■陳朝慰

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福州 350007）

1 概述

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁具有斷面尺寸小、梁體輕、抗裂性強(qiáng)、便于預(yù)制等優(yōu)點(diǎn)，從而被廣泛應(yīng)用于我國(guó)公路橋梁建設(shè)當(dāng)中。預(yù)應(yīng)力對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的重要性不言而喻，在建橋梁中，通過適時(shí)掌握實(shí)際張拉的有效應(yīng)力值，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工構(gòu)件有一個(gè)充分的了解，為后續(xù)的施工打下良好的基礎(chǔ)；對(duì)于成橋結(jié)構(gòu)，通過對(duì)工作狀態(tài)下的預(yù)加應(yīng)力進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，也可以對(duì)橋梁的安全性、可靠性進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于專業(yè)技術(shù)人員相對(duì)不足，以及各種施工管理、監(jiān)督措施相對(duì)滯后與不完善，產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故和質(zhì)量隱患屢見不鮮。

為了加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量控制，《福建省高速公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)化施工指南》要求，每個(gè)預(yù)制梁場(chǎng)在第一片梁片張拉完成后，均應(yīng)委托有資質(zhì)的檢測(cè)單位對(duì)其進(jìn)行錨下應(yīng)力狀態(tài)的檢測(cè)，對(duì)張拉施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督和評(píng)價(jià)，并分析總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，在預(yù)制梁片生產(chǎn)過程中，按比例隨機(jī)抽取梁片進(jìn)行預(yù)應(yīng)力檢測(cè)。為此，文章闡述錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)原理和分析依據(jù)，通過T梁的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析高速預(yù)應(yīng)力T梁檢測(cè)結(jié)果和施工中存在的問題，給出施工改進(jìn)建議，對(duì)于提高國(guó)內(nèi)預(yù)應(yīng)力橋梁的施工技術(shù)水平和施工質(zhì)量具有重要的意義。

2 工程背景

福建某高速公路大橋左幅13-2T梁，梁長(zhǎng)為30m,梁高2.0m，截面上N1,N2和N3鋼束分別采用Φs15.2-8和Φs15.2-9鋼絞線,鍍鋅雙波紋管成孔，預(yù)應(yīng)力布置圖如圖1所示。預(yù)應(yīng)力鋼束采用高強(qiáng)度低松馳7絲捻制的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，公稱直徑為15.20mm，公稱面積139mm2，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1860MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa，1000h 后應(yīng)力松馳率不大于2.5%，其技術(shù)性能必須符合中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) (GB/T 5224-2003)《預(yù)應(yīng)力筋用鋼絞線》的規(guī)定。

預(yù)制梁內(nèi)正彎矩鋼束采用兩端同時(shí)張拉，張拉順序?yàn)椋?0%N2→100%N3→100%N2→100%N，錨下控制應(yīng)力為0.75fpk=1395MPa；計(jì)入錨圈口摩阻損失時(shí)，鋼絞線最大控制應(yīng)力不應(yīng)超過0.8fpk。預(yù)應(yīng)力鋼束張拉采用雙控指標(biāo)，即錨下張拉力和鋼束延伸量，以張拉力為主，延伸量校核。當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼束張拉達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力時(shí)，實(shí)際引伸量值與理論引伸量值的誤差應(yīng)控制在6%以內(nèi)。

3 測(cè)試與分析原理

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)利用反張拉原理來檢測(cè)與判定錨下有效預(yù)應(yīng)力，在檢測(cè)過程中，鋼絞線可視為彈性體。反拉法又稱拉脫法，主要是通過對(duì)未進(jìn)行管道灌漿的預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)行二次張拉，張拉中記錄的荷載～位移曲線，利用斜率與拐點(diǎn)判斷錨下有效預(yù)應(yīng)力值。

在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，當(dāng)反拉力F與鋼絞線的錨下預(yù)應(yīng)力F0相等時(shí)，由于夾片還承受錨具的摩擦力F1作用，所以夾片并不會(huì)被拉脫，還需繼續(xù)施加反拉力，當(dāng)反拉力F=F0+F1時(shí)夾片才會(huì)被拉脫，力-位移曲線大致分為4個(gè)階段，如圖2所示。

第一階段OA段：各儀器設(shè)備間存在空隙，空隙被壓實(shí)緊密的過程中反拉力較小，但伸長(zhǎng)量有較大變化，此時(shí)曲線圖中表現(xiàn)的伸長(zhǎng)量并非鋼絞線的實(shí)際伸長(zhǎng)量，其中包含被壓緊的設(shè)備間的空隙。第二階段AB段：隨著反拉的進(jìn)行，設(shè)備間的空隙被壓實(shí)，外露段鋼絞線受力并發(fā)生彈性伸長(zhǎng)，力-位移曲線的斜率穩(wěn)定不變。第三階段BC段：隨著反拉力持續(xù)增加，當(dāng)F=F0+F1時(shí)夾片與錨具脫空，夾片與錨具間的作用力瞬間消失，鋼絞線內(nèi)力重新調(diào)整。 第四階段CD段：鋼絞線內(nèi)力重新調(diào)整完成后，鋼絞線 外露段與自由段共同受力。此時(shí)，力－位移曲線的斜率變小，增加的力主要克服鋼鉸力的摩阻力，斜率值相對(duì)穩(wěn)定。因此由上分析可知，C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的力大小為錨下預(yù)應(yīng)力有效值。

圖1 預(yù)應(yīng)力布置圖（單位：mm）

圖2 實(shí)際情況下力－位移曲線

圖3 錨下有效預(yù)應(yīng)力測(cè)試圖

4 測(cè)試結(jié)果分析

4.1 錨下有效預(yù)應(yīng)力測(cè)試

測(cè)試儀器主要用到油壓千斤頂、張拉荷載記錄儀。油壓千斤頂用于方向張拉預(yù)應(yīng)力筋；張拉荷載記錄儀用于記錄反向張拉過程中預(yù)應(yīng)力筋位移與張拉力的變化。

油壓千斤頂使用前應(yīng)確保千斤頂密封良好，液壓過程不會(huì)出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，壓力表指針能夠正常回零。張拉荷載記錄儀工作正常。施加預(yù)應(yīng)力所用的機(jī)具設(shè)備及儀表應(yīng)由專人使用和管理，并應(yīng)定期維護(hù)和校驗(yàn)。千斤頂與壓力表應(yīng)配套校驗(yàn)，以確定張拉力與壓力表之間的關(guān)系曲線，校驗(yàn)應(yīng)在經(jīng)主管部門授權(quán)的法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)定期進(jìn)行。對(duì)長(zhǎng)期不使用的張拉機(jī)具設(shè)備，應(yīng)在使用前進(jìn)行全面校核。

安裝油壓千斤頂時(shí)，應(yīng)使千斤頂?shù)膹埨ψ饔镁€與預(yù)應(yīng)力筋的軸線重合一致。安裝應(yīng)確保張拉設(shè)備固定牢固，夾片夾緊且縫隙均勻，防止反向張拉過程出現(xiàn)夾片飛彈等意外事故。

反向張拉過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)油速度，要求緩慢、均勻、平穩(wěn)。為防止預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)鋼絞線應(yīng)力過大可能出現(xiàn)的斷絲情況，反向張拉過程中的最大荷載不應(yīng)超過預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)張拉荷載的5%。加載過程中應(yīng)全程記錄下預(yù)應(yīng)力的張拉荷載與對(duì)應(yīng)的位移變化數(shù)據(jù)。特別注意記錄預(yù)應(yīng)力筋張拉到臨界松動(dòng)狀態(tài)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的張拉荷載和位移，該狀態(tài)表現(xiàn)為張拉荷載位移曲線斜率發(fā)生突變。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試如圖3所示。

4.2 測(cè)試結(jié)果分析

經(jīng)測(cè)試，將反向張拉過程中所獲得張拉荷載與對(duì)應(yīng)的位移變化數(shù)據(jù)繪制成曲線，得到T梁預(yù)應(yīng)力鋼束的力-位移曲線，如圖4所示，其中橫座標(biāo)表示位移，單位為mm，縱坐標(biāo)表示力，單位為kN。根據(jù)上述原理，經(jīng)分析得到各鋼束的錨下有效預(yù)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果如表1所示，其中預(yù)應(yīng)力的合理取值范圍在另文中分析。

圖4 錨下預(yù)應(yīng)力測(cè)試力－位移曲線

表1 預(yù)應(yīng)力T梁錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果表

從表1和圖4可知，各鋼束的錨下有效預(yù)應(yīng)力值均在合理范圍之內(nèi)，檢測(cè)結(jié)果滿足施工要求。但圖4（C）中N3鋼束力-位移曲線存在b和c兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，表明在張拉過程中N3鋼束A端預(yù)應(yīng)力內(nèi)各根鋼束未同時(shí)松動(dòng)，其原因在于此預(yù)應(yīng)力鋼束未按規(guī)范編束和穿束，各根鋼束相互纏繞。

5 結(jié)語

根據(jù)錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)原理和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量，結(jié)果表明所測(cè)T梁的各束預(yù)應(yīng)力值均滿足要求。但在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)部分鋼束均存在預(yù)應(yīng)力的張拉不均勻性，建議在后繼梁片施工中應(yīng)注意預(yù)應(yīng)力鋼束的穿束與編束，以免同束中索力不均勻度過大，導(dǎo)致張拉中出現(xiàn)滑絲、斷絲與飛錨等問題。同時(shí)為了控制好預(yù)應(yīng)力鋼鉸線張拉力，確保張拉質(zhì)量，梁場(chǎng)張拉時(shí)應(yīng)根據(jù)鋼鉸線張拉力的大小合理選擇千斤頂和油壓表，保證張拉力位于張拉設(shè)備量程的80%左右。張拉設(shè)備經(jīng)過一段時(shí)間使用后，其實(shí)際曲線與標(biāo)定曲線存在較大偏差，因此張拉設(shè)備使用一段時(shí)間后，應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定，且在以后的張拉過程中應(yīng)定期維護(hù)和校驗(yàn)。

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