林欽國(guó)+王劍+鄧偉才

摘 要：結(jié)合重慶銅合高速公路預(yù)制箱梁預(yù)應(yīng)力的施工，分析了預(yù)應(yīng)力施工過(guò)程中的影響因素。通過(guò)錨下有效預(yù)應(yīng)力測(cè)試的基本試驗(yàn)，得出梳編穿束工藝、控制持荷時(shí)間以及智能張拉技術(shù)等手段可以有效控制錨下預(yù)應(yīng)力的損失。

關(guān)鍵詞：箱梁；預(yù)應(yīng)力損失；錨下預(yù)應(yīng)力；智能張拉

中圖分類號(hào)：U448.21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0 引 言

預(yù)應(yīng)力張拉施工工序較多、技術(shù)難度較大，結(jié)構(gòu)獲得的有效預(yù)應(yīng)力受材料、器具、設(shè)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(guò)程控制手段，以及嚴(yán)格規(guī)范的操作和跟蹤控制[1]。因此，預(yù)應(yīng)力張拉的對(duì)稱、均勻和精準(zhǔn)到位對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉測(cè)控技術(shù)提出了很高的要求。

有效預(yù)應(yīng)力的建立直接影響到橋梁的安全性、可靠性和長(zhǎng)期使用壽命。特別是大跨徑預(yù)制箱梁，由于其跨徑大、張拉噸位大、預(yù)應(yīng)力體系和結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜等特點(diǎn)，一旦發(fā)生預(yù)應(yīng)力失控的現(xiàn)象，將帶來(lái)災(zāi)難性的后果。

1 工程概況

重慶三環(huán)高速公路（銅梁至合川段）K0+000～K29+339段制梁場(chǎng)主要生產(chǎn)預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支小箱梁，設(shè)計(jì)梁長(zhǎng)為20 m和30 m，底寬1 m，頂寬2.4 m，最大梁重96 t。預(yù)應(yīng)力鋼束采用符合（GB/T5224—2003）標(biāo)準(zhǔn)的低松弛、高強(qiáng)度鋼絞線，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(yù)應(yīng)力鋼束錨下張拉控制應(yīng)力0.75fpk=1 395 MPa。張拉工藝采用預(yù)應(yīng)力智能張拉設(shè)備，兩端對(duì)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(jì)算延伸量控制在±6%。

2 錨下預(yù)應(yīng)力張拉

預(yù)應(yīng)力使得混凝土變成拉壓性能基本對(duì)稱的線彈性材料，沒有預(yù)存壓應(yīng)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(jié)構(gòu)和小跨受彎結(jié)構(gòu)；然而一旦通過(guò)張拉預(yù)應(yīng)力筋給混凝土施加預(yù)壓應(yīng)力，得到的預(yù)應(yīng)力混凝土就可以根據(jù)需要獲得期望的抗拉性能，賦予結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工以極大的靈活性[3]。

2.1 錨下有效預(yù)應(yīng)力定義

錨下有效預(yù)應(yīng)力定義如下：預(yù)應(yīng)力筋張拉錨固后，實(shí)際張拉控制應(yīng)力扣除錨固損失和彈性回縮等損失，預(yù)應(yīng)力筋錨下留存的應(yīng)力。

2.2 預(yù)應(yīng)力損失因素

預(yù)應(yīng)力是通過(guò)張拉預(yù)應(yīng)力筋得到的，凡是能使預(yù)應(yīng)力筋回縮的因素，都將引起預(yù)應(yīng)力損失?，F(xiàn)場(chǎng)施工中，預(yù)應(yīng)力損失主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面[2-4]。

（1） 摩擦損失σl1。在預(yù)應(yīng)力筋張拉過(guò)程中，后張法預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋的回縮、滑移。

（3） 松弛損失σl3。長(zhǎng)度不變的預(yù)應(yīng)力筋，在高應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下會(huì)產(chǎn)生松弛，引起預(yù)應(yīng)力損失。

以抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度鋼絞線為例，計(jì)算出的各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失及錨下有效預(yù)應(yīng)力的理論值如表1所示。

3 錨下有效預(yù)應(yīng)力測(cè)試基本試驗(yàn)

本次后張法PC箱梁的錨下有效預(yù)應(yīng)力測(cè)試，主要采用以下兩種方法。

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

（2） 單束測(cè)試法。根據(jù)彈模效應(yīng)與最小應(yīng)力跟蹤原理，利用千斤頂反拉單根鋼絞線，從而帶動(dòng)其與夾片沿軸線移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)距離達(dá)到0.5 mm時(shí)，測(cè)出的錨下預(yù)應(yīng)力值即為該束鋼絞線的錨下有效預(yù)應(yīng)力值[7]。該方法主要用于測(cè)試單孔鋼絞線的同束不均勻度（同束不均勻度=（測(cè)試最大有效應(yīng)力-測(cè)試最小有效應(yīng)力）/ 測(cè)試最大有效應(yīng)力 ×100%）。

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

3.1 試驗(yàn)工況

本次錨下預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)共對(duì)10片20 m箱梁（圖1）和30 m箱梁（圖2）的20個(gè)孔道進(jìn)行了測(cè)試。編號(hào)1～5號(hào)的箱梁長(zhǎng)20 m，測(cè)試其N2左和N2右孔道；編號(hào)6～10號(hào)的箱梁長(zhǎng)30 m，測(cè)試其N1左和N1右孔道。試驗(yàn)條件如下。

（1） 試驗(yàn)工況一。張拉編號(hào)為1、3、5、7、9號(hào)箱梁時(shí)，鋼絞線未梳編，單束張拉控制應(yīng)力為195.3 kN，張拉千斤頂直接作用于工作錨具。張拉施工時(shí)，僅在張拉分級(jí)為10%、20%時(shí)短暫停頓30 s；達(dá)到張拉控制應(yīng)力時(shí)持荷5 min。

（2） 試驗(yàn)工況二。張拉4、6、8、10號(hào)箱梁時(shí)，鋼絞線梳編，單束張拉控制應(yīng)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(jí)為10%、20%時(shí)停頓30 s；在張拉分級(jí)為50%、80%時(shí)停頓60 s； 達(dá)到張拉控制應(yīng)力時(shí)持荷7 min。

張拉2號(hào)箱梁N2右孔道時(shí)，單束張拉控制應(yīng)力為195.3 kN，同時(shí)在張拉千斤頂與工作錨具間加4個(gè)錨具。張拉施工開始后，在張拉分級(jí)為10%、20%時(shí)停頓30 s；在張拉分級(jí)為50%、80%時(shí)停頓60 s； 達(dá)到張拉控制應(yīng)力時(shí)持荷7 min。

3.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)試驗(yàn)工況一和試驗(yàn)工況二，錨下有效預(yù)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果如表2、3所示。

分析表2、3數(shù)據(jù)可知：根據(jù)試驗(yàn)工況一，當(dāng)鋼絞線不梳編、僅在張拉分級(jí)為10%、20%時(shí)停頓30 s，達(dá)到張拉控制應(yīng)力時(shí)持荷5 min，測(cè)試得到的預(yù)應(yīng)力筋錨下有效預(yù)應(yīng)力值普遍偏低，只能基本達(dá)到設(shè)計(jì)錨下有效預(yù)應(yīng)力的下限值，且同束不均勻度偏差較大（根據(jù)試驗(yàn)工況一，計(jì)算得到同束不均勻度為（192.7-149.8）/192.7×100%=22%）。

根據(jù)試驗(yàn)工況二，當(dāng)采取鋼絞線梳編且張拉分級(jí)在10%、20%時(shí)停頓30 s，在50%、80%時(shí)停頓60 s， 達(dá)到張拉控制應(yīng)力時(shí)持荷時(shí)間7 min等措施時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋錨下有效預(yù)應(yīng)力值處于設(shè)計(jì)錨下有效預(yù)應(yīng)力±5%內(nèi)，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。在千斤頂與工作錨具（圖3）之間增加4個(gè)錨具測(cè)試工作長(zhǎng)度段鋼絞線預(yù)應(yīng)力損失。通過(guò)測(cè)試可知，增加錨具引起的預(yù)應(yīng)力損失大致為8 kN，這主要是因?yàn)樵黾拥?個(gè)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(yàn)結(jié)論

根據(jù)實(shí)測(cè)的錨下有效預(yù)應(yīng)力的相關(guān)情況，可以得出以下結(jié)論。

（1） 通過(guò)梳編穿束工藝的改進(jìn)，可以控制有效預(yù)應(yīng)力的不均勻度。

（2） 由孔道摩阻、錨固回縮及預(yù)應(yīng)力筋松弛等

引起的預(yù)應(yīng)力損失比理論計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失偏大，因此對(duì)低松弛預(yù)應(yīng)力筋施工時(shí)，宜在張拉分級(jí)為10%、20%時(shí)做短暫停頓（建議為30 s），在50%、80%時(shí)也做停頓（建議為60 s）， 達(dá)到張拉控制應(yīng)力時(shí)持荷時(shí)間為5 min以上，同時(shí)預(yù)應(yīng)力張拉施工宜采用智能張拉施工工藝，以確保對(duì)各階段預(yù)應(yīng)力張拉進(jìn)行精確控制。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1） 為了確保預(yù)應(yīng)力筋張拉施工質(zhì)量能夠滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、布束的位置及形式等因素分別確定有效預(yù)應(yīng)力的建立方法。

（2） 為切實(shí)提高預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量，應(yīng)做到梳編穿束工藝規(guī)范化，采用經(jīng)過(guò)精確標(biāo)定的智能張拉設(shè)備進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉施工以便減少人為因素的影響。另外，預(yù)應(yīng)力筋張拉施工時(shí)必須從兩端同步對(duì)稱進(jìn)行且張拉至100%設(shè)計(jì)荷載時(shí)，持荷時(shí)間宜大于施工規(guī)范要求的5 min。

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

參考文獻(xiàn)：

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[9] 李建慧，李愛群.自錨式懸索橋靜力隨機(jī)分析與可靠度評(píng)估[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2012，25（6）：74-79.

[責(zé)任編輯：杜衛(wèi)華]endprint

3.3 基本試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)實(shí)測(cè)的錨下有效預(yù)應(yīng)力的相關(guān)情況，可以得出以下結(jié)論。

（1） 通過(guò)梳編穿束工藝的改進(jìn)，可以控制有效預(yù)應(yīng)力的不均勻度。

（2） 由孔道摩阻、錨固回縮及預(yù)應(yīng)力筋松弛等

引起的預(yù)應(yīng)力損失比理論計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失偏大，因此對(duì)低松弛預(yù)應(yīng)力筋施工時(shí)，宜在張拉分級(jí)為10%、20%時(shí)做短暫停頓（建議為30 s），在50%、80%時(shí)也做停頓（建議為60 s）， 達(dá)到張拉控制應(yīng)力時(shí)持荷時(shí)間為5 min以上，同時(shí)預(yù)應(yīng)力張拉施工宜采用智能張拉施工工藝，以確保對(duì)各階段預(yù)應(yīng)力張拉進(jìn)行精確控制。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1） 為了確保預(yù)應(yīng)力筋張拉施工質(zhì)量能夠滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、布束的位置及形式等因素分別確定有效預(yù)應(yīng)力的建立方法。

（2） 為切實(shí)提高預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量，應(yīng)做到梳編穿束工藝規(guī)范化，采用經(jīng)過(guò)精確標(biāo)定的智能張拉設(shè)備進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉施工以便減少人為因素的影響。另外，預(yù)應(yīng)力筋張拉施工時(shí)必須從兩端同步對(duì)稱進(jìn)行且張拉至100%設(shè)計(jì)荷載時(shí)，持荷時(shí)間宜大于施工規(guī)范要求的5 min。

（3） 單根鋼絞線錨下有效預(yù)應(yīng)力的測(cè)試是檢測(cè)控制中最重要的部分。單根鋼絞線通過(guò)了嚴(yán)格的梳束、編束和穿束，因此只要單根鋼絞線的錨下有效預(yù)應(yīng)力符合要求，整束鋼絞線的錨下有效預(yù)應(yīng)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(jī)分析與可靠度評(píng)估[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2012，25（6）：74-79.

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3.3 基本試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)實(shí)測(cè)的錨下有效預(yù)應(yīng)力的相關(guān)情況，可以得出以下結(jié)論。

（1） 通過(guò)梳編穿束工藝的改進(jìn)，可以控制有效預(yù)應(yīng)力的不均勻度。

（2） 由孔道摩阻、錨固回縮及預(yù)應(yīng)力筋松弛等

引起的預(yù)應(yīng)力損失比理論計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失偏大，因此對(duì)低松弛預(yù)應(yīng)力筋施工時(shí)，宜在張拉分級(jí)為10%、20%時(shí)做短暫停頓（建議為30 s），在50%、80%時(shí)也做停頓（建議為60 s）， 達(dá)到張拉控制應(yīng)力時(shí)持荷時(shí)間為5 min以上，同時(shí)預(yù)應(yīng)力張拉施工宜采用智能張拉施工工藝，以確保對(duì)各階段預(yù)應(yīng)力張拉進(jìn)行精確控制。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1） 為了確保預(yù)應(yīng)力筋張拉施工質(zhì)量能夠滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、布束的位置及形式等因素分別確定有效預(yù)應(yīng)力的建立方法。

（2） 為切實(shí)提高預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量，應(yīng)做到梳編穿束工藝規(guī)范化，采用經(jīng)過(guò)精確標(biāo)定的智能張拉設(shè)備進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉施工以便減少人為因素的影響。另外，預(yù)應(yīng)力筋張拉施工時(shí)必須從兩端同步對(duì)稱進(jìn)行且張拉至100%設(shè)計(jì)荷載時(shí)，持荷時(shí)間宜大于施工規(guī)范要求的5 min。

（3） 單根鋼絞線錨下有效預(yù)應(yīng)力的測(cè)試是檢測(cè)控制中最重要的部分。單根鋼絞線通過(guò)了嚴(yán)格的梳束、編束和穿束，因此只要單根鋼絞線的錨下有效預(yù)應(yīng)力符合要求，整束鋼絞線的錨下有效預(yù)應(yīng)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(jī)分析與可靠度評(píng)估[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2012，25（6）：74-79.

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