后张法混凝土桥梁预应力施加质量检测方法的研究

2011-05-04程建军梁龙龙

铁道建筑 2011年5期

程建军，梁龙龙

(1.石河子大学水利建筑工程学院，新疆石河子 832003;2.中铁西北科学研究院有限公司，兰州 730000)

预应力混凝土桥梁具有断面尺寸小、梁体轻、抗裂性强、便于预制等优点，在高速公路建设中被广泛使用。但在实际生产中，由于专业技术人员相对不足，以及各种施工管理、监督措施相对滞后与不完善，产生的预应力结构质量事故和质量隐患屡见不鲜。国内已多次发生梁片尚未出厂，梁底已发生破坏性开裂和断裂的严重质量事故，安全质量隐患十分突出。

因此，为了及时发现预应力结构构件在施工中可能存在的上述质量隐患，有必要研究开发一种检测技术对预应力工序的施加效果进行质量检测和评价，从而避免人为管理和监督的不足。同时通过检测发现问题并采取措施进行补救，用以消除质量隐患。本文通过现场试验，提出的预应力施加质量检测技术，对于提高国内预应力桥梁的施工技术水平和施工质量具有重要的意义。

1 试验研究内容与原理

1.1 试验内容

为了研究检测后张法混凝土桥梁预应力状态和总结检测技术，2008年4月8～11日对永武高速公路东池大桥左线15—4#T形预应力梁进行了试验。

东池大桥左线15—4#T形梁为3月20日浇筑完成的30 m长预应力梁。试验预应力筋N1为φ15.2—8曲线布筋，试验张拉控制力为1 000 kN，试验过程中采用单端张拉。

本试验主要内容有锁定锚固损失测定试验、锚下预应力检测试验、锚下预应力检测锚固损失试验。试验可以通过两个具体的试验完成，分别为:锁定锚固损失的测定试验、锚下预应力检测(包括锚下预应力检测锚固损失)的试验。

1.2 锁定锚固损失测定试验布置

锁定锚固损失，即锚索在张拉到锁定荷载后卸载，卸载前后锚下预应力差值。本试验布置如图1所示，通过在梁一端工作锚具前后安装测力计，一端张拉，试验过程中量测记录卸载前后测力计5，10的差值。

图1 锁定锚固损失测定试验布置

1.3 锚下预应力检测(包括锁定锚下预应力检测锚固损失)的试验原理

根据预应力桥梁梁体的施工阶段，将预应力桥梁梁体施工分为三个阶段(图2)。

本次试验针对第二阶段的预应力筋张拉锁定后，检测其锚下预应力值。试验的原理是对于已经锁定未注浆的锚索再次张拉，当检测张拉力达到平衡锚下真实预应力(启动点A)、克服孔道反向摩阻、补偿孔道反向摩阻影响段内正向摩阻后，使得锚索受力恢复到施工张拉锁定前的受力状态，即图3所示检测张拉松动点B状态。检测张拉力使得锚索恢复施工张拉锁定前的受力状态后，再张拉一段 BC，此时 BC的斜率和施工(或理论计算)P—S曲线斜率一致。依据该斜率寻找检测张拉松动点B，进而计算锚下预应力标准值。

图3所示为检测张拉的P—S曲线，可将其分为如下三个阶段:

1)当检测张拉力 Pj小于 PA时，即 P—S曲线 OA段，SA表示检测张拉系统受力变形;

2)当检测张拉力Pj在 PA，PB之间时，即 P—S曲线AB段，SB-SA表示张拉力克服孔道与钢铰线之间反向摩阻时钢铰线的变形量(即锁定锚固损失)。

3)当检测张拉力Pj在 PB，PC之间时，即 P—S曲线BC段，SC-SB表示张拉力使得整体钢铰线变形的变化量。

OE段为施工张拉阶段的P—S曲线。

根据图3所示为检测张拉的 P—S曲线，当检测张拉力超过张拉松动点B后，检测张拉的P—S曲线和实际施工张拉的P—S曲线斜率相等来寻找检测张拉松动点B。方法为:BC段即检测张拉力平衡锚下真实预应力，克服孔道反向摩阻，补偿孔道反向摩阻影响段内正向摩阻后，整根锚索恢复到施工张拉时的变形状态，所以和OE段斜率应当相等。根据上述条件在实际张拉过程中，加密邻近AB段时的P—S曲线，利用施工张拉(理论计算)P—S曲线(直线)平移至检测张拉P—S曲线C点，检测张拉P—S曲线与该直线的交点即为B点，其对应的张拉力则为检测张拉松动力PB。

确定检测张拉松动点B后，可通过下式计算锚下预应力P，也等于检测张拉启动张拉力PA

其中，PA为检测张拉启动力;Pj为检测张拉力;ΔPFM为孔道反向摩阻;PB为检测张拉松动力;ΔPj-B为锚索变形Δ(Sj-SB)所对应的张拉力。

2 试验及数据处理

2.1 锚下预应力检测

东池大桥左线15—4#T形梁为3月20日浇筑完成的30 m长预应力梁。试验预应力筋 N1为φs15.2—8曲线布筋。试验张拉控制力为1 000 kN。试验锚具采用梁场现场锚具(湖南衡阳产FYM系列锚具)及限位板(6 mm刻槽深)，试验过程中采用单端张拉，力筋总回缩量取6.8 mm。根据现场试验测得检测张拉和单端施工张拉的 P—S曲线(图4)，通过拟合P—S曲线寻找检测张拉松动点B相应的张拉力和试验得出的锚固损失，计算锚下预应力值P。

1)寻找检测张拉松动点B的方法

BC段即检测张拉力平衡锚下预应力，克服孔道反向摩阻，补偿孔道反向摩阻影响段内正向摩阻后，整根锚索恢复到施工张拉时的变形状态，所以和OE段斜率应当相等。根据上述条件在实际张拉过程中，加密邻近AB段时的P—S曲线，利用施工张拉(理论计算)P—S曲线(直线)平移至检测张拉P—S曲线C点，检测张拉P—S曲线与该直线的交点即为B点，其对应的张拉动力PB即为检测张拉松动力。

2)锚固损失的确定

本次试验通过两次单端张拉锁定后确定了实际锚具的锁定锚固损失值，如表1。

表1 实测锚固损失及理论计算损失比较

3)锚下预应力标准值PA计算

根据图4和表2确定检测张拉松动点B和锁定锚固损失后，通过式(1)计算锚下预应力值P及检测的误差率。

检测误差计算如下:

图4 锚下预应力检测张拉与施工张拉P—S曲线

表2 锚下预应力检测与施工张拉P—S曲线各特征点的相应值

2.2 锚下预应力检测锚固损失试验

当检测张拉力拉到C点后，卸载使得限位板回顶工作夹片锁定被检测张拉力拉动的工作锚具。锁定后检测测力计值为849.22 kN。计算锚下预应力检测锚固损失率 δJM为

2.3 试验结论

通过本试验锚下预应力检测锚固损失率可以看出，通过该方法检测后张法混凝土梁预应力施加质量误差小，是可行、可靠的。

3 讨论

在实际检测过程中需要确定锁定锚固损失值，可以根据《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)第6.2.3条，但是《混凝土结构设计规范》对于曲线力筋仅限于曲线段对应圆心角＜30°的情形，且分段计算公式中需用到力筋内部转折点处的应力值，使得计算复杂。在批量较大的场合，或可用本文提供的方法确定锚下预应力值。