黃 亞， 徐長武

(1.湖北華祥建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司,湖北 武漢 430034； 2.武漢洪東方建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司,湖北 武漢 430070)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及房屋使用功能的需要，大跨度結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，預(yù)應(yīng)力混凝土梁的使用可以較大程度上減少豎向構(gòu)件的布置，增大內(nèi)部使用空間，便于內(nèi)部最大程度的安排使用功能。預(yù)應(yīng)力混凝土梁通過鋼束張拉提高其抗裂能力，減小其跨中撓度，所以鋼束張拉效果直接影響其正常使用，在鋼束張拉施工過程中通過檢測手段對(duì)判定鋼束張拉效果顯得尤為重要。

1 工程概況

某大學(xué)實(shí)訓(xùn)綜合大樓,采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系,因大空間使用功能要求,在大樓頂層采用18 m單跨和15.2 m與18 m組合雙跨后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁,公稱面積Ap為140 mm2?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C40,預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用8φ15.2-1860級(jí)高強(qiáng)度低松弛鋼絞線[1],其基本線形均為四段拋物線形,鋼絞線彈性模量Ep為195 GPa,預(yù)埋管道采用金屬波紋管。預(yù)應(yīng)力筋采用一端張拉方式,張拉控制應(yīng)力σcon為1 395 MPa。為驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性和施工的可靠性,需對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉效果進(jìn)行評(píng)定,同時(shí)設(shè)計(jì)文件要求張拉時(shí)，以張拉應(yīng)力控制,實(shí)測伸長值校核。

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中對(duì)于預(yù)埋金屬波紋管和鋼絞線之間的K值和μ值依次為0.001 5和0.25,然而金屬波紋管的實(shí)際布管線形影響其與鋼絞線之間的μ值,為更好地計(jì)算理論伸長量并與實(shí)際伸長量進(jìn)行對(duì)比,本次理論伸長量中的μ值采用實(shí)測數(shù)據(jù)確定。

現(xiàn)場采用兩端布置荷載傳感器的方式對(duì)雙跨預(yù)應(yīng)力混凝土梁進(jìn)行一端張拉試驗(yàn),由兩個(gè)傳感器顯示力值確定μ值,拆除荷載傳感器后,對(duì)預(yù)應(yīng)力梁采用一端張拉至控制應(yīng)力,通過測定張拉端部件的變形量確定鋼束實(shí)際伸長量。

2 孔道摩擦系數(shù)μ值檢測

試驗(yàn)裝置見圖1所示,穿心壓力傳感器量程為6 500 kN,精度1 kN,千斤頂量程為5 000 kN,精度0.1 MPa。千斤頂力值達(dá)到控制應(yīng)力時(shí),分別記錄張拉端和錨固端傳感器數(shù)據(jù)為N1和N2,試驗(yàn)采用一端錨固一端張拉的分級(jí)加卸載方式,分級(jí)荷載依次為0%σcon→10%σcon→20%σcon→50%σcon→80%σcon→100%σcon→50%σcon→0%σcon,試驗(yàn)循環(huán)進(jìn)行3次,確定μ值平均值μ1,之后調(diào)換張拉端和錨固端,同上述方法循環(huán)進(jìn)行3次確定μ值平均值μ2,最后取μ1和μ2的平均值。預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)μ值[3]：

(1)

圖1 雙跨預(yù)應(yīng)力梁鋼束張拉裝置示意圖(單位：mm)

3 實(shí)際伸長量檢測

試驗(yàn)裝置見圖2所示,千斤頂量程為5 000 kN,精度0.1 MPa。試驗(yàn)采用一端錨固一端張拉的分級(jí)加卸載方式,分級(jí)荷載依次為0%σcon→10%σcon→20%σcon→50%σcon→80%σcon→100%σcon→50%σcon→0%σcon。不同荷載下位移測試量見表1所示。

預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際伸長量ΔL：

ΔL=ΔL10-100+ΔL0-10-ΔLf-a

(2)

圖2 鋼束實(shí)際伸長量試驗(yàn)裝置

表1 不同荷載下位移測試量

4 理論伸長量計(jì)算

本工程預(yù)應(yīng)力筋為多曲線段與直線段組成的曲線預(yù)應(yīng)力筋,張拉理論伸長量分段計(jì)算后疊加。

(3)

σi+1=σi×e-(μθi+kLi)

(4)

式中：ΔLp為整段鋼束達(dá)到控制應(yīng)力時(shí)的理論伸長量,mm;σi+1為鋼束計(jì)算段遠(yuǎn)離張拉端應(yīng)力,MPa;σi為鋼束計(jì)算段靠近張拉端應(yīng)力,MPa;Li為鋼束計(jì)算段長度,m,即Li=Ri×θi(Ri為曲線鋼束計(jì)算段對(duì)應(yīng)的半徑,m;θi為曲線鋼束計(jì)算段對(duì)應(yīng)的中心角弧度,rad)(見圖1所示)。

5 結(jié)果及分析

5.1 孔道摩擦系數(shù)μ值

通過表2可知,孔道實(shí)測摩擦系數(shù)μ均值為0.264,與規(guī)范[3]中的μ值范圍接近,表明金屬波紋管和鋼束的布置符合設(shè)計(jì)坐標(biāo)要求,鋼束在金屬波紋管內(nèi)的摩擦損失滿足規(guī)范要求。

5.2 鋼束理論和實(shí)測伸長量

預(yù)應(yīng)力筋計(jì)算分段見圖2所示,單端張拉理論伸長量計(jì)算見表3所示,鋼束伸長理論值與實(shí)測值對(duì)比見表4所示。

表2 孔道摩擦系數(shù)μ值

表3 單端張拉鋼束理論伸長量計(jì)算

表4 鋼束伸長理論值與實(shí)測值對(duì)比

通過表2和表3可知,鋼束伸長量實(shí)測值與理論值的偏差在+8.4%,稍大于規(guī)范[2]中的要求(±6%),但滿足設(shè)計(jì)規(guī)定要求(-5%,+10%)。兩者間的差異主要有以下原因：理論值計(jì)算采用的彈性模量為規(guī)范值,與鋼束實(shí)際值不一致;理論值計(jì)算采用的曲線段中心角為設(shè)計(jì)坐標(biāo)值,與鋼束實(shí)際布置對(duì)應(yīng)的彎起角度不一致;孔道摩擦系數(shù)雖為實(shí)測值,但伸長量測試過程中的錨具與鋼絞線間的咬合作用在兩次不同試驗(yàn)中效果不一致,鋼絞線受力,錨具中的夾片會(huì)產(chǎn)生不同程度的滑動(dòng),同時(shí)位移測量過程中夾片的滑動(dòng)也對(duì)伸長量實(shí)測值有影響。

6 結(jié)語

(1) 在孔道摩擦系數(shù)和張拉伸長量計(jì)算過程中,直線段和曲線段分界點(diǎn)以及兩段不同彎曲方向鋼束反彎點(diǎn)對(duì)整條鋼束分段至關(guān)重要,鋼束分段直接影響鋼束總長和曲線段切線夾角弧度和的準(zhǔn)確計(jì)算,進(jìn)而影響孔道摩擦系數(shù)和張拉伸長量的準(zhǔn)確計(jì)算。

(2) 預(yù)應(yīng)力鋼束張拉過程中,錨墊板、千斤頂、錨具的布置以及與鋼束之間的咬合作用對(duì)鋼束張拉效果產(chǎn)生較大影響,張拉過程中相關(guān)位移值的測試時(shí)機(jī)應(yīng)與加載等級(jí)對(duì)應(yīng),且應(yīng)保證千斤頂?shù)姆€(wěn)壓效果,由此方可通過公式中的對(duì)應(yīng)位移量準(zhǔn)確計(jì)算實(shí)際伸長量。

(3) 較多因素綜合導(dǎo)致鋼束伸長量理論值和實(shí)測值之間的差異,但應(yīng)從理論上和實(shí)操上準(zhǔn)確理解預(yù)應(yīng)力鋼束張拉過程,通過計(jì)算、實(shí)測和差異分析為預(yù)應(yīng)力鋼束張拉效果的評(píng)判提供依據(jù)。