探討橋梁有效預應力的控制措施

高吉才

（徐州市交通規劃設計研究院,江蘇徐州221006）

0 引言

預應力混凝土充分發揮了高標號混凝土的抗壓性能和高強度鋼絞線的抗拉性能，以其良好的受力特性而在橋梁工程中得到廣泛應用。在預應力混凝土結構中，預應力筋的張拉應力控制，直接影響到預應力的效果。結構中有效預應力值距設計值過大或過小對結構的受力狀態和使用安全都是不利的。預應力張拉工藝質量控制的好壞，是能否建立準確的、符合設計要求的有效預應力值的關鍵。

1 張拉機具設備選擇

預應力張拉，一般都采用液壓拉伸機，以高壓油泵為驅動力的液壓千斤頂，完成對預應力束的張拉、錨固和千斤頂的回程動作。千斤頂有單作用、雙作用、三作用和連續頂推千斤頂。表1、表2列出常用的OVM體系YCW系列和YC系列單作用穿心千斤頂的規格和性能。

表1 YC系列千斤頂技術性能表

張拉機具設備及儀表應妥善管理和維護，千斤頂與壓力表應經當地技術監督部門配套校驗，確定張拉力與油壓表之間的關系曲線。壓力表的最小刻劃精度應在1 MPa以內，否則易造成張拉應力控制不準確。對長期不用的張拉千斤頂，應在使用前全面校驗。使用期間出現下列情況亦應校正千斤頂：（1）當千斤頂使用超過6個月或200次以后；（2）千斤頂發生故障修理后；（3）調換壓力表；（4）儀表受到碰撞或出現不正常現象。

2 張拉前的準備工作

（1）對施工人員進行技術交底，掌握張拉程序和操作控制要點；

（2）對后張法構件，同條件養生試件混凝土強度及彈性模量達到設計要求；

（3）預應力材料及錨具經有資質的檢測機構檢驗合格；

（4）現場采取必要的安全防范措施。

3 張拉力與張拉程序

3.1 張拉控制應力

《公路橋涵施工技術規范》[1]中σcon為張拉時的控制應力值，理論上應與設計規范中預應力鋼筋錨下的張拉控制應力相吻合，包括各項預應力損失值，對后張法構件系指梁體內錨下鋼筋應力（張拉而未錨固時）。

按照設計規范[2]，預應力鋼筋的張拉控制應力值σcon應符合下述規定：

（1）鋼絲、鋼絞線 σcon≤0.75fpk。

（2）精軋螺紋鋼筋 σcon≤0.90fpk。

其中，fpk為預應力鋼筋抗拉強度標準值。先張法和后張法構件在進行超張拉或計入錨圈口摩擦損失等任何情況下，鋼筋中最大控制應力（千斤頂油泵上反映的數值）對鋼絲和鋼絞線不應超過0.8fpk，對精軋螺紋鋼筋不應超過0.95fpk。

3.2 張拉程序

從上世紀90年代初開始，我國廣泛應用夾片式錨具的預應力錨固體系。這類錨具在張拉千斤頂回油放松力筋時，由于限位板的作用夾片會同時回縮而形成良好的自錨性能。對目前普遍使用的高強度、低松弛預應力鋼絞線，一般不需采用超張拉工藝。預應力筋張拉時，應先調整到初應力σ0，該值宜為張拉控制應力σcon的10%～15%。

表2 YCW系列A型千斤頂技術性能表

3.2.1先張法

可采用穿心式千斤頂單根張拉或大噸位千斤頂與活動橫梁組合同時張拉多根預應力筋兩種方法。后一種方法應調整多根力筋初應力至基本一致，張拉過程中應使活動橫梁與固定橫梁始終保持平行，并抽查力筋的預應力值，其偏差絕對值不得超過按一個構件全部力筋預應力總值的5%。張拉程序為[1]：

夾片式錨具低松弛鋼絞線：0→初應力→σcon（持荷2 min錨固）

鋼筋：0→初應力→1.05σcon（持荷 2 min）→0.9σcon→σcon（錨固）

3.2.2后張法

預應力筋張拉順序應符合設計要求，設計無規定時，可采取分批、分階段對稱張拉，以保證張拉的合力作用線處在構件核心截面以內，防止構件截面產生過大的偏心受壓和邊緣拉力。曲線預應力筋或長度大于等于25 m的直線預應力筋與孔道壁的摩阻力較大，宜兩端張拉。否則，一端錨固、另一端張拉會使摩阻力集中在一端的錨夾具和千斤頂上，使實際預應力可能達不到要求。對長度小于25 m的直線預應力鋼絞線或直線精軋螺紋鋼筋可在一端張拉。

后張法張拉程序為[1]：

夾片式錨具低松弛鋼絞線：0→初應力→σcon（持荷2 min錨固）

鋼筋、鋼筋束：0→初應力→1.05σcon（持荷2 min）→σcon（錨固）

4 預應力筋張拉理論伸長值的計算與取值

預應力筋的理論伸長值△L（mm）計算公式為：L=（PPL）/（APEP）

其中，預應力筋的平均張拉力 PP=P（1-e-(kx+uθ））/（kx+uθ）

式中：L——預應力筋的長度，mm；

AP——預應力筋的截面面積，mm2；

EP——預應力筋的彈性模量，MPa；

P——預應力筋張拉端的拉力，N；

x——從張拉端至計算截面的孔道長度，可近似取該段管道在構件縱軸上的投影長度；

θ——從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，rad；

k——孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數，1/m；

u——預應力筋與孔道壁之間的摩擦系數。

（1）從上式中可看出，彈性模量EP的取值是否準確對理論伸長值的計算影響較大。由于目前生產廠家供應的預應力筋存在彈性模量偏差較大的現象，這就要求材質的均勻性應得到保證。按江蘇省高速公路建設管理部門編制的《工程施工質量檢驗標準》，鋼絞線彈性模量為（195±10）GPa，即使符合要求的材料彈性模量偏差也可能達到5%，例如，某橋進場的兩批鋼絞線經檢驗，彈性模量分別為195 GPa和203 GPa。因此，對材料的彈性模量值應通過試驗測定，將實測值代入計算，方可使結果相對準確。

（2）對后張法構件摩擦系數u值與材料類型、特征、孔道成型情況都有很大關系。設計規范中給出了用于預應力損失估算的參考u值，為獲得比較準確的摩擦系數值，施工規范[1]指出最好對孔道摩阻進行現場測試，并提供了孔道摩阻損失的測定方法。實際上，對于夾片式錨具根據此方法測定的摩阻損失σL1=σcon[1-e-（kx+uθ）]，便可計算出實際的（uθ+kx）值，以此值代入伸長值計算公式較為可靠。

（3）理論伸長值計算時，對預應力鋼筋的長度L取值除錨固點之間的距離外，應加上伸入千斤頂缸體內的錨固長度，因為張拉時千斤頂外伸，前錨工具夾片之間的鋼絞線都被張拉伸長，并反映到油缸行程中（實測伸長值），對于短束影響較大。

（4）目前張拉千斤頂較多采用限位器控制構件工作夾片行進，使錨固時的錨具回縮值在6 mm左右，設計計算預應力損失時已計入該項數值。由于張拉力P值對應張拉時的控制應力σcon，此時錨具并未回縮，處于持荷狀態，因此理論伸長值△L與回縮值無關。這一點對于實測伸長值校核同樣如此。

5 預應力筋實測伸長值及校核

（1）預應力筋從調整到初應力后再正式分級張拉，實際伸長值也從初應力時開始量測，總伸長值除量測的數值外，還應加上初應力以下的推算值，以與理論伸長值對應。由于最初張拉時各根（束）預應力筋的松緊、彎直程度不一致，因此，初應力以下的伸長值不宜采用量測方法，而采用相鄰級的伸長值進行推算。如，初應力為10%σcon時，其伸長值可采用由10%張拉到20%的伸長值。

（2）當預應力筋伸長值超過千斤頂張拉行程時，應采用分級張拉（倒頂）。倒頂時要注意兩點：a.倒頂時的分級張拉力應控制其伸長值在千斤頂張拉行程以內，對壓力表刻劃精度為1 MPa的，分級應力百分比不必是整數，而最好采用對應壓力表上某一刻劃線的應力值，這樣在倒頂時便于準確控制，減小實測伸長值累計誤差；b.張拉到達分級應力時，千斤頂回油錨固，由于夾片回縮，預應力值降低。開始下一級張拉時，先張拉到σk對應的油表值，此時量測的伸長值應作為減數計入總累計伸長值。

（3）目前，預應力筋張拉采用應力控制、伸長值校核，即“雙控”。實測伸長值與理論伸長值的差值應符合設計要求，設計未規定的，按6%以內控制。在工程實踐中，預應力筋的實際伸長值與計算值之間難免會存在一定的誤差，這是由于：a.預應力筋實際彈性模量與計算取值不一致，即使采取抽樣檢驗，其數值也會有偏差；b.千斤頂輸出力不準確，尤其是使用一段時期而尚未重新校驗，或千斤頂張拉力與油表值對應曲線內差存在誤差；c.由于施工因素的影響，各個構件孔道摩阻損失存在差異；d.預應力筋的截面面積存在偏差，廠家為保證強度滿足要求，力筋的面積普遍偏大一些。施工中當伸長值偏差較大時，應暫停張拉，查明原因并采取調整措施。因此，伸長值的校核可以綜合反映張拉力是否足夠，孔道摩阻是否偏差較大，以及預應力筋是否存在異常現象等。

6 其它注意事項

（1）先張法預應力放張。先張法構件放張的原則，就是要防止在放張過程中構件發生翹曲、裂紋及預應力筋斷折現象。放張時混凝土強度及放張順序應符合設計要求，設計未明確時混凝土強度應達75%以上，應分級、對稱交錯放張，保持預應力筋放松速度均勻、漸變。對先張法預應力空心板梁，嚴禁驟然放松，否則易造成板梁迅速滑動，同時由于預加力沖擊影響，板梁驟然起拱、翹曲，產生板端底部混凝土磕裂，甚至頂板出現拉裂，對斜交角度較大的板梁危害更加明顯。

（2）后張法預應力孔道壓漿。后張孔道壓漿的目的，主要是防止預應力筋銹蝕，并使凝結后的水泥提供有效的粘結力來傳遞預應力。孔道壓漿越早越好，以防止力筋銹蝕及松弛。施工中要使純水泥漿滿足高強度指標是比較困難的，而且實際梁體受力后，水泥漿撓曲粘結應力也很低。但也要具備一定的粘結強度和剪切強度。根據國際預應力協會（FIP）建議，壓漿強度也不應低于30 MPa。要求壓入孔道內的水泥漿在結硬后應有可靠的密實性，充滿整個管道，這是最重要的，因此，對壓漿工藝應予高度重視，以保證水泥漿的密實度，從而提高結構的耐久性。

[1]JTJ041-2000，公路橋涵施工技術規范[S].

[2]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].