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0 引言

預應力度作為預應力橋梁的核心結構體系，一旦預應力度不夠，預應力橋梁即將提前開裂，或者出現(xiàn)下?lián)?，因此，工程師們特別關注錨下有效預應力。雖然現(xiàn)階段普遍采用智能張拉工藝，但是實際錨下有效預應力并不能達到設計要求，各省(區(qū))質檢站、建設單位都在進行錨下有效預應力的檢測活動。作為一項檢測，必須要有可靠的計量方法和測量方案，能夠進行力值傳遞，能夠作為評定工程質量的標準。錨下有效預應力檢測通用的技術手段為反拉法，通過這些年的檢測和現(xiàn)場比對試驗，發(fā)現(xiàn)同為反拉法也有不同的取值方法，且不同的取值方法得到的檢測數(shù)據(jù)相差較大，有時候一根鋼絞線的有效預應力值可以相差12 kN，那么對于檢測精度要求1%、評定標準為標準值的5%的錨下有效預應力來講(5%的區(qū)間約為10 kN)實在相差太大。在進行比對試驗的過程中，發(fā)現(xiàn)最為嚴重的情況下誤差在目標值的10%，即750 kN的目標值檢測結果為825 kN，最好的情況為757 kN。出現(xiàn)這種情況的根源在于錨下有效預應力的取值沒有一個統(tǒng)一的標準，各個錨下有效預應力檢測設備廠家設計一個檢測取值標準，導致出現(xiàn)了所謂的“拐點法”、“平衡法”、“最小應力跟蹤法”、“夾片位移法”等方法，且有的采用力傳感器測量、有的采用頂上的油壓傳感器、有的采用油泵處的油壓傳感器，在前面智能張拉設備研究中筆者已經發(fā)現(xiàn)油泵處的油壓傳感器采集力值精度較低。本文針對液壓傳感器在頂上的錨下有效預應力設備進行錨下有效預應力取值的理論和試驗研究，所得結論可以為后續(xù)錨下有效預應力的檢測和錨下有效預應力檢測儀的開發(fā)提供參考，以促進錨下有效預應力檢測的健康發(fā)展。

1 反拉法的基本原理

反拉法即是采用千斤頂將已經錨固的鋼絞線進行第二次張拉，張拉過程中拾取錨下有效預應力檢測值。

Fy=Fz+Fm

(1)

式中：Fy為錨下有效預應力;Fz為檢測千斤頂?shù)姆磸埨χ?Fm為工作夾片與工作錨或者限位板的摩阻力。

檢測工作原理如圖1所示。

其中拐點法和平衡法認為，當反張拉到一定的程度，F(xiàn)m就會到達0值，此時，我們需要的錨下有效預應力就是檢測千斤頂?shù)膹埨χ怠?/p>

圖1 反拉法工作原理Figure 1 The working principle of anti-tension method

即:

Fy=Fz

(2)

而最小應力跟蹤法和夾片位移法認為工作夾片與工作錨和限位板之間的摩阻始終存在，最小應力跟蹤法認為工作夾片移動0.2 mm對應的反張拉力值減掉摩阻力，即為錨下有效預應力值。夾片位移法則認為不同的錨夾具廠家對應的工作夾片位移應該不同，取值應當進行試驗確定。

2 試驗方案設計

采用單獨兩套力傳感器系統(tǒng)進行力值試驗驗證，即在工作錨下放置單獨的穿心式力傳感器，然后按照實際張拉控制應力進行張拉錨固，在錨固外面一側進行錨下有效預應力檢測，檢測值與工作錨下的測力傳感器進行對比，查看力值是否準確。試驗在實體梁上進行，選擇最下直孔道進行試驗，試驗時為了保證能夠方便進行下一組試驗，在孔道一端安裝力傳感器墊塊、力傳感器、工作錨、工作夾片，另外一端直接安裝墊塊、力傳感器、千斤頂、工具錨，先同步張拉到張拉控制應力，未安裝工作錨一端不回頂卸載，安裝工作錨一端回油卸載。然后進行檢測。單根檢測完后，進行整束檢測。試驗方案設計圖見圖2。

試驗流程如下：①試驗準備(準備好張拉設備、檢測設備、力傳感器等材料和設備，選擇好實體梁試驗孔道)；②試驗安裝(單根和多根鋼絞線孔道一端安裝力傳感器墊塊、力傳感器、千斤頂、工具錨和工具夾片，另外一端安裝力傳感器墊塊、力傳感器、工作錨、工作夾片、限位板、千斤頂、工具錨和工具夾片)；③張拉卸載(有工作錨一端全部卸載，沒工作錨一端千斤頂停止供油鎖定即可)；④拆除張拉設備；⑤進行單根鋼絞線錨下應力檢測(獲得單根修正值)；⑥整束預應力檢測(檢驗修正值正確與否)；⑦試驗數(shù)據(jù)整理；⑧獲得試驗結果。

圖2 錨下有效預應力試驗模型示意圖Figure 2 The test model of under-anchor effective prestress

3 單根檢測試驗過程及試驗數(shù)據(jù)

選取平衡法、最小應力跟蹤法和夾片位移法進行試驗，每種方法在同一根鋼絞線上連續(xù)試驗12次，去掉偏差絕對值最大的2個數(shù)值，再計算每次試驗與工作錨下測力傳感器的力值差值作為其檢測精度，并計算其檢測重復性，重復性計算公式按照式(3)進行。

(3)

3.1 拐點法或平衡法的試驗結果

拐點法或平衡法認為錨下有效預應力應為下圖中的B’點，原因為檢測過程中第一個階段為OA段，此時檢測千斤頂與工作錨尚未充分接觸，力小位移大；第二個階段為AB段，充分接觸之后力值與位移值成線形比例關系；B點為夾片松動的階段點，BB’段為夾片松動后應力下降階段；B’C段為位移上升、力值上升階段,見圖3。

圖3 拐點法的檢測原理示意圖Figure 3 The test schematic diagram of inflection-point method

表1 拐點跟蹤法檢測結果及數(shù)據(jù)Table1 Thedetectionresultsanddataoftheinflection-pointtrackingmethod檢測次數(shù)檢測結果值/kN工作錨下測力傳感器力值/kN檢測差值/kN檢測精度/%1189.4182.473.82187.2180.17.13.93185.6177.97.74.34188.5181.66.93.85176.8172.54.32.56184.3175.395.17180.2175.84.42.5875.3166.98.45.09181.7172.49.35.410175.5168.27.34.3平均值182.5175.37.14.1檢測重復性/%5.35

表1中數(shù)據(jù)可以看出，檢測結果值始終較工作錨下的測力傳感器的力值要大4～10 kN，平均值為7.1 kN；檢測精度約為2.2%～5.4%，平均值為4.1%；檢測過程中工作錨下測力傳感器力值的大小一直在變化，基本上是越變越小。最后的力值與最初的力值相差14.2 kN，按照比例約為7.8%,單根錨下有效預應力檢測照片見圖4。

圖4 單根錨下有效預應力檢測照片F(xiàn)igure 4 The test photo of under-anchor effective prestress forthe single anchor

3.2 最小應力跟蹤法試驗結果

最小應力跟蹤法認為工作夾片啟動的瞬間即可獲取錨下有效預應力值，而這個瞬間一般定為工作夾片滑動0.2 mm，即圖5中的B點，圖5中的階段劃分與圖3的解釋基本一致。OA段為接觸階段；AB段為加力階段；B點為松動點，BC段為松動后上升階段。試驗取值錨口摩阻按照錨具廠家給定的4.3%考慮,見圖5。

圖5 最小應力法原理示意圖Figure 5 The schematic diagram of minimum-stress method

表2中數(shù)據(jù)可以看出，檢測精度平均值在2.3%，且實際檢測過程中工作夾片位移很難控制在0.2 mm，平均值大約在0.43 mm，檢測值去掉最大最小之后的極大值與極小值之間還相差10.2 kN，檢測重復性4.6%。其最大的難點在于0.2 mm夾片位移過小，基本沒動就進行了取值，且現(xiàn)實中夾片位移很難控制。

表2 最小應力法檢測結果及數(shù)據(jù)Table2 Thetestresultsanddataoftheminimum-stressmethod檢測次數(shù)檢測結果值/kN工作錨下測力傳感器力值/kN檢測差值/kN檢測精度/%夾片位移/mm1185.4182.431.60.22186.1182.33.82.10.33187.31825.32.90.44185.7181.742.20.35177.9181.5-3.62.016184.9181.13.82.10.27182.5180.81.70.90.58177.1180.5-3.41.90.99184.4179.84.62.60.310186.5178.38.24.60.2平均值183.8181.02.72.30.43檢測重復性/%4.6

3.3 夾片位移法試驗結果

夾片位移法針對不同的廠家取值略有差別，本次試驗的工作夾片位移采用0.5 mm，取值在工作夾片發(fā)生0.5 mm位移時進行拾取。試驗設備及試驗曲線如圖6、圖7所示。試驗取值錨口摩阻按照錨具廠家給定的4.3%考慮。

圖6 錨下有效預應力檢測儀Figure 6 The under-anchor effective prestress detector

圖7 錨下有效預應力檢測曲線圖Figure 7 The test curve of under-anchor effective prestress

表3中數(shù)據(jù)顯示檢測精度0.6%，檢測重復性1.18%，最大值與最小值的差別為1.5 kN，檢測平均差值1.1 kN。

單根檢測的結果對比如表4所示。

單根檢測中對比顯示夾片位移法檢測結果最優(yōu)，最小應力法次之，拐點法檢測精度較差。

表3 夾片位移法法檢測結果及數(shù)據(jù)Table3 Thetestresultsanddataoftheclip-displacementmethod檢測次數(shù)檢測結果值/kN工作錨下測力傳感器力值/kN檢測差值/kN檢測精度/%檢測次數(shù)檢測結果值/kN工作錨下測力傳感器力值/kN檢測差值/kN檢測精度/%1183.4182.410.57182.3181.40.90.52183.2182.30.90.58182.6181.31.30.73182.8182.10.70.49182.5181.11.40.84183.11821.10.610181.9180.61.30.75182.4181.60.80.4平均值182.7181.621.10.66182.5181.41.10.6檢測重復性/%1.18

表4 3種檢測方法的結果對比Table4 Thecomparisonoftheresultsofthreedetectionmeth-ods序號檢測方法檢測精度/%檢測重復性/%體系穩(wěn)定情況1拐點法4.15.3力值波動大,極差15.5kN,越來越小2最小應力法2.34.6波動較小,極差4.1kN3夾片位移法0.61.18波動很小,極差1.8kN

4 整束檢測結果

本試驗采用5根鋼絞線一孔的空心板梁進行試驗，先將工作錨下力傳感器的力值張拉到750 kN，即整束錨下有效預應力值為750 kN，在同一孔每種方法檢測1次，然后進行比較，檢測原理圖見圖2，檢測照片見圖8。

圖8 整束錨下有效預應力檢測照片

Figure 8 The test photo of under-anchor effective prestress for the whole anchor

拐點法檢測結果如表5所示。

表5中數(shù)據(jù)顯示檢測總體力值為825 kN，與最初的750 kN相比，檢測精度為10%。而實存錨下有效預應力為738 kN，較最開始的750 kN，下降了12 kN，且檢測過程中基本上都是檢測一次，力值下降一點，呈連續(xù)下降趨勢。

最小應力法檢測結果如表6所示。

表5 拐點法整束檢測結果Table5 Thetestresultsofthewholebeambytheinflection-pointmethod檢測序號檢測結果/kN檢測結果總和/kN精度/%錨下預應力值/kN1167750216374431708251075641657455160738

表6 最小應力法檢測結果Table6 Thetestresultsoftheminimum-stressmethod檢測序號檢測結果/kN檢測結果總和/kN精度/%錨下預應力值/kN1154750215775231547722.974841567465151746

表中數(shù)據(jù)顯示檢測總體力值為772 kN，與最初的750 kN相比，檢測精度為2.9%。而實存錨下有效預應力為746 kN，較最開始的750 kN，下降了4 kN，且檢測過程中基本上都是檢測一次，力值下降一點，呈連續(xù)下降趨勢。

夾片位移法檢測結果如表7所示。

表7 夾片位移法檢測結果Table7 Thetestresultsoftheclip-displacementmethod檢測序號檢測結果/kN檢測結果總和/kN精度/%錨下預應力值/kN1152750215074931537570.974941487495154748

表中數(shù)據(jù)顯示檢測總體力值為757 kN，與最初的750 kN相比，檢測精度為0.9%。而實存錨下有效預應力為748 kN，較最開始的750 kN，下降了2 kN，且檢測過程中基本上都是檢測一次，力值下降一點，呈連續(xù)下降趨勢。

5 結語

錨下有效預應力作為評價預應力施加是否合格的關鍵技術指標，現(xiàn)階段全國范圍內都進行檢測，但是方法并不統(tǒng)一，檢測的可靠性、準確性尚不明確。本文通過對工程界常用的拐點法、最小應力跟蹤法和夾片位移法進行試驗，發(fā)現(xiàn)拐點法不考慮錨口摩阻是不正確的，必須考慮，檢測過程中未對夾片進行限制，導致其回縮值較大，從而導致錨下力值不斷變??；最小應力跟蹤法考慮了錨口摩阻，但是夾片僅僅位移0.2 mm即進行有效預應力的拾取，可能夾片并未真正啟動，檢測精度約在3%左右，錨下預應力的減小較少，對預應力影響較小，但重復性較差；夾片位移法考慮了錨口摩阻，根據(jù)不同廠家的夾片特性給予了不同的夾片位移，一般為0.3～1 mm，檢測精度基本在1%以內，錨下有效預應力減小較少，重復性較好。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)及結果分析，錨下有效預應力檢測采用夾片位移法為最好，而拐點法不建議采用。