不足較為普遍。

2 豎向預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 施工方法

高強(qiáng)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(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常被用于箱梁腹板預(yù)應(yīng)力筋。其張拉的具體流程:1)按20%應(yīng)力→40%應(yīng)力→100%應(yīng)力分次張拉(具體數(shù)值看實(shí)際情況而定);2)保持2 min后，擰緊螺母進(jìn)行錨固;3)回油，卸載。

2.2 張拉力不足原因分析

根據(jù)現(xiàn)場檢測，在受檢的橋梁中都存在張拉力不足的現(xiàn)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(xié)助技術(shù)人員查找張拉力不足的原因。

1)由于錨固時(shí)是靠工人用扳手將錐形螺母擰緊，螺母擰緊不到位是導(dǎo)致張拉力不足的主要原因之一，為避免因螺母沒擰緊而導(dǎo)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(jìn)行張拉時(shí)技術(shù)員要在現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)督，防止由于工人偷懶，沒擰緊螺母，甚至出現(xiàn)漏擰。

2)張拉槽的施工質(zhì)量的好壞也是影響豎向預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼張拉質(zhì)量的主要原因之一。主要表現(xiàn)在:a.張拉槽埋置過深導(dǎo)致擰緊扳手轉(zhuǎn)動空間不足而無法擰緊螺母。b.張拉槽附近的混凝土密實(shí)性差承載力不足被反力凳壓碎，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)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(dǎo)致張拉力不足。針對以上3種情況，要嚴(yán)格控制張拉槽的施工質(zhì)量。

在安放張拉槽盒時(shí)，要設(shè)置定位線，嚴(yán)格控制槽盒的高度，既不能過高致使?jié)仓炷梁?，錨具暴露在混凝土外面，也不能過低影響擰緊扳手的轉(zhuǎn)動，而導(dǎo)致螺母不能擰緊到位。

在澆筑混凝土?xí)r將張拉槽附近的混凝土振搗密實(shí)，保證其有足夠的承載能力，并小心將頂面仔細(xì)抹平。

3)安裝工藝。從文獻(xiàn)[4]的研究結(jié)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(dǎo)致豎向預(yù)應(yīng)力折減。

圖5 錨墊板安裝誤差

針對以上不足，實(shí)際工程施工需要注意以下幾點(diǎn):

a.設(shè)置定位鋼筋保證預(yù)應(yīng)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(bǔ)救;同時(shí)要及時(shí)清理槽位的殘?jiān)员ＷC錨墊板與螺母的密貼。b.在澆筑混凝土?xí)r應(yīng)用紗布或其他物品將波紋管的縫隙堵住防止波紋管進(jìn)漿。c.螺旋鋼筋應(yīng)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(yù)應(yīng)力損失過大。d.把下端的錨墊板與螺母點(diǎn)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(biāo)的假象，甚至被拉出。

4)張拉設(shè)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(shí)隨意更換油表。b.連接器要及時(shí)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(yīng)保證擰緊扳手有足夠的轉(zhuǎn)動范圍。d.同一施工現(xiàn)場應(yīng)該用統(tǒng)一尺寸的錨墊板和螺母，曾在某工地發(fā)現(xiàn)多種規(guī)格不一的螺母，導(dǎo)致擰緊扳手與螺母不匹配，出現(xiàn)工人徒手?jǐn)Q緊螺母的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

自1985年以來精軋螺紋鋼筋豎向預(yù)應(yīng)力體系在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，但一直以來無法有效的評估其張拉的質(zhì)量，以致施工行為得不到監(jiān)管，施工工藝的優(yōu)劣無法評估。

本文通過豎向預(yù)應(yīng)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(xiàn)象。通過對施工工藝的總結(jié)，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(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼張拉施工具有實(shí)際的工程應(yīng)用價(jià)值。

[1] 張 峰.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁開裂后的結(jié)構(gòu)行為[D].南京:東南大學(xué)博士學(xué)位論文，2007.

[2] JTG D62－2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 鐘新谷，劉學(xué)偉，沈明燕.混凝土箱梁豎向預(yù)應(yīng)力錨固墊板安裝傾角誤差統(tǒng)計(jì)規(guī)律研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2010，43(5):23－28.

[4] 李守凱，張 峰，李術(shù)才.施工定位誤差對豎向預(yù)應(yīng)力損失的影響研究[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2011，41(3):101－105.

[5] 梁東海，劉學(xué)偉.豎向預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力長期損失測試與研究[J].2007，27(6):71－77.