钢绞线回缩值的测定方法及应用研究

梁晓东

（湖南联智桥隧技术有限公司，湖南长沙410110）

钢绞线回缩值的测定方法及应用研究

梁晓东

（湖南联智桥隧技术有限公司，湖南长沙410110）

钢绞线回缩值的准确测定一直是预应力施工的难点，现介绍了三种测量钢绞线回缩值的方法，其中基于预应力智能张拉系统的测量法，其可信度高、便于应用于工程实践，值得推广应用。

回缩值；智能张拉；有效预应力

0　引言

近年来，通过大量的桥梁检测发现有效预应力与设计值偏差很大，部分预应力桥梁在使用仅仅10 a左右就出现了不同程度的病害、被迫拆除，甚至发生安全事故。这一现象引起了工程界对预应力张拉控制应力和锚固后锚下有效预应力的高度关注。智能张拉系统将张拉控制应力精度控制在±1%以内，达到并超过了规范要求。

锚下有效预应力是指锚固后钢绞线上的应力。对于采用低松弛钢绞线的情况而言，张拉控制应力与锚下有效预应力的区别在于锚固时钢绞线的回缩值大小。回缩值大则差别大，预应力损失大；回缩值小则差别小，预应力损失小。因此，准确测定钢绞线的回缩值对保证有效预应力具有重要意义。

1　测夹片锚杯法

在张拉过程中，使用的限位板有一个限位槽口，见图1所示。张拉施工时，工作夹片随钢绞线一起移动到限位槽口底部时停止移动；张拉结束后，在卸载锚固的瞬间，钢绞线与夹片向梁体方向移动，夹片对钢绞线进行自锁；锁紧钢绞线后，工作夹片一般会露出一定距离在工作锚具平面外，称为锚杯。将限位槽口深度记为A，锚杯高度记为B，钢绞线回缩值记为H。利用这种方法测出来的回缩值为：

通常情况下，所使用限位板的槽口深度为6mm、7mm两种，笔者对张拉完后的B进行了量测，根据夹片的种类不同而不同，均值为1～3mm，利用式（1）进行回缩值计算，则钢绞线的回缩值为3～6mm。采用这种方法进行回缩值计算出的回缩值均在规范要求的6mm以内，符合规范和设计要求，但大量锚下有效预应力检测发现，锚下有效预应力与设计值偏移较大。

测锚杯法的核心在于假定钢绞线与夹片之间没有相对滑移，即钢绞线与夹片共同运动至工作锚锚穴时钢绞线即刻被夹片锁住。无论是瞬间回油还是缓慢泄压，钢绞线与夹片之间是否存在相对滑动需要进一步探索。

图1　张拉施工时限位板工作锚西部结构图

2　直接测量钢绞线法

要想准确测定钢绞线的回缩值，则需要直接测量钢绞线在张拉锚固瞬间的回缩值。笔者设计了一种直接测量钢绞线回缩值的系统，如图2所示，并进行了相当数量的试验。采用一壁厚为12mm、长度为250mm的钢管套筒放置在梁体与工作锚之间，在钢管套筒上开一个长80mm、宽20mm的槽口，夹扣装置通过槽口进去夹住钢绞线，夹扣装置与位移采集装置相连，位移信号处理设备为动测仪。试验时，先张拉至目标值，然后将位移装置向千斤顶侧移动至量程的80%，然后将夹扣装置锁紧钢绞线，连接好动测仪后，开始泄压退顶，采集回缩值信息。图3为直线测量钢绞线回缩值试验实景。

图2　直接测量钢绞线回缩值系统示意图

图3　直接测量钢绞线回缩值试验实景

试验采用同一副限位板，限位槽口深度6mm，3副不同厂家的工作夹片各进行试验20次，将20次试验结果的均值作为回缩值的真实值，并与测量锚杯法进行对比。试验结果见表1所列。

表1　直接测量法与锚杯测量法回缩值的对比表（单位：mm）

试验结果发现，锚杯法与直接测量法得出的钢绞线回缩值存在一定的差别，即钢绞线与夹片之间存在相对滑移，其滑移大小与夹片的锥度和硬度有关，锥度越大，滑移越小，硬度越大，滑移越小。锚杯法测出的回缩值在规范范围内的实际回缩值不一定在规范范围内，其主要取决于相对滑移的大小。直接测量法虽能准确地测定回缩值数据，但是此法仅仅适用于小批量的试验，对于大量的工程实践却不能使用。

3　基于智能张拉系统的间接测量法

智能张拉系统是利用计算机技术控制机械动作进行预应力施加，应力控制准确、数据采集真实可靠。系统本身自带的位移传感器可以采集钢绞线的回缩值，不需要另行添加设备。一般认为千斤顶的油压卸载至初应力时，夹片已经锁住钢绞线，而此时钢绞线仍在绷直状态，承受一定力值。将持荷时间的位移值减去此时的位移值再减去部分弹性回缩值就是钢绞线的回缩值，其中钢绞线持荷时的位移值记为Lk，泄压至初应力的位移值记为Lo，部分弹性回缩值特指千斤顶内钢绞线的收缩值记为LQ，则回缩值计算公式为：

式（3）中：σ0、σk——分别指张拉初应力和张拉控制应力；

P——张拉力；

L1——千斤顶内工作长度；

E、A——分别指钢绞线弹性模量和面积。

利用式（2）、式（3）在工程实际应用中发现基本上没有回缩值是在6mm以内的，与实际不符。而大部分夹片的锚固回缩值室内试验时合格的，因此，这种计算方式不准确。

实际上，在张拉至目标值时，千斤顶、钢绞线的工作状态如图4所示。此时从工作锚至工具锚之间的钢绞线均承受张拉控制应力，在泄压时，此段钢绞线会收缩，其收缩值要大于LQ，即多了段Lk长度钢绞线的回缩值，且这个值是随着Lk而变化的，若Lk达到100mm，此值约为0.65mm。

因此笔者认为准确的回缩值计算公式应为：

其中：δ为张拉控制应力下的钢绞线伸长率。

图4　采用智能张拉系统进行钢绞线回缩值测定的曲线图

将式（4）应用于工程实际，发现具有较好的可信度和较高的稳定性，先摘录10组数据如下，见表2所列。

按要求设定之后，张拉曲线的位移曲线在从张拉控制应力泄压至初应力的过程中出现明显的拐点，如图4中的位移曲线所示，在压力曲线上也可以明显看出泄压与退顶是两个不同的过程。从表2的数据可以看出，其测量值与直接测量钢绞线得到的数值相近。

表2　智能张拉系统测定回缩值数据表（单位：mm）

4　结语

本文介绍了3种测量与计算钢绞线回缩值的方法，并进行了相应的应用研究，对每种方法的优劣性和准确性进行了判断，测锚杯法准确度稍低；直接测钢绞线法准确度高，但无工程实际应用的可行性；基于智能张拉系统的间接测量法，可靠度高，可应用于工程实践。

U445.4

A

1009-7716（2015）01-0142-03

2014-08-29

梁晓东（1973-），男，湖南人，高级工程师，公司总经理，从事桥梁、隧道检测及工程技术研究工作。