后張法混凝土橋梁預應力施加質量檢測方法的研究

程建軍，梁龍龍

(1.石河子大學 水利建筑工程學院，新疆 石河子 832003;2.中鐵西北科學研究院有限公司，蘭州 730000)

預應力混凝土橋梁具有斷面尺寸小、梁體輕、抗裂性強、便于預制等優點，在高速公路建設中被廣泛使用。但在實際生產中，由于專業技術人員相對不足，以及各種施工管理、監督措施相對滯后與不完善，產生的預應力結構質量事故和質量隱患屢見不鮮。國內已多次發生梁片尚未出廠，梁底已發生破壞性開裂和斷裂的嚴重質量事故，安全質量隱患十分突出。

因此，為了及時發現預應力結構構件在施工中可能存在的上述質量隱患，有必要研究開發一種檢測技術對預應力工序的施加效果進行質量檢測和評價，從而避免人為管理和監督的不足。同時通過檢測發現問題并采取措施進行補救，用以消除質量隱患。本文通過現場試驗，提出的預應力施加質量檢測技術，對于提高國內預應力橋梁的施工技術水平和施工質量具有重要的意義。

1 試驗研究內容與原理

1.1 試驗內容

為了研究檢測后張法混凝土橋梁預應力狀態和總結檢測技術，2008年4月8～11日對永武高速公路東池大橋左線15—4#T形預應力梁進行了試驗。

東池大橋左線15—4#T形梁為3月20日澆筑完成的30 m長預應力梁。試驗預應力筋N1為φ15.2—8曲線布筋，試驗張拉控制力為1 000 kN，試驗過程中采用單端張拉。

本試驗主要內容有鎖定錨固損失測定試驗、錨下預應力檢測試驗、錨下預應力檢測錨固損失試驗。試驗可以通過兩個具體的試驗完成，分別為:鎖定錨固損失的測定試驗、錨下預應力檢測(包括錨下預應力檢測錨固損失)的試驗。

1.2 鎖定錨固損失測定試驗布置

鎖定錨固損失，即錨索在張拉到鎖定荷載后卸載，卸載前后錨下預應力差值。本試驗布置如圖1所示，通過在梁一端工作錨具前后安裝測力計，一端張拉，試驗過程中量測記錄卸載前后測力計5，10的差值。

圖1 鎖定錨固損失測定試驗布置

1.3 錨下預應力檢測(包括鎖定錨下預應力檢測錨固損失)的試驗原理

根據預應力橋梁梁體的施工階段，將預應力橋梁梁體施工分為三個階段(圖2)。

本次試驗針對第二階段的預應力筋張拉鎖定后，檢測其錨下預應力值。試驗的原理是對于已經鎖定未注漿的錨索再次張拉，當檢測張拉力達到平衡錨下真實預應力(啟動點A)、克服孔道反向摩阻、補償孔道反向摩阻影響段內正向摩阻后，使得錨索受力恢復到施工張拉鎖定前的受力狀態，即圖3所示檢測張拉松動點B狀態。檢測張拉力使得錨索恢復施工張拉鎖定前的受力狀態后，再張拉一段 BC，此時 BC的斜率和施工(或理論計算)P—S曲線斜率一致。依據該斜率尋找檢測張拉松動點B，進而計算錨下預應力標準值。

圖3所示為檢測張拉的P—S曲線，可將其分為如下三個階段:

1)當檢測張拉力 Pj小于 PA時，即 P—S曲線 OA段，SA表示檢測張拉系統受力變形;

2)當檢測張拉力Pj在 PA，PB之間時，即 P—S曲線AB段，SB-SA表示張拉力克服孔道與鋼鉸線之間反向摩阻時鋼鉸線的變形量(即鎖定錨固損失)。

3)當檢測張拉力Pj在 PB，PC之間時，即 P—S曲線BC段，SC-SB表示張拉力使得整體鋼鉸線變形的變化量。

OE段為施工張拉階段的P—S曲線。

根據圖3所示為檢測張拉的 P—S曲線，當檢測張拉力超過張拉松動點B后，檢測張拉的P—S曲線和實際施工張拉的P—S曲線斜率相等來尋找檢測張拉松動點B。方法為:BC段即檢測張拉力平衡錨下真實預應力，克服孔道反向摩阻，補償孔道反向摩阻影響段內正向摩阻后，整根錨索恢復到施工張拉時的變形狀態，所以和OE段斜率應當相等。根據上述條件在實際張拉過程中，加密鄰近AB段時的P—S曲線，利用施工張拉(理論計算)P—S曲線(直線)平移至檢測張拉P—S曲線C點，檢測張拉P—S曲線與該直線的交點即為B點，其對應的張拉力則為檢測張拉松動力PB。

確定檢測張拉松動點B后，可通過下式計算錨下預應力P，也等于檢測張拉啟動張拉力PA

其中，PA為檢測張拉啟動力;Pj為檢測張拉力;ΔPFM為孔道反向摩阻;PB為檢測張拉松動力;ΔPj-B為錨索變形Δ(Sj-SB)所對應的張拉力。

2 試驗及數據處理

2.1 錨下預應力檢測

東池大橋左線15—4#T形梁為3月20日澆筑完成的30 m長預應力梁。試驗預應力筋 N1為φs15.2—8曲線布筋。試驗張拉控制力為1 000 kN。試驗錨具采用梁場現場錨具(湖南衡陽產FYM系列錨具)及限位板(6 mm刻槽深)，試驗過程中采用單端張拉，力筋總回縮量取6.8 mm。根據現場試驗測得檢測張拉和單端施工張拉的 P—S曲線(圖4)，通過擬合P—S曲線尋找檢測張拉松動點B相應的張拉力和試驗得出的錨固損失，計算錨下預應力值P。

1)尋找檢測張拉松動點B的方法

BC段即檢測張拉力平衡錨下預應力，克服孔道反向摩阻，補償孔道反向摩阻影響段內正向摩阻后，整根錨索恢復到施工張拉時的變形狀態，所以和OE段斜率應當相等。根據上述條件在實際張拉過程中，加密鄰近AB段時的P—S曲線，利用施工張拉(理論計算)P—S曲線(直線)平移至檢測張拉P—S曲線C點，檢測張拉P—S曲線與該直線的交點即為B點，其對應的張拉動力PB即為檢測張拉松動力。

2)錨固損失的確定

本次試驗通過兩次單端張拉鎖定后確定了實際錨具的鎖定錨固損失值，如表1。

表1 實測錨固損失及理論計算損失比較

3)錨下預應力標準值PA計算

根據圖4和表2確定檢測張拉松動點B和鎖定錨固損失后，通過式(1)計算錨下預應力值P及檢測的誤差率。

檢測誤差計算如下:

圖4 錨下預應力檢測張拉與施工張拉P—S曲線

表2 錨下預應力檢測與施工張拉P—S曲線各特征點的相應值

2.2 錨下預應力檢測錨固損失試驗

當檢測張拉力拉到C點后，卸載使得限位板回頂工作夾片鎖定被檢測張拉力拉動的工作錨具。鎖定后檢測測力計值為849.22 kN。計算錨下預應力檢測錨固損失率 δJM為

2.3 試驗結論

通過本試驗錨下預應力檢測錨固損失率可以看出，通過該方法檢測后張法混凝土梁預應力施加質量誤差小，是可行、可靠的。

3 討論

在實際檢測過程中需要確定鎖定錨固損失值，可以根據《混凝土結構設計規范》(GB50010—2002)第6.2.3條，但是《混凝土結構設計規范》對于曲線力筋僅限于曲線段對應圓心角＜30°的情形，且分段計算公式中需用到力筋內部轉折點處的應力值，使得計算復雜。在批量較大的場合，或可用本文提供的方法確定錨下預應力值。

4 結語

通過本次2008年4月9，10日對永武高速公路東池大橋左線15—4#T形預應力梁進行了鎖定錨固損失測定試驗、錨下預應力檢測試驗、錨下預應力檢測錨固損失試驗;建立了檢測錨下預應力的方法和計算錨下預應力檢測標準值的方法，并為檢測預應力橋梁錨下預應力提供了一種方法。

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