黃藝庭

（漳州市公路事業(yè)發(fā)展中心直屬分中心，福建 漳州）

1 工程概況

某大橋于2013 年通車，主橋采用（38+3×60+38）m 預應力砼變截面連續(xù)箱梁，半幅橋寬15 m。設計荷載為公路-I 級（JTGD60-2004）。該橋左幅多跨箱梁底板跨中存在橫向裂縫，第2 跨、第3 跨跨中豎向剛度與交工驗收時存在明顯下降。為保證橋梁結構安全，通過箱外腹板加厚，同時新增體內預應力的方式對左幅第一聯(lián)第1～5 跨進行整體預應力加固。加固預應力布置方式如下：左幅第一聯(lián)箱外腹板采用C50 無收縮自密實砼外包加厚25～50 cm，預應力鋼束采用4 根高強度低松弛15Φs15.2 體內鋼束加固，每側腹板布置2 根。

2 預應力張拉參數(shù)

2.1 預應力材料

預應力鋼絞線采用高強低松弛鋼絞線，直徑為Φs15.24 mm，截面面積Ag=140 mm2，設計彈模Eg=1.95×105Mpa（實測彈模Eg=1.89x105Mpa），標準抗拉強度fpk=1 860 Mpa。預應力管道采用金屬波紋管成孔。

2.2 張拉參數(shù)

鋼束錨下控制應力σcon=0.75fpk=1 395 Mpa，單根鋼絞線張拉力為Nk=195.3 kN；鋼絞線規(guī)格為15Φs15.2 mm，15 束合計錨下張拉控制力Pk=σconA=2 929.5 kN。預應力張拉同時記錄張拉力與伸長量，施工以張拉力控制為主，伸長量控制為輔，鋼束由于連接器限制均采用單端張拉。張拉程序采用0→10%σcon→20%σcon→50%σcon→σcon[1]。

3 預應力損失計算

3.1 預應力損失計算內容

針對本項目后張法體內預應力束，張拉過程中產生的預應力損失組合主要為預應力構件需考慮各類預應力損失統(tǒng)計如下[2]：

（1） 預應力筋與管道壁之間的摩擦σl1；

（2） 錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮σl2；

（3） 混凝土的彈性壓縮σl4。

通過試驗監(jiān)測數(shù)據，計算σl1、σl2、σl4實測損失值，并與設計預應力損失值進行比對，設計預應力損失值依據《混規(guī)》6.2 節(jié)的規(guī)定計算。

3.2 測試方法與主要監(jiān)測儀器

本文通過壓力傳感器監(jiān)測張拉過程中箱梁第三跨左、右腹板T1、T2 束錨下張拉控制應力，計算實際預應力損失[3]。主要監(jiān)測設備為：

（1） 壓力傳感器，采用量程3 000 kN、靈敏度1kN 的振弦式傳感器；

（2） 應變計，采用基康表面式振弦式應變計。

3.3 預應力筋與管道壁之間的摩擦損失σl1

后張法預應力結構中，管道線形位置與設計偏差、鋼束和管道內壁接觸都會導致預應力損失與設計值不符。根據規(guī)范，管道摩阻引起的預應力損失設計值按下式計算：

設主動端壓力傳感器測試值為P1，被動端為P2，管道長度為x，θ 為管道全長的曲線包角，考慮式（1）兩邊同乘預應力鋼絞線的有效面積，并對兩邊同時取對數(shù)，則可得下式：

令y=-ln（P2/P1），對不同的管道進行測量，則可得下式：

由于測試必然存在系統(tǒng)誤差，等號右邊必不為0，假設該系統(tǒng)誤差為△Fi，可令式（3）為：

測試的第三跨首批張拉預應力管道數(shù)目為2 根，代入實測測試值主動端P1、被動端P2以及xi、θi，解式（6）與式（7）聯(lián)立的方程組，即可求得實測的偏差影響系數(shù)k 值及管道摩擦系數(shù)μ 值。

管道摩阻測試采用分級加載，根據實際施工張拉控制程序進行，從0→10%σcon→20%σcon→50%σcon→σcon，分4 級讀取測試值，T1 管道、T2 管道分左、右腹板各測試2 次。

經分級測試后，第三跨T1、T2 束張拉過程10%σcon、20%σcon、50%σcon、100%σcon四個張拉階段主、被動端荷載值進行統(tǒng)計，每個管道分別測試兩次，相應二元線性回歸方程函數(shù)見圖1～圖4[4]。

圖1 T1 管道第一次分級張拉回歸方程

圖2 T1 管道第二次分級張拉回歸方程

圖3 T2 管道第一次分級張拉回歸方程

圖4 T2 管道第一次分級張拉回歸方程

二元線性回歸方程實測回歸系數(shù)統(tǒng)計見表1。代入式（6）及式（7）進行聯(lián)立求解，可得偏差影響系數(shù)k 值及管道摩擦系數(shù)μ 值實測值，解方程組得k=0.002 1，μ=0.18。

表1 管道摩阻測試計算參數(shù)統(tǒng)計

分析T1、T2 管道兩次張拉測試結果及μ、k 實測值，實測摩擦影響系數(shù)μ=0.18 相比原設計μ=0.25較小，偏差影響系數(shù)k=0.021 相比原設計k=0.001 5較大。主要是由于本次測試的預應力筋管道曲線包角較小，管道總體較順直，管道彎曲造成的摩阻預應力損失值較小。但由于預應力管道長度60 m 相對較長，管道線形控制難度大，偏差影響系數(shù)略大于規(guī)范值。預應力摩阻損失總體控制較好，基本與設計值相吻合。

《混規(guī)》（JTG 3362-2018）6.2.2 條可根據μ、k 實測值計算實際管道摩阻預應力損失，計算式為：

經計算，T1 及T2 管道摩阻引起的應力損失以及整束拉力值損失見表2，損失值分別為張拉控制應力σcon的1.8%和1.7%。

表2 管道摩阻預應力損失σl1 實測值與設計值比對

3.4 錨具回縮、變形預應力損失σl2

錨口回縮、變形造成的摩阻力損失通過制作順直光滑PVC 管道試件消除管道摩阻損失的影響后，對該試件采用設計張拉應力進行張拉，張拉過程中采用與管道摩阻損失相同方法進行應力損失的測試。本項目采用15 孔錨具型號為GQ15-15Y，錨板尺寸為φ175×65 mm，配套限位板的限位高度為11.0 mm。錨口回縮預應力損失實測值（單端張拉）及與設計值比對見表3。

表3 錨口預應力損失σl2 實測值與設計值比對

3.5 混凝土彈性壓縮預應力損失σl4

混凝土彈性壓縮引起的預應力損失，按下式計算：

式中：△σpc——在預應力鋼筋重心計算截面處，由后張拉預應力束T2 對先張拉T1 束產生的混凝土法向應力，實測法向應力增加0.62 MPa；

αEP——預應力鋼筋彈性模量（1.95×105MPa），與混凝土彈性模量（C50：3.45×104MPa）的比值。

經計算，混凝土彈性壓縮引起的預應力損失值見表4。

表4 混凝土彈性收縮預應力損失σl4 實測值

4 預應力張拉控制結果驗證

根據上述實測數(shù)據進行預應力損失計算[5]，可得出T1 束累計預應力損失σl1+σl2+σl4占總張拉控制應力1.8%+0.25%+0.28%=2.3%，T2 束累計預應力損失σl1+σl2占總張拉控制應力1.7%+0.23%=1.9%。為補償預應力張拉過程損失，同時便于施工過程控制，統(tǒng)一對T1、T2 束進行2%的超張拉，扣除實測錨具回縮量5 mm，并考慮設計彈模Eg=1.95×105Mpa 與實測彈模Eg=1.89x105Mpa 的影響，進行實際伸長量的修正[6]，最終實測伸長量數(shù)據如表5。

表5 實際伸長量與設計伸長量比對

5 結論

（1） 本文根據預應力損失實測值σl1、σl2、σl4與設計值之間的偏差，得出結論：T1 束張拉預應力相比設計值多損失2.3%，T2 束張拉預應力相比設計值多損失1.9%。根據比對結果，對T1 束、T2 束進行2%超張拉，T1 束、T2 束伸長量在超張拉后與設計值更吻合，證明本文試驗方法能合理且有效的減少張拉施工預應力損失。

（2） 后張法預應力施加前，有試驗條件的應參考現(xiàn)場試驗結果，重新計算張拉過程預應力損失實測值σl1、σl2、σl4，并根據實測結果調整各預應力束張拉控制力。

（3） 根據理論計算，箱外體內預應力束施工后將增加梁底壓應力儲備0.9 MPa，根據施工后實測新增壓應力值，新增梁底壓應力均值0.92 MPa，本次箱外體內預應力束施工基本達到了設計要求。第三跨跨中梁底新增壓應力統(tǒng)計見表6。

表6 第三跨跨中梁底新增壓應力統(tǒng)計