梁曉東

（湖南聯(lián)智橋隧技術(shù)有限公司，湖南長沙410110）

鋼絞線回縮值的測(cè)定方法及應(yīng)用研究

梁曉東

（湖南聯(lián)智橋隧技術(shù)有限公司，湖南長沙410110）

鋼絞線回縮值的準(zhǔn)確測(cè)定一直是預(yù)應(yīng)力施工的難點(diǎn)，現(xiàn)介紹了三種測(cè)量鋼絞線回縮值的方法，其中基于預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)的測(cè)量法，其可信度高、便于應(yīng)用于工程實(shí)踐，值得推廣應(yīng)用。

回縮值；智能張拉；有效預(yù)應(yīng)力

0　引言

近年來，通過大量的橋梁檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有效預(yù)應(yīng)力與設(shè)計(jì)值偏差很大，部分預(yù)應(yīng)力橋梁在使用僅僅10 a左右就出現(xiàn)了不同程度的病害、被迫拆除，甚至發(fā)生安全事故。這一現(xiàn)象引起了工程界對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力和錨固后錨下有效預(yù)應(yīng)力的高度關(guān)注。智能張拉系統(tǒng)將張拉控制應(yīng)力精度控制在±1%以內(nèi)，達(dá)到并超過了規(guī)范要求。

錨下有效預(yù)應(yīng)力是指錨固后鋼絞線上的應(yīng)力。對(duì)于采用低松弛鋼絞線的情況而言，張拉控制應(yīng)力與錨下有效預(yù)應(yīng)力的區(qū)別在于錨固時(shí)鋼絞線的回縮值大小。回縮值大則差別大，預(yù)應(yīng)力損失大；回縮值小則差別小，預(yù)應(yīng)力損失小。因此，準(zhǔn)確測(cè)定鋼絞線的回縮值對(duì)保證有效預(yù)應(yīng)力具有重要意義。

1　測(cè)夾片錨杯法

在張拉過程中，使用的限位板有一個(gè)限位槽口，見圖1所示。張拉施工時(shí)，工作夾片隨鋼絞線一起移動(dòng)到限位槽口底部時(shí)停止移動(dòng)；張拉結(jié)束后，在卸載錨固的瞬間，鋼絞線與夾片向梁體方向移動(dòng)，夾片對(duì)鋼絞線進(jìn)行自鎖；鎖緊鋼絞線后，工作夾片一般會(huì)露出一定距離在工作錨具平面外，稱為錨杯。將限位槽口深度記為A，錨杯高度記為B，鋼絞線回縮值記為H。利用這種方法測(cè)出來的回縮值為：

通常情況下，所使用限位板的槽口深度為6mm、7mm兩種，筆者對(duì)張拉完后的B進(jìn)行了量測(cè)，根據(jù)夾片的種類不同而不同，均值為1～3mm，利用式（1）進(jìn)行回縮值計(jì)算，則鋼絞線的回縮值為3～6mm。采用這種方法進(jìn)行回縮值計(jì)算出的回縮值均在規(guī)范要求的6mm以內(nèi)，符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，但大量錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，錨下有效預(yù)應(yīng)力與設(shè)計(jì)值偏移較大。

測(cè)錨杯法的核心在于假定鋼絞線與夾片之間沒有相對(duì)滑移，即鋼絞線與夾片共同運(yùn)動(dòng)至工作錨錨穴時(shí)鋼絞線即刻被夾片鎖住。無論是瞬間回油還是緩慢泄壓，鋼絞線與夾片之間是否存在相對(duì)滑動(dòng)需要進(jìn)一步探索。

圖1　張拉施工時(shí)限位板工作錨西部結(jié)構(gòu)圖

2　直接測(cè)量鋼絞線法

要想準(zhǔn)確測(cè)定鋼絞線的回縮值，則需要直接測(cè)量鋼絞線在張拉錨固瞬間的回縮值。筆者設(shè)計(jì)了一種直接測(cè)量鋼絞線回縮值的系統(tǒng)，如圖2所示，并進(jìn)行了相當(dāng)數(shù)量的試驗(yàn)。采用一壁厚為12mm、長度為250mm的鋼管套筒放置在梁體與工作錨之間，在鋼管套筒上開一個(gè)長80mm、寬20mm的槽口，夾扣裝置通過槽口進(jìn)去夾住鋼絞線，夾扣裝置與位移采集裝置相連，位移信號(hào)處理設(shè)備為動(dòng)測(cè)儀。試驗(yàn)時(shí)，先張拉至目標(biāo)值，然后將位移裝置向千斤頂側(cè)移動(dòng)至量程的80%，然后將夾扣裝置鎖緊鋼絞線，連接好動(dòng)測(cè)儀后，開始泄壓退頂，采集回縮值信息。圖3為直線測(cè)量鋼絞線回縮值試驗(yàn)實(shí)景。

圖2　直接測(cè)量鋼絞線回縮值系統(tǒng)示意圖

圖3　直接測(cè)量鋼絞線回縮值試驗(yàn)實(shí)景

試驗(yàn)采用同一副限位板，限位槽口深度6mm，3副不同廠家的工作夾片各進(jìn)行試驗(yàn)20次，將20次試驗(yàn)結(jié)果的均值作為回縮值的真實(shí)值，并與測(cè)量錨杯法進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果見表1所列。

表1　直接測(cè)量法與錨杯測(cè)量法回縮值的對(duì)比表（單位：mm）

試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，錨杯法與直接測(cè)量法得出的鋼絞線回縮值存在一定的差別，即鋼絞線與夾片之間存在相對(duì)滑移，其滑移大小與夾片的錐度和硬度有關(guān)，錐度越大，滑移越小，硬度越大，滑移越小。錨杯法測(cè)出的回縮值在規(guī)范范圍內(nèi)的實(shí)際回縮值不一定在規(guī)范范圍內(nèi)，其主要取決于相對(duì)滑移的大小。直接測(cè)量法雖能準(zhǔn)確地測(cè)定回縮值數(shù)據(jù)，但是此法僅僅適用于小批量的試驗(yàn)，對(duì)于大量的工程實(shí)踐卻不能使用。

3　基于智能張拉系統(tǒng)的間接測(cè)量法

智能張拉系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)控制機(jī)械動(dòng)作進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施加，應(yīng)力控制準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)采集真實(shí)可靠。系統(tǒng)本身自帶的位移傳感器可以采集鋼絞線的回縮值，不需要另行添加設(shè)備。一般認(rèn)為千斤頂?shù)挠蛪盒遁d至初應(yīng)力時(shí)，夾片已經(jīng)鎖住鋼絞線，而此時(shí)鋼絞線仍在繃直狀態(tài)，承受一定力值。將持荷時(shí)間的位移值減去此時(shí)的位移值再減去部分彈性回縮值就是鋼絞線的回縮值，其中鋼絞線持荷時(shí)的位移值記為Lk，泄壓至初應(yīng)力的位移值記為Lo，部分彈性回縮值特指千斤頂內(nèi)鋼絞線的收縮值記為LQ，則回縮值計(jì)算公式為：

式（3）中：σ0、σk——分別指張拉初應(yīng)力和張拉控制應(yīng)力；

P——張拉力；

L1——千斤頂內(nèi)工作長度；

E、A——分別指鋼絞線彈性模量和面積。

利用式（2）、式（3）在工程實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)基本上沒有回縮值是在6mm以內(nèi)的，與實(shí)際不符。而大部分夾片的錨固回縮值室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)合格的，因此，這種計(jì)算方式不準(zhǔn)確。

實(shí)際上，在張拉至目標(biāo)值時(shí)，千斤頂、鋼絞線的工作狀態(tài)如圖4所示。此時(shí)從工作錨至工具錨之間的鋼絞線均承受張拉控制應(yīng)力，在泄壓時(shí)，此段鋼絞線會(huì)收縮，其收縮值要大于LQ，即多了段Lk長度鋼絞線的回縮值，且這個(gè)值是隨著Lk而變化的，若Lk達(dá)到100mm，此值約為0.65mm。

因此筆者認(rèn)為準(zhǔn)確的回縮值計(jì)算公式應(yīng)為：

其中：δ為張拉控制應(yīng)力下的鋼絞線伸長率。

圖4　采用智能張拉系統(tǒng)進(jìn)行鋼絞線回縮值測(cè)定的曲線圖

將式（4）應(yīng)用于工程實(shí)際，發(fā)現(xiàn)具有較好的可信度和較高的穩(wěn)定性，先摘錄10組數(shù)據(jù)如下，見表2所列。

按要求設(shè)定之后，張拉曲線的位移曲線在從張拉控制應(yīng)力泄壓至初應(yīng)力的過程中出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，如圖4中的位移曲線所示，在壓力曲線上也可以明顯看出泄壓與退頂是兩個(gè)不同的過程。從表2的數(shù)據(jù)可以看出，其測(cè)量值與直接測(cè)量鋼絞線得到的數(shù)值相近。

表2　智能張拉系統(tǒng)測(cè)定回縮值數(shù)據(jù)表（單位：mm）

4　結(jié)語

本文介紹了3種測(cè)量與計(jì)算鋼絞線回縮值的方法，并進(jìn)行了相應(yīng)的應(yīng)用研究，對(duì)每種方法的優(yōu)劣性和準(zhǔn)確性進(jìn)行了判斷，測(cè)錨杯法準(zhǔn)確度稍低；直接測(cè)鋼絞線法準(zhǔn)確度高，但無工程實(shí)際應(yīng)用的可行性；基于智能張拉系統(tǒng)的間接測(cè)量法，可靠度高，可應(yīng)用于工程實(shí)踐。

U445.4

A

1009-7716（2015）01-0142-03

2014-08-29

梁曉東（1973-），男，湖南人，高級(jí)工程師，公司總經(jīng)理，從事橋梁、隧道檢測(cè)及工程技術(shù)研究工作。