張朝文 王 凱 陳曉飛 邢朝陽

（1.安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000 2.淮河工程集團有限公司 徐州 221018）

1 引言

隨著我國橋梁工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土梁的應(yīng)用越來越廣泛，它在結(jié)構(gòu)安全、耐久性和使用壽命等方面具有良好的性能。但是，在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工過程中，預(yù)應(yīng)力過大，導(dǎo)致構(gòu)件變形過大；預(yù)應(yīng)力過小，導(dǎo)致構(gòu)件底部出現(xiàn)拉應(yīng)力，在使用過程中過早出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全、縮短使用壽命。因此，在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工過程中，如何采取有效的預(yù)應(yīng)力測試方法，保證預(yù)應(yīng)力效果的建立具有重要意義。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土梁板預(yù)加應(yīng)力

預(yù)應(yīng)力混凝土是根據(jù)需要人為地引入某一數(shù)值與分布的內(nèi)應(yīng)力，用以全部或部分抵消外荷載應(yīng)力的一種加筋混凝土（ACI）。預(yù)應(yīng)力梁構(gòu)件是在預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)承受外荷載之前，預(yù)先采用人為張拉的方法，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)先形成一種應(yīng)力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)在使用階段承受拉應(yīng)力的部位先受到壓應(yīng)力作用，從而部分或全部抵消使用階段產(chǎn)生的拉應(yīng)力，以提高預(yù)應(yīng)力梁的承載能力。因此，對預(yù)應(yīng)力梁板預(yù)壓應(yīng)力的測試分析是評價施加預(yù)應(yīng)力效果的一種有效方法。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土梁板預(yù)加應(yīng)力測試

3.1 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計情況

南四湖二級壩除險加固工程溢流壩交通橋位于南四湖二級壩除險加固工程溢流壩（4+683-5+084）段，橋面寬12m，橋梁的總跨度為400m，縱向橋面連續(xù)共20 跨，單跨20m，每跨7 片中板，2 片邊板，共計180 片梁，其中中板總計140 片，邊板總計40 片，設(shè)計荷載等級為公路-Ⅰ級，人群荷載為3.0kN/m2。

設(shè)計為后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁橋，計算跨徑19.26m，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板單板寬b=1240mm，板高h(yuǎn)=950mm，空心板上頂板和下底板厚度均為120mm，采用C50 混凝土，fck=32.4MPa，fc=23.1MPa，空心板內(nèi)設(shè)φj15.2 低松弛高強度鋼鉸線，中板18 根，邊板20 根，fptk=1860MPa，fpy=1320MPa，錨具采用15-4 型、15-5 型和15-6 型系列錨具及配件，預(yù)應(yīng)力管道采用圓形金屬波紋管，混凝土齡期超過7d，且強度不低于設(shè)計強度等級的85%后，對預(yù)應(yīng)力鋼絞線束進行兩端張拉，每片梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉順序分別為左N1→右N2→右N1→左N2，錨下張拉控制應(yīng)力為0.75fpk=1395MPa。

3.2 預(yù)應(yīng)力梁板選取及鋼筋應(yīng)力計布置數(shù)量及位置

本次試驗選擇2 片空心板進行應(yīng)力測試，一片邊板，一片中板（編號分別為1#邊、2#中）。

此次測試截面為選定的2 片預(yù)制構(gòu)件的跨中截面，在澆筑混凝土前，在跨中截面把鋼筋應(yīng)力計沿主筋方向綁扎在構(gòu)造筋上，待預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件混凝土齡期及強度達到設(shè)計張拉要求后，測讀在預(yù)制構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼絞線束張拉前，振弦式鋼筋應(yīng)力計讀數(shù)，將該值作為應(yīng)力（應(yīng)變）初值，在每束預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉后再依次測讀鋼筋應(yīng)力計讀數(shù)變化值。

2 片測試梁鋼筋應(yīng)力計布置圖見圖1、圖2。

圖1 1#邊板鋼筋應(yīng)力計布置圖

圖2 2#中板鋼筋應(yīng)力計布置圖

3.3 振弦式鋼筋應(yīng)力計性能及測量原理

振弦式鋼筋應(yīng)力計具有精度高、分辨率高、量程大、受環(huán)境影響小、可長距離傳輸及自身體積小等優(yōu)點。在張拉前測試布置的鋼筋應(yīng)力計初始讀數(shù)，每束鋼絞線張拉前后鋼筋拉壓應(yīng)力按下式計算：

式中：P—鋼筋應(yīng)力計拉（壓）力（kN）；

K—傳感器常用系數(shù)（kN/F）；

Fi—測試第i 次傳感器力值（Hz）；

F0—初始傳感器力值（Hz）；

B—常數(shù)（kN）。

混凝土應(yīng)變值按下式計算：

式中：ε—應(yīng)變；

F—被測鋼筋的荷載（kN）；

A—被測鋼筋的截面積（m2）；

E—鋼筋彈性模量。

3.4 預(yù)應(yīng)力梁跨中應(yīng)力、應(yīng)變測試計算結(jié)果（圖3～6、表1～4）

圖3 1#邊板底部左側(cè)混凝土應(yīng)力（應(yīng)變）隨張拉鋼絞線增加變化曲線圖

圖4 1#梁板底部右側(cè)混凝土應(yīng)力（應(yīng)變）隨張拉鋼絞線增加變化曲線圖

圖5 2#中板底部左側(cè)混凝土應(yīng)力（應(yīng)變）隨張拉鋼絞線增加變化曲線圖

圖6 2#梁板底部右側(cè)混凝土應(yīng)力（應(yīng)變）隨張拉鋼絞線增加變化曲線圖

表1 1#邊板四根鋼絞線張拉前后混凝土應(yīng)力（應(yīng)變）值表

表2 1#邊板四根鋼絞線張拉前后混凝土應(yīng)力（應(yīng)變）值表

表3 2#中板四根鋼絞線張拉前后混凝土應(yīng)力（應(yīng)變）值表

表4 2#中板四根鋼絞線張拉前后混凝土應(yīng)力（應(yīng)變）值表

3.5 預(yù)應(yīng)力梁板預(yù)壓應(yīng)力分析

通過對南四湖二級壩除險加固工程溢流壩交通橋預(yù)應(yīng)力梁板應(yīng)力實測分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）1#邊板四束鋼絞線依次張拉后，布置在底部兩個振弦式鋼筋應(yīng)力計應(yīng)變值均逐漸增大，最大應(yīng)變值為220.5με；2#中板四束鋼絞線依次張拉后，布置在底部兩個振弦式鋼筋應(yīng)力計應(yīng)變值均逐漸增大，最大應(yīng)變值為221.5με，均遠(yuǎn)小于C50混凝土抗壓理論狀態(tài)下（軸心混凝土抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值）對應(yīng)的應(yīng)變值（C50 軸心抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值fck：32.4MPa，C50 混凝土彈性模量Ec：3.45×104MPa，應(yīng)變=應(yīng)力/彈性模量）。

（2）隨著鋼絞線張拉束數(shù)增加，預(yù)制構(gòu)件混凝土應(yīng)力也隨之增加，實測得到的振弦式鋼筋應(yīng)力梁板底部應(yīng)力應(yīng)變值隨鋼絞線張拉束數(shù)增加而顯著增大，4 束鋼絞線張拉后的實測的最大應(yīng)力值為9.35kN，對應(yīng)的應(yīng)變值為221.5με，沒有張拉應(yīng)力應(yīng)變突變情況。

（3）2 片預(yù)應(yīng)力空心板在四束鋼絞線依次張拉后梁底部應(yīng)變值逐漸變大，預(yù)制構(gòu)件梁均處于彈性增長階段，說明按設(shè)計要求對稱位置先張拉靠近臺座截面重心處的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，再依次對稱張拉其他鋼絞線的張拉順序比較合理，再次說明在張拉過程中，鋼絞線的管道摩阻損失控制較好；張拉結(jié)束錨固時，預(yù)應(yīng)力錨具變形較小，鋼絲沒出現(xiàn)大的滑移現(xiàn)象，鋼絞線沒有出現(xiàn)非彈性變形和應(yīng)力松弛現(xiàn)象，說明張拉控制一切正常，梁板預(yù)制受彎構(gòu)件正截面混凝土壓應(yīng)力均在正常范圍內(nèi)。

（4）通過測試結(jié)果可知，采用振弦式鋼筋應(yīng)力計所測數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定可靠，適用于構(gòu)件應(yīng)力測試與分析。

4 結(jié)語

在預(yù)應(yīng)力梁板構(gòu)件施工過程中，張拉力應(yīng)按設(shè)計及相關(guān)要求進行控制，使混凝土預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，以便于利用混凝土較高的抗壓能力來彌補其抗拉能力的不足，以推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)和開展，從而提高構(gòu)件的抗裂性能和剛度，因此在預(yù)應(yīng)力混凝土梁板構(gòu)件施工過程中預(yù)壓應(yīng)力控制監(jiān)測能反映在張拉過程中施加預(yù)應(yīng)力所產(chǎn)生的偏差，進而采取處理措施，保證結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和安全■