詹桂超，劉冠之

（1.佛山市交通運(yùn)輸工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東佛山 528041；2.山東大學(xué)巖土與結(jié)構(gòu)工程研究中心，山東濟(jì)南 250061）

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基于拉脫法的預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉力測試分析

詹桂超1，劉冠之2

（1.佛山市交通運(yùn)輸工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東佛山 528041；2.山東大學(xué)巖土與結(jié)構(gòu)工程研究中心，山東濟(jì)南 250061）

摘要：預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉力對預(yù)應(yīng)力構(gòu)件正常工作有著至關(guān)重要的作用。文中闡述了拉脫法測試預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉力的原理，通過模型試驗(yàn)，運(yùn)用新的數(shù)值分析理論，建立與鋼絞線張拉力密切相關(guān)的曲線回歸方程，從而確定鋼絞線張拉力值，為鋼絞線張拉力檢測提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：橋梁；預(yù)應(yīng)力鋼絞線；拉脫法；張拉力

近年來，橋梁工建設(shè)得到飛速發(fā)展，許多問題也伴隨而來，預(yù)應(yīng)力箱梁橋裂縫的防治就是其中較為突出的問題之一。對于傳統(tǒng)的大跨徑預(yù)應(yīng)力梁橋，箱梁開裂必然伴隨著跨中過量下?lián)喜『?。縱觀現(xiàn)代橋梁史，因長期形變而引發(fā)的特大橋梁事故時(shí)有發(fā)生。周家剛、Robertson I.N.等國內(nèi)外學(xué)者對箱梁開裂引發(fā)的病害有過深入研究，一致認(rèn)為連續(xù)剛構(gòu)橋開裂及下?lián)现饕怯捎诳v向預(yù)應(yīng)力不足所導(dǎo)致。在橋梁施工過程中，考慮到施工人員素質(zhì)、施工環(huán)境、突發(fā)事件等原因，縱向預(yù)應(yīng)力張拉力不足這一現(xiàn)象普遍存在，對大跨徑梁橋的營運(yùn)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定造成極大的安全隱患。因此，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件內(nèi)部的工作應(yīng)力檢測一直是土木工程領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問題。

該文采用拉脫法，借助張拉力與延伸量的曲線特征，提出一種新的數(shù)值分析理論，建立與張拉力相關(guān)聯(lián)的曲線回歸方程，為張拉力檢測提供參考依據(jù)。

1　工作原理

如圖1所示，基于拉脫法的預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉力測試主要通過對單根預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)行反拉，在穿心式千斤頂和工具錨之間安裝穿心式壓力傳感器，并用高精度位移計(jì)測試鋼絞線延伸量，從而獲取張拉力與延伸量之間的關(guān)系曲線。

理論條件下拉脫法荷載與位移曲線應(yīng)為折線，但實(shí)際操作過程中，工作錨、墊板、千斤頂之間的微小縫隙及夾片受力會產(chǎn)生內(nèi)滑現(xiàn)象，導(dǎo)致無法呈現(xiàn)出較為明顯的折線（見圖2）。

圖1　檢測裝置示意圖

圖2　張拉力-延伸量關(guān)系曲線示意圖

從圖2（b）可看出：實(shí)際荷載-位移不規(guī)則曲線可分為O—A、A—B、B—C、C—D 4個(gè)階段。

O—A段：該階段為消除結(jié)構(gòu)之間初始縫隙階段。外露段鋼絞線張拉力增長緩慢，而夾片與鋼絞線之間的摩阻力保持不變。

A—B段：該階段外露段鋼絞線張拉力逐漸增大，而夾片與鋼絞線之間的摩阻力與O—A階段保持一致。

B—C段：該階段夾片與鋼絞線發(fā)生脫離，摩阻力逐漸減小。當(dāng)張拉力達(dá)到拐點(diǎn)C處時(shí)，夾片與鋼絞線完全脫離。

C—D段：該階段自由段的鋼絞線與外露段的鋼絞線應(yīng)力完全一致。

2　模型試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

試驗(yàn)采用C50砼、OVM15-3群錨體系、15-7?5預(yù)應(yīng)力鋼絞線。在砼構(gòu)件內(nèi)部設(shè)3條平行等間距波紋管孔道作為對照，并在波紋管內(nèi)部設(shè)置鋼絞線。為方便敘述，將3根鋼絞線編號為1、2、3。鋼絞線參數(shù)見表1，砼構(gòu)件模型見圖3。

表1　鋼絞線參數(shù)

圖3　砼構(gòu)件模型

2.2試驗(yàn)準(zhǔn)備與設(shè)備

出于試驗(yàn)方法的需要，檢測前需保證模型內(nèi)鋼絞線已張拉完畢，同時(shí)外露段鋼絞線未進(jìn)行切割且波紋管孔道內(nèi)部不進(jìn)行壓漿操作。

選取DH5923作為頻率采集儀器，采樣頻率為20 Hz；位移計(jì)檢測精度達(dá)0.01 mm，量程100 mm；壓力傳感器檢測精度達(dá)0.001 N，量程25 t。位移計(jì)及壓力傳感器的檢測精度可基本保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、有效。

2.3數(shù)據(jù)采集

在外露段鋼絞線上依次安裝退錨器、墊板、穿心式壓力傳感器等設(shè)備。采用單端鋼絞線張拉千斤頂進(jìn)行張拉，張拉過程中，一旦夾片脫離錨具（見圖4），立刻停止張拉。

3　數(shù)據(jù)分析及處理

模型試驗(yàn)共對1、2、3號鋼絞線張拉力進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見圖5。

圖4　夾片狀態(tài)示意圖

圖5　鋼絞線張拉力檢測結(jié)果

從圖5可看出：檢測數(shù)據(jù)毛刺狀波動(dòng)隨著張拉力的提高而逐漸明顯，這是由千斤頂回油所導(dǎo)致的，屬于正?，F(xiàn)象。

為快速、有效地分析處理數(shù)據(jù)，提出如下數(shù)據(jù)處理原則：1）將通過壓力傳感器獲取的壓力值換算成以噸為單位的數(shù)據(jù)；2）考慮到采集數(shù)據(jù)較多，僅對影響權(quán)重較大的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將位移10 mm以上的數(shù)據(jù)作為研究對象；3）為提高處理精度，回歸分析時(shí)采用六次高階多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，并保留小數(shù)點(diǎn)后8位數(shù)。

基于上述數(shù)據(jù)處理原則，對1、2、3號鋼絞線張拉力檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得1號鋼絞線回歸分析曲線方程為：

2號鋼絞線回歸分析曲線方程為：

3號鋼絞線回歸分析曲線方程為：

對回歸分析曲線方程取一階導(dǎo)數(shù)，確定回歸分析方程斜率趨于零的力的大小（見圖6）。

圖6　鋼絞線斜率曲線

根據(jù)圖6可判斷鋼絞線張拉力值的大?。?號鋼絞線張拉力為22.3 t，2號鋼絞線張拉力為22.1 t，3號鋼絞線張拉力為20.6 t。

4　結(jié)論

張拉力與鋼絞線伸長量之間有著較為明顯的關(guān)系，當(dāng)夾片與錨具分離時(shí)，其外露段鋼絞線受力與內(nèi)部鋼絞線受力相一致。采用拉脫法對預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉力進(jìn)行測試，根據(jù)鋼絞線張拉力檢測數(shù)據(jù)推算斜率曲線，斜率值趨于零所對應(yīng)點(diǎn)處的力即為鋼絞線的張拉力值。根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果，該方法的檢測精度在5%以內(nèi)，可以滿足設(shè)計(jì)和施工要求。

但在工程應(yīng)用過程中，拉脫法會對鋼絞線產(chǎn)生二次夾傷，故預(yù)應(yīng)力鋼絞線受力長期影響因素有待進(jìn)一步論證。

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中圖分類號：U448.21

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-2668（2016）03-0191-03

收稿日期：2016-02-22