城市橋梁建設中的錨下有效預應力檢測技術

摘要：本文以?？陂L天路南延線二標橋梁預應力施工項目為例，介紹了城市橋梁錨下有效預應力檢測技術。該技術主要通過在錨下安裝傳感器，實時監測預應力筋的受力情況，及時發現并解決潛在的安全隱患，避免因預應力筋應力控制不當導致橋梁結構的破壞，確保城市橋梁建設的質量和安全性。結論表明：通過錨下有效預應力檢測技術，對比設計、實際數據，為預應力的檢測提供了數據支持，有利于橋梁的維護和修復，從而降低維護成本。

關鍵詞：橋梁建設；錨下有效預應力；預應力損失；錨具變形

中圖分類號：U446.3" "文獻標識碼：A" "文章編號：２０９６-2118（2024）04-0111-05

Detection Technology of Effective Prestress under Anchorin in Urban Bridge Construction

ZHANG Biao，WANG Haibo

（China Communications Construction Group Co.，Ltd.，Beijing 100010，China）

Abstract：Taking the prestressed construction project of the second standard bridge on the south extension line of Changtian Road in Haikou as an example，this paper introduces the detection technology of effective prestress under anchor of urban bridge.The technology mainly through the installation of sensors under the anchor，real-time monitoring of the stress of the prestressed tendons，timely detection and solution of potential safety hazards，to avoid the damage of the bridge structure due to improper stress control of the prestressed tendons，to ensure the quality and safety of urban bridge construction.The conclusion shows that the test technology of effective prestress under anchor，comparing the design and actual data，provides data support for the test of prestress，which is conducive to the maintenance and repair of the bridge，and thus reduces the maintenance cost.

Keywords：bridge construction；effective prestress under anchor；prestress loss；anchorage deformation

0 引言

預應力鋼束是預應力橋梁構架的重要組成部分，對其性能進行有效檢測和評估非常重要。預應力損失可能會導致橋梁的形狀發生變化，比如拱起或下沉，不僅會影響橋梁的結構安全性，還會影響其使用年限。因此，對鋼束的有效預應力進行評估，對于保證橋梁的安全性和穩定性具有重要影響[1]。在預應力鋼束的檢測方面，可以通過鋼束的張拉力測試和監測，了解預應力鋼束的實際預應力水平，以確保其符合設計要求。此外，實時監測預應力鋼束的使用情況也非常重要，可以及時發現并解決潛在問題[2]。在評估預應力鋼束的性能時，還需要考慮預應力的損失，預應力損失會給橋梁的形狀、結構以及使用壽命造成不同程度的影響。通常情況下，預應力損失包括鋼絞線的松弛、錨具變形、混凝土收縮和徐變等。上述損失會隨著橋梁使用年限的增加，降低其自身的預應力效果，導致橋梁結構損壞。因此，為了保證橋梁的安全與可靠，需要對橋梁預應力進行準確計算，該計算方法可通過對預應力的檢測、評估等方式實現。但是，在計算過程中，需要考慮各種因素，如鋼絞線的類型、規格、松弛率，錨具的型號和變形量，混凝土的種類和齡期等[3]。

1 預應力橋梁設計概況

項目主要工程為椰海大道跨線橋工程及長天路南延長線新建工程（其地理位置見圖1），其中椰海大道跨線橋工程（ZBK0+000～ZBK0+801.253），路線長約801.253 m，采用雙向4車道跨線橋，橋梁長329 m，擋墻長202.25 m；長天路南延長線新建工程（ZBK0+801.253～ZBK3+200），北起椰海大道跨線橋，南至長天互通立交，路線長約2 398.75 m，采用雙向6車道設計，標準路段設計速度60 km/h。工程建設內容包括道路工程、橋梁工程、涵洞工程、給排水工程、電力通信工程、交通工程、綠化工程、照明工程等。工程造價2.03億元，合同工期570日歷天。本項目預應力梁設計參數見表1。椰海大道跨線橋效果圖見圖2。長天路南延長線現場施工示意圖見圖3。

2 技術原理及預應力損失

錨下有效預應力檢測技術在城市橋梁建設中具有重要作用，通過及時了解和控制預應力張拉工程的施工質量，可以確保橋梁的結構安全性和可靠性。在張拉錨固后的24 h之內進行及時的檢測可以有效保證檢測結果的準確性和可靠性，可以及時發現和解決可能存在的預應力損失問題，從而確保橋梁的使用年限和結構完整性。采用二次張拉的檢測方法可以更準確地評估錨下有效預應力的大小和控制精度要求（見表2）。有必要對不合格的鋼絞筋進行處理，可通過重新張拉或補張拉來確保預應力鋼束的實際預應力水平符合設計要求，對于后續預應力張拉的順利開展具有現實意義。預應力張拉示意圖見圖4。

2.1 技術原理

錨下有效預應力檢測的原理主要是通過測量錨桿或錨繩的應變來判斷其預應力的大小。在錨中施加一定的恒定荷載后，通過測量錨桿或錨繩的伸長量，可以計算出其應力變化。根據鋼材的應力-應變關系，可以推算出錨桿或錨繩的預應力大小。

2.2 預應力損失

在對城市橋梁的預應力施工過程中，隨著張拉的逐步增加，會使張拉錨具發生變形，鋼筋的硬度也會隨之下降，導致預應力發生損耗，該損耗用σL1來表示。無論采用何種錨具和夾具，當張拉力逐步增大時，鋼筋的力度會增加到一定程度，此時部分張拉設備會減掉一部分預應力。當預應力鋼筋出現回彈時，也會降低鋼筋的張弛度。需要注意的是，這些行為已經不是最初的預應力筋所能承受的。因此，在預應力施工過程中需要注意預應力鋼筋的緊張狀態，并及時采取措施來修正和補償預應力的損耗，損耗計算公式如下：

σL■=■E■（1）

式（1）中：a為內縮值，mm，按照表3選用；ES為預應力鋼筋的彈性模量，N/mm2。

在土木工程和橋梁結構中，預應力的損失值通常會根據不同錨具編號（如圖5所示）、鋼絞線的使用環境、特點、施工工藝進行計算，所得出的各項數據均會對預應力損失產生一定的影響。這是因為不同類型的錨具會出現不同程度的預應力損失，因此在實際施工中需要根據具體情況選擇適當的錨具類型和鋼絞線，并進行合理的設計和施工操作，降低預應力發生損失的概率，確保鋼筋結構的穩定性。預應力損失值的計算公式如下：

σL■=2σ■L■■1-■（2）

反向摩擦影響長度Lf計算公式如下：

L■=■（3）

式（2）～式（3）中：c為原弧形曲線預應力鋼筋的曲率半徑，mm；μ為預應力鋼筋與孔道壁之間的摩擦系數，按照表4采用；x為張拉端至計算截面的距離，m；k為考慮孔道每米長度局部偏差的摩擦系數。

在預應力混凝土橋梁的張拉過程中，鋼筋會經歷膨脹，導致其硬度下降，這可能會引發預應力的損失，這一預應力損失的發生與錨具的摩擦力具有緊密的關聯性，在張拉過程中，當鋼筋被拉伸，其直徑會略微增大，導致與錨具之間的摩擦力減小，使得預應力筋在張拉完成后的一段時間內的彈性有所降低，進而造成預應力損失。

3 常用的檢測方法

3.1 等效質量法

錨下有效預應力檢測技術中的等效質量法是一種通過模擬錨具和預應力筋共同作用來檢測預應力狀態的方法。具體操作步驟如下：首先，在反拉法檢測設備上安裝與錨下有效預應力檢測試件等效的質量塊；其次，通過反拉加載設備對試件進行反拉，直至錨下有效預應力達到預設值，反拉過程中確保預應力值不變，卸載后對錨下有效預應力檢測試件的應變進行檢測；最后，根據應變的檢測結果，通過相應的公式計算出錨下有效預應力。以上步驟充分考慮了錨具的變形和預應力的損失，能夠更準確地反映實際工程中預應力的狀態。

3.2 反拉法

反拉法是一種通過施加反向的荷載來檢驗預應力筋反拉過程中的反拉力和伸長量，從而求解錨下預應力的方法。在這一方法下，可以將預應力筋比作一個彈性體，通過采取針對性的方法反推得出錨下預應力。當前，反拉法在實際工程中被廣泛應用，雖然其實驗和計算過程相對復雜，但可以提供比較精確的錨下預應力值。這種方法通常需要使用專業的實驗設備和技術，比如反拉計、千分表等，以監測預應力筋的反拉力和伸長量。通過這些數據，可以運用特定的公式和分析方法來計算錨下的預應力值。

3.3 粘貼應變片法

對于大型的橋梁建設過程中預應力的測量，如果直接采用應變片的方法進行測量是不可取的。為了解決此問題，研究者們嘗試了改良應變片并制作出了附著式應變片，以克服傳統測試方法的一些缺陷。盡管如此，附著式應變片仍然存在不足之處。比如，當鋼管斷面較小時，所測得的應變值會變小，這可能是因為在較小的鋼管斷面上，鋼絞線的形變可能不完全傳遞到應變片上，導致測量結果偏小，不同位置處的連接會出現一定的誤差，這也是造成應變值產生偏差的一個重要因素。此外，如果焊接方式不當，可能對鋼絞線的質量造成影響，進而加速其磨損程度，這是因為在制作附著式應變片時，需要將鋼管和鋼絞線焊接在一起，焊接過程中可能會對鋼絞線造成一定的損害。因此，在實際應用中，為了解決以上問題，需要采用更先進的測量技術和方法。一種常用的方法是在預應力鋼絞線上安裝光纖傳感器或壓電傳感器，利用其測量力學性能的特性來進行預應力測量，這些傳感器可以直接測量鋼絞線的應變情況，避免了傳統應變片的問題。

3.4 鋼弦式應變測量傳感器法

鋼弦應變計在環境影響下可能會出現形狀扭曲或嚴重變形的情況，導致自振頻率產生明顯的變化，這可能對測量結果產生不利影響。因此，在進行鋼絞線預應力測量時，需要充分考慮環境因素對測量結果的影響。光纖傳感器或壓電傳感器等先進技術可以用于測量預應力，這些傳感器可以提供更準確和可靠的測量結果。這些先進的技術在某些情況下確實具有更好的性能，但它們可能也更加復雜和昂貴。因此，在選擇測量方法和設備時，需要考慮項目的具體需求和預算。在本工程項目中，選擇科學合理的檢測方法至關重要。同時，施工過程中的監測與調整必不可少，以確保預應力的準確施加和控制。在脈沖作用下，傳感器會做微幅振動，軸向應力與自振頻率的關系公式如下。該公式可以用于描述傳感器在不同應力條件下的自振頻率變化，對于理解和分析測量結果具有重要意義。

F=■■（4）

式（4）中：F為鋼束的自身振動頻率，Hz；L為鋼弦支點之間的距離，m；σg鋼弦所承受的軸向應力，MPa；p為弦的質量密度，kg/m3。

為了確保檢測的準確性和可靠性，需要對錨下有效預應力進行精確測量和分析。需要采用高精度的測量設備和技術，并建立完善的數據采集和處理系統，以便對測量結果進行深入分析和解讀。

4 錨下有效預應力檢測

4.1 檢測方法選取

在城市橋梁建設中，錨下有效預應力的檢測是確保橋梁安全性和耐久性的重要環節。為了準確地檢測錨下有效預應力，需要選取適合的檢測方法。目前常用的檢測方法包括應力檢測法和應變檢測法。應力檢測法是通過測量預應力筋的應力來推算錨下有效預應力的方法，使用電阻應變片或鋼弦式應變計進行測量。該方法可以直接測量預應力筋的應力，精度較高，但需要在預應力筋上安裝測量儀器，可能會對預應力筋造成一定程度的干擾。應變檢測法是通過測量預應力筋的應變來推算錨下有效預應力的方法，通常使用千分表或百分表進行測量。該方法操作簡便，對預應力筋的干擾較小，但精度相對較低，且需要結合錨具和預應力筋的幾何尺寸進行計算。對于本工程項目，可以根據實際情況，選擇具體的檢測方法，如果需要高精度的測量結果，可以采用應力檢測法；如果對精度要求不高，可以采用應變檢測法。

4.2 檢測實驗數據

在錨下有效預應力檢測中，需要收集和處理大量的實驗數據，包括設計預應力損失和實測預應力損失等。這些數據可以通過應力檢測法和應變檢測法等檢測方法獲得。設計預應力損失是指在設計中考慮到的預應力損失值，通常根據經驗和規范進行計算。實測預應力損失是指實際測量得到的預應力損失值，可以通過相應的檢測方法獲得。通過對這些數據的分析，可以評估預應力損失的大小和分布情況，進而評估橋梁的安全性和耐久性。在處理實驗數據時，需要進行數據的清洗、整理和統計分析等操作。比如，可以采用統計分析方法分析預應力損失的分布規律和影響因素，從而為進一步優化設計和施工提供依據。

4.3 數據對比及評價

在進行錨下有效預應力檢測時，將設計數據與實際數據進行對比是評估預應力損失的重要步驟。通過對比，可以判斷預應力的實際效果是否達到設計要求，并評估預應力損失的大小和分布情況。

將設計預應力損失數據與實測預應力損失數據進行對比，分析兩者之間的差異。如果實測數據與設計數據基本一致，說明預應力的實際效果與設計預期相符，預應力損失較??；如果實測數據明顯小于設計數據，則說明預應力損失較大，可能存在安全隱患。根據對比結果對預應力損失進行評價。如果預應力損失較小，可以認為預應力系統有效，橋梁的安全性和耐久性能得到保障；如果預應力損失較大，則需要進行進一步的分析和處理。針對預應力損失較大的情況，可以采取相應的措施進行補救或優化。比如，可以調整張拉工藝、優化錨具設計或加強施工監測等。

5 結語

在?？陂L天路南延線二標項目中，工程團隊引入了先進的錨下有效預應力檢測技術，并成功地應用在實際施工中。這項技術的應用，為城市橋梁建設帶來了革命性的變化，為確保橋梁的安全性和穩定性提供了強有力的技術支持。通過錨下有效預應力檢測技術，工程團隊能夠實時、準確地監測預應力筋的受力情況。這不僅使施工過程更加科學、規范，而且為橋梁結構的安全性提供了可靠的保障。該技術能夠及時發現預應力筋的異常受力，從而預防潛在的結構問題，確保橋梁的長期穩定。更為重要的是，錨下有效預應力檢測技術所提供的精確數據，為城市橋梁建設的質量控制和安全性評估提供了重要的依據。綜上所述，錨下有效預應力檢測技術在?？陂L天路南延線二標項目中的應用，不僅提高了施工效率，確保了橋梁的安全性和穩定性，而且為城市橋梁建設的技術創新和質量提升樹立了典范。

參 考 文 獻

[1]吉延武.后張法預應力鋼絞線的張拉與孔道壓漿施工方法[J].交通世界（建養.機械），2012（4）：267-268.

[2]朱光業.后張法預應力鋼絞線張拉錨下應力的準確控制[J].科技信息，2011（1）：704-705.

[3]謝勁輝.橋梁預應力鋼絞線張拉實際伸長量測量方法討論[J].黑龍江交通科技，2009，32（12）：80-81.

編輯：楊 洋