預應力技術的應用,極大地改變了傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構的受力形式和結構跨度,預應力張拉精度直接影響了結構的受力狀態(tài)、使用性能及耐久性。影響預應力張拉施工質(zhì)量的因素有多方面,需要嚴格控制材料質(zhì)量和施工工藝。
鋼絞線進場要分批(每批不大于60t)檢驗,主要檢測的力學性能指標,包括最大負荷、屈服荷載、彈性模量、伸長率、1000h松弛等,這些檢項均要滿足設計要求。
錨夾具、連接器質(zhì)量要符合現(xiàn)行國家標準《預應力筋用錨具、夾具和連接器》(GB/T 14370)的規(guī)定,檢驗外觀尺寸、硬度和錨固性。夾片硬度一般為HRB51~HRB82,如果夾片硬度過高,容易卡斷鋼絞線,硬度過低夾持不牢容易產(chǎn)生滑絲。夾具要具有良好的錨固性。
在原材料質(zhì)量有保證的情況下,預應力張拉質(zhì)量則完全由設備的可靠性和操作過程的規(guī)范性決定。
張拉用千斤頂,額定張拉力為所需張拉力的1.2倍~1.5倍,配套使用的壓力表精度不低于1.0級。張拉千斤頂與壓力表應在法定計量機構里配套標定,并根據(jù)標定報告中的回歸方程計算張拉力與壓力表讀數(shù)。
傳統(tǒng)的張拉設備由油泵、千斤頂、壓力表組成。作業(yè)時油泵供油驅(qū)動千斤頂油缸,油缸伸出帶動鋼絞線伸長,鋼絞線受拉后將應力反作用于混凝土結構,完成施加預應力。施工中人工讀壓力表,再通過回歸方程換算施加的拉力。人工測量千斤頂油缸的伸長,計算鋼絞線的伸長量。
傳統(tǒng)設備精度低,受人為因素影響大,效率低,將逐步被淘汰。隨著科技不斷進步,基于計算機控制技術的智能張拉技術在施工領域得到了廣泛應用。作業(yè)前將張拉作業(yè)的技術參數(shù)(控制應力、伸長量等)錄入計算機系統(tǒng),該系統(tǒng)能自動分階段地完成張拉作業(yè),并實時顯示記錄張拉數(shù)據(jù),張拉控制精度控制在0.5%以內(nèi),遠高于《公路橋涵施工技術規(guī)范》規(guī)定的1.5%。
首先是波紋管安裝位置必須準確,注意豎直方向和水平方向的坐標位置,嚴禁為了施工方便改變位置,波紋管定位下部用一根直鋼筋點焊在箍筋上控制高度,用“U”型鋼筋點焊在直鋼筋上控制水平位置;注意定位筋間距不得過大,直線段0.8m設一道定位鋼筋,曲線段0.4m設一道定位筋。波紋管安裝位置直接改變鋼絞線長度和摩擦阻力,嚴重影響張拉數(shù)據(jù)的可靠性,所以要嚴格按施工圖設計定位安裝。錨墊板是主要的受力部位,在張拉完成時全部預應力都要通過錨墊板傳遞到混凝土構件上。因此,對錨墊板和加強螺旋筋的安裝要特別注意:波紋管軸線與錨墊板平面垂直,要求波紋管線型準確、端模加工和安裝角度準確(安裝角度直接影響鋼絞線線型和摩擦阻力)。
張拉作業(yè)前要編寫作業(yè)指導書,復核伸長值,明確各階段張拉應力值和油表讀數(shù)。
張拉應力對應著油表讀數(shù),明確了不同階段的控制張拉應力后,通過線性回歸方程計算確定對應的油表壓力,用油表讀數(shù)作為張拉作業(yè)的實際依據(jù)。計算必須使用鋼絞線試驗報告中的實際面積,以保證數(shù)據(jù)準確可靠。千斤頂編號為116455,油壓表編號為YQ05064431,回歸方程P=0.0328x+0.4991,P為油表讀數(shù),X為各階段的張拉力。
特別要注意初應力的取值:《公路橋涵施工技術規(guī)范》7.62-5及條文說明規(guī)定:初應力為張拉控制應力的10%~25%,鋼束長度小于30m,初應力宜10%~15%;鋼束長度30m~60m,初應力宜15%~20%;鋼束長度大于60m,初應力宜25%;鋼束長度超過100m,通過試驗確定。初應力的作用是利用相鄰級別應力(必須是2倍初應力)伸長值代替初應力伸長量,以此消除由于鋼絞線的非彈性變化造成實測伸長值的不準確。一般情況下與初應力相鄰應力級別(必須是2倍初應力)的伸長量,小于2倍初應力伸長量,因為開始鋼絞線處于松弛狀態(tài),初應力時鋼絞線的伸長有一部分是非彈性伸長。
表1 油壓與應力對照表
在利用公式ΔL=PpL/ApEp計算伸長量時,參數(shù)Ap和Ep取值必須使用鋼絞線試驗報告中的數(shù)據(jù),不能用圖紙中的標準值。施工中常規(guī)購進的鋼絞線直徑偏大,彈性模量也偏大,如果按圖紙?zhí)峁┑臉藴蕪椥阅A亢徒孛娣e計算理論伸長值,計算結果將偏大,而實際伸長量偏小,用伸長值校核張拉時甚至超過允許的±6%標準,造成誤判。所以,對于圖紙?zhí)峁┑匿摻g線延伸率,要用實際的彈性模量和截面積值驗算,為張拉作業(yè)提供可靠的依據(jù)。
計算完成后,再加上兩端實際工作長度(即千斤頂段的鋼絞線)的伸長量。千斤頂段鋼絞線的長度一般在0.4m~0.7m,兩端張拉的情況下鋼絞線長度增加0.8m~1.4m,其延伸量在6mm~10mm,對于20m~30m的長束影響不大,但對于負彎矩之類的短束將使數(shù)據(jù)嚴重失實,多數(shù)情況是張拉應力遠未達到控制應力,但伸長量已達到要求,而張拉力達到控制應力時,伸長量遠超6%的極限要求,造成嚴重誤判。
鋼絞線穿束(先穿管,后穿束)中,“先穿管”指的是在波紋管中先穿塑料支撐管;“后穿束”指的是后穿預應力鋼絞線束,即在塑料波紋管中穿入直徑比波紋管略小并能順利穿入的塑料支撐管,然后澆筑混凝土,待混凝土澆筑后抽出支撐管,再把鋼絞線梳編成束并整體穿入預應力管道內(nèi)。先穿管、后穿束成功避免了先穿束可能造成的波紋管漏漿,鋼絞線被混凝土筑死的情況,編束后整體穿束避免了穿束機單根穿束造成的鋼絞線錯位、扭絞、纏繞等情況,極大地提高了張拉精度。
張拉(后張法)條件為,梁板同條件養(yǎng)護試件的抗壓強度和抗壓彈性模量,要滿足設計要求;滿足設計要求強度達到的時間;齡期至少7d。
張拉程序中普通松弛預應力筋:0→初應力→2倍初應力→103%σcon(錨固);低松弛預應力筋:0→初應力→2倍初應力→100%σcon(持荷5min錨固)。張拉方法是兩端張拉(一端使用P錨或連接器時單端張拉),張拉順序要按圖紙要求順序,圖紙沒有明確順序的可采取分批、分階段的方式對稱張拉。
張拉注意事項,包括張拉前單根預拉,拉力不大于初應力,使每根鋼絞線松緊程度一致。
張拉采用應力控制,校核伸長量,控制伸長量偏差在±6%以內(nèi);張拉實際伸長值為:ΔLs=ΔL3+ΔL2-2ΔL1-ΔL4-ΔL5(ΔLs:實際伸長值、ΔL1:初應力伸長讀數(shù)、ΔL2:2倍初應力伸長讀數(shù)、ΔL3:終應力伸長讀數(shù)、ΔL4:工具夾片位移量即鋼絞線內(nèi)縮量、ΔL5:千斤頂段鋼絞線理論伸長值)。如果出現(xiàn)偏差超限,必須暫停張拉,分析原因,確定屬于理論伸長和實際伸長計算錯誤的部分直接改正,并在后續(xù)工作中避免出現(xiàn)。設備出現(xiàn)異常、讀數(shù)錯誤、操作錯誤等情況,必須放張后重新張拉。
在采用兩臺以上千斤頂實施對稱和兩端張拉時,各千斤頂之間同步張拉力的允許偏差為±2%,張拉控制應力的精度為±1.5%。
張拉資料整理必須現(xiàn)場記錄,詳細填寫后張法預應力張拉檢測記錄,注意張拉原始記錄內(nèi)容和項目必須填寫齊全、真實,并且不得有漏項。
在預應力橋梁結構施工中為提高預應力施工精度,盡可能利用智能張拉設備;準確計算和修正理論伸長量;合理匹配與鋼絞線拉力相對應的千斤頂;保證波紋管、錨具安裝位置正確;混凝土達到要求強度和7d齡期;選擇與鋼絞線的長度相對應的合理初應力;鋼絞線按照“先穿管,后穿束”的方法穿束,再加上操作人員盡職盡責的態(tài)度和嫻熟的技術可極大地提高預應力張拉精度。