结构锚下预应力检测的应用与分析

王乐，耿栋，蒋鹏

（安徽省公路工程检测中心桥梁与隧道工程检测安徽省重点实验室，安徽 合肥 230051）

0 引言

预应力作为PC结构主要的抗力体系，其张拉施工质量的优劣对结构锚下有效预应力大小具有重要影响，直接关系到桥梁变形与开裂，进而影响桥梁的承载能力、耐久性。实际张拉施工时按照张拉力和伸长量进行双控，可在锚固的瞬时达到设计值，但因锚具回缩、摩阻力等损失可能低于预应力有效力值。工程界主要有“等效质量法检测”和“复张法”等两种锚下预应力检测方法，前者通过锚头区（锚具、锚板后孔道及两者的接触面构成）受激振后在不同预应力下的振动频率-加速度曲线不同而推算整孔的总预应力值；后者则基于“复张法”（也叫反拉法、二次张拉法）检测时的荷载-位移曲线（F-S曲线）拐点来实现对锚下预应力的准确检测，该方法具有应用范围广、可靠性强、操作便捷等优点，在工程中大量应用。

1 复张法检测原理

1.1 工作原理

复张法检测是通过程控千斤顶对已张拉完但未切割的钢绞线进行二次张拉，建立张拉力-伸长量曲线（F-S曲线）。其主要设备包括限位板、工作锚夹片、千斤顶（一般带测力和位移的传感器）等，如图1。通过分析F-S曲线斜率变化过程，基于曲线拐点确定有效应力点，实现对梁体锚下有效应力的快速检测。

图1 复张法工作原理

一般张拉力智能机检测仪在夹片松动的一瞬间能回油退顶，因此夹片位移很小，即再次锚固。复张法检测对锚固体系损伤小，操作简便高效。

1.2 有效预应力值

复张法在对钢绞线进行二次张拉时，钢绞线被外部的工作锚夹片分为内、外两个部分，受力情况如图2所示。图中F为梁内钢绞线的应力，该应力通过工具锚传递给整个预应力构件；F为梁外钢绞线的应力值。钢绞线锚固后，F≤F，F=0。通过千斤顶对梁体外部的钢绞线施加张拉力，使得F缓慢增大至F，即测得梁内钢绞线预应力值。在复张过程中，软件绘制F-S曲线并监测曲线斜率的变化，当出现拐点时，即F=F，停止张拉。

图2 复张法检测受力简图

考虑到拐点法没有考虑锚口摩阻损失导致测值偏大，与实际不符，且在复张检测时因二次张拉导致夹片滑移（一般约0.3～1mm）产生的预应力损失σ，因此有必要对测值进行修正：

式中：E为钢绞线弹性模量，Δl为夹片复张产生的滑移，L为预应力筋复张影响长度。

结合F-S曲线及F-t、S-t曲线，一般可通过在拐点B’减去按上式计算的损失值记为修正后的有效预应力值，两者的测试曲线比较如图3所示。

图3 复张法有效预应力曲线

结合有关资料及笔者经验来看，因不同厂家的夹片的硬度及结构略有差异而使得测试时滑移量不同，为方便起见考虑0.5mm的滑移量，本文测试结果均考虑了0.5mm的夹片滑移，且试验精度满足要求。

2 锚下预应力检测要点与异常数据分析

2.1 检测要点

在检测工作过程中，应进行检测作业前调查（梁体外观状况、预应力筋穿束情况、锚固端部倾角情况、锚垫板外观状况、夹片齿痕整齐度及夹片外露量）、张拉技术资料研读（钢绞线、夹片与锚具硬度、张拉设备标定证书、张拉伸长量记录、伸长量计算书以及相关的设计图纸），此外在复张检测过程中应注意以下几点：

①复张法检测应在预应力筋已张拉、未压浆、钢绞线未切割且自由端外露长度不少于300mm，最好在完成张拉以后的24h之内进行；

②预应力检测系统的测力传感器最大量程应严格控制在待测锚下部分有效预应力相对反拉力数值的1.2倍至1.5倍以内，且测试结果的精度应达到满量程条件的1%以上；位移传感器的量程应处 在 0～50mm，精 度 满 足 0.02～0.05mm的要求，且传感器的响应速度都应和采集设备良好适应；

③复张时千斤顶应慢速均匀供油，并与设备采样频率相匹配，保证采样点总数满足要求，以免采样点过于离散而无法确定F-S曲线拐点。

2.2 锚下有效预应力标准值

锚下有效预应力标准值为扣除摩阻损失及锚夹具回缩损失后的有效预应力，考虑到对预制梁而言，其摩阻损失较小，故可按下式计算锚下有效预应力：

F=F-F-F

式中F为锚下有效预应力，F为张拉控制应力（一般按0.7f或0.75f张拉），F为摩阻损失，F为锚夹具回缩损失。

根据《公路桥涵施工技术规范》的规定，后张PC构件的摩阻损失可按5%的张拉控制力考虑，锚夹具回缩按5mm考虑，并结合安徽省公路水运工程预应力张拉有效应力检测指南的要求，后张PC构件的锚下有效预应力标准值一般不低于168kN。

2.3 异常数据分析

锚下预应力检测一般通过实测力值及不均匀度来评价张拉质量，即单根力值(及其合格率)、整束及全断面平均力值、同束及同断面不均匀度等指标。在实际检测过程中出现数据异常，对应的原因如下：

某30m小箱梁锚下有效预应力检测结果

①单根力值和同束不均匀度均超限值，其他指标满足要求：因张拉施工时束不规范，或装配工具夹片时，夹片松紧不一。

②力值偏小且超限但不均匀度指标满足要求，即力值整体偏小：因张拉控制力未考虑锚圈口摩阻损失；限位板与锚具不匹配而致回缩损失过大；张拉设备力值输出不准确，重复性差；工作锚夹具的锚具硬度不足。

③整束力值和全断面不均匀度均不符合要求：一般是张拉设备力值输出不稳定，需要送检校准；限位板不匹配；锚夹具质量不符合要求。实际上，张拉施工质量受到的影响因素较多，还应结合混凝土施工质量、锚下钢筋网配置及模板安装质量等前期施工因素，需综合分析做出准确的分析和判断。

3 现场检测应用

在某预制梁场30m预制箱梁的某2束预应力筋检测为例，阐述通过对实体检测结果的分析及数据解释等提出施工建议，以指导施工、规范施工质量。

根据上表可知，该梁N3右及N5右两束的有效预应力力值均略大于标准值168kN,且不均匀度在±5%范围内，表明该梁张拉施工良好。现场检测时根据实测力值及不均匀度来判定预应力张拉效果，若测值偏小，则考虑在检测完后进行一定的补拉；若同束不均匀度偏大，表明梳编穿束质量较差，线束可能存在缠绕，应改进施工工艺。

图4 某30m箱梁预应力检测

4 结语

锚下有效预应力检测作为掌握PC结构预应力施工质量的关键手段，采用复张法检测是可行的、可信的，对检测施工质量、指导施工具有重要意义，但存在当前锚下有效预应力检测项目未大范围推广、检测频率偏低、检测节点紧跟施工而影响下道工序等不足，应在一定程度上加以重视，且施工质量控制标准和措施有待进一步细化（如考虑施工工序、布束形状、有无连接器等），需学术界和工程界共同努力来提高相关技术应用水平。