結構錨下預應力檢測的應用與分析

王樂，耿棟，蔣鵬

（安徽省公路工程檢測中心橋梁與隧道工程檢測安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230051）

0 引言

預應力作為PC結構主要的抗力體系，其張拉施工質量的優劣對結構錨下有效預應力大小具有重要影響，直接關系到橋梁變形與開裂，進而影響橋梁的承載能力、耐久性。實際張拉施工時按照張拉力和伸長量進行雙控，可在錨固的瞬時達到設計值，但因錨具回縮、摩阻力等損失可能低于預應力有效力值。工程界主要有“等效質量法檢測”和“復張法”等兩種錨下預應力檢測方法，前者通過錨頭區（錨具、錨板后孔道及兩者的接觸面構成）受激振后在不同預應力下的振動頻率-加速度曲線不同而推算整孔的總預應力值；后者則基于“復張法”（也叫反拉法、二次張拉法）檢測時的荷載-位移曲線（F-S曲線）拐點來實現對錨下預應力的準確檢測，該方法具有應用范圍廣、可靠性強、操作便捷等優點，在工程中大量應用。

1 復張法檢測原理

1.1 工作原理

復張法檢測是通過程控千斤頂對已張拉完但未切割的鋼絞線進行二次張拉，建立張拉力-伸長量曲線（F-S曲線）。其主要設備包括限位板、工作錨夾片、千斤頂（一般帶測力和位移的傳感器）等，如圖1。通過分析F-S曲線斜率變化過程，基于曲線拐點確定有效應力點，實現對梁體錨下有效應力的快速檢測。

圖1 復張法工作原理

一般張拉力智能機檢測儀在夾片松動的一瞬間能回油退頂，因此夾片位移很小，即再次錨固。復張法檢測對錨固體系損傷小，操作簡便高效。

1.2 有效預應力值

復張法在對鋼絞線進行二次張拉時，鋼絞線被外部的工作錨夾片分為內、外兩個部分，受力情況如圖2所示。圖中F為梁內鋼絞線的應力，該應力通過工具錨傳遞給整個預應力構件；F為梁外鋼絞線的應力值。鋼絞線錨固后，F≤F，F=0。通過千斤頂對梁體外部的鋼絞線施加張拉力，使得F緩慢增大至F，即測得梁內鋼絞線預應力值。在復張過程中，軟件繪制F-S曲線并監測曲線斜率的變化，當出現拐點時，即F=F，停止張拉。

圖2 復張法檢測受力簡圖

考慮到拐點法沒有考慮錨口摩阻損失導致測值偏大，與實際不符，且在復張檢測時因二次張拉導致夾片滑移（一般約0.3～1mm）產生的預應力損失σ，因此有必要對測值進行修正：

式中：E為鋼絞線彈性模量，Δl為夾片復張產生的滑移，L為預應力筋復張影響長度。

結合F-S曲線及F-t、S-t曲線，一般可通過在拐點B’減去按上式計算的損失值記為修正后的有效預應力值，兩者的測試曲線比較如圖3所示。

圖3 復張法有效預應力曲線

結合有關資料及筆者經驗來看，因不同廠家的夾片的硬度及結構略有差異而使得測試時滑移量不同，為方便起見考慮0.5mm的滑移量，本文測試結果均考慮了0.5mm的夾片滑移，且試驗精度滿足要求。

2 錨下預應力檢測要點與異常數據分析

2.1 檢測要點

在檢測工作過程中，應進行檢測作業前調查（梁體外觀狀況、預應力筋穿束情況、錨固端部傾角情況、錨墊板外觀狀況、夾片齒痕整齊度及夾片外露量）、張拉技術資料研讀（鋼絞線、夾片與錨具硬度、張拉設備標定證書、張拉伸長量記錄、伸長量計算書以及相關的設計圖紙），此外在復張檢測過程中應注意以下幾點：

①復張法檢測應在預應力筋已張拉、未壓漿、鋼絞線未切割且自由端外露長度不少于300mm，最好在完成張拉以后的24h之內進行；

②預應力檢測系統的測力傳感器最大量程應嚴格控制在待測錨下部分有效預應力相對反拉力數值的1.2倍至1.5倍以內，且測試結果的精度應達到滿量程條件的1%以上；位移傳感器的量程應處 在 0～50mm，精 度 滿 足 0.02～0.05mm的要求，且傳感器的響應速度都應和采集設備良好適應；

③復張時千斤頂應慢速均勻供油，并與設備采樣頻率相匹配，保證采樣點總數滿足要求，以免采樣點過于離散而無法確定F-S曲線拐點。

2.2 錨下有效預應力標準值

錨下有效預應力標準值為扣除摩阻損失及錨夾具回縮損失后的有效預應力，考慮到對預制梁而言，其摩阻損失較小，故可按下式計算錨下有效預應力：

F=F-F-F

式中F為錨下有效預應力，F為張拉控制應力（一般按0.7f或0.75f張拉），F為摩阻損失，F為錨夾具回縮損失。

根據《公路橋涵施工技術規范》的規定，后張PC構件的摩阻損失可按5%的張拉控制力考慮，錨夾具回縮按5mm考慮，并結合安徽省公路水運工程預應力張拉有效應力檢測指南的要求，后張PC構件的錨下有效預應力標準值一般不低于168kN。

2.3 異常數據分析

錨下預應力檢測一般通過實測力值及不均勻度來評價張拉質量，即單根力值(及其合格率)、整束及全斷面平均力值、同束及同斷面不均勻度等指標。在實際檢測過程中出現數據異常，對應的原因如下：

某30m小箱梁錨下有效預應力檢測結果

①單根力值和同束不均勻度均超限值，其他指標滿足要求：因張拉施工時束不規范，或裝配工具夾片時，夾片松緊不一。

②力值偏小且超限但不均勻度指標滿足要求，即力值整體偏小：因張拉控制力未考慮錨圈口摩阻損失；限位板與錨具不匹配而致回縮損失過大；張拉設備力值輸出不準確，重復性差；工作錨夾具的錨具硬度不足。

③整束力值和全斷面不均勻度均不符合要求：一般是張拉設備力值輸出不穩定，需要送檢校準；限位板不匹配；錨夾具質量不符合要求。實際上，張拉施工質量受到的影響因素較多，還應結合混凝土施工質量、錨下鋼筋網配置及模板安裝質量等前期施工因素，需綜合分析做出準確的分析和判斷。

3 現場檢測應用

在某預制梁場30m預制箱梁的某2束預應力筋檢測為例，闡述通過對實體檢測結果的分析及數據解釋等提出施工建議，以指導施工、規范施工質量。

根據上表可知，該梁N3右及N5右兩束的有效預應力力值均略大于標準值168kN,且不均勻度在±5%范圍內，表明該梁張拉施工良好?，F場檢測時根據實測力值及不均勻度來判定預應力張拉效果，若測值偏小，則考慮在檢測完后進行一定的補拉；若同束不均勻度偏大，表明梳編穿束質量較差，線束可能存在纏繞，應改進施工工藝。

圖4 某30m箱梁預應力檢測

4 結語

錨下有效預應力檢測作為掌握PC結構預應力施工質量的關鍵手段，采用復張法檢測是可行的、可信的，對檢測施工質量、指導施工具有重要意義，但存在當前錨下有效預應力檢測項目未大范圍推廣、檢測頻率偏低、檢測節點緊跟施工而影響下道工序等不足，應在一定程度上加以重視，且施工質量控制標準和措施有待進一步細化（如考慮施工工序、布束形狀、有無連接器等），需學術界和工程界共同努力來提高相關技術應用水平。