后張法混凝土橋梁預(yù)應(yīng)力施加質(zhì)量檢測(cè)方法的研究

程建軍，梁龍龍

(1.石河子大學(xué) 水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832003;2.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，蘭州 730000)

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁具有斷面尺寸小、梁體輕、抗裂性強(qiáng)、便于預(yù)制等優(yōu)點(diǎn)，在高速公路建設(shè)中被廣泛使用。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于專業(yè)技術(shù)人員相對(duì)不足，以及各種施工管理、監(jiān)督措施相對(duì)滯后與不完善，產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故和質(zhì)量隱患屢見(jiàn)不鮮。國(guó)內(nèi)已多次發(fā)生梁片尚未出廠，梁底已發(fā)生破壞性開(kāi)裂和斷裂的嚴(yán)重質(zhì)量事故，安全質(zhì)量隱患十分突出。

因此，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件在施工中可能存在的上述質(zhì)量隱患，有必要研究開(kāi)發(fā)一種檢測(cè)技術(shù)對(duì)預(yù)應(yīng)力工序的施加效果進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)價(jià)，從而避免人為管理和監(jiān)督的不足。同時(shí)通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施進(jìn)行補(bǔ)救，用以消除質(zhì)量隱患。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出的預(yù)應(yīng)力施加質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，對(duì)于提高國(guó)內(nèi)預(yù)應(yīng)力橋梁的施工技術(shù)水平和施工質(zhì)量具有重要的意義。

1 試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容與原理

1.1 試驗(yàn)內(nèi)容

為了研究檢測(cè)后張法混凝土橋梁預(yù)應(yīng)力狀態(tài)和總結(jié)檢測(cè)技術(shù)，2008年4月8～11日對(duì)永武高速公路東池大橋左線15—4#T形預(yù)應(yīng)力梁進(jìn)行了試驗(yàn)。

東池大橋左線15—4#T形梁為3月20日澆筑完成的30 m長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力梁。試驗(yàn)預(yù)應(yīng)力筋N1為φ15.2—8曲線布筋，試驗(yàn)張拉控制力為1 000 kN，試驗(yàn)過(guò)程中采用單端張拉。

本試驗(yàn)主要內(nèi)容有鎖定錨固損失測(cè)定試驗(yàn)、錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)試驗(yàn)、錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)錨固損失試驗(yàn)。試驗(yàn)可以通過(guò)兩個(gè)具體的試驗(yàn)完成，分別為:鎖定錨固損失的測(cè)定試驗(yàn)、錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)(包括錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)錨固損失)的試驗(yàn)。

1.2 鎖定錨固損失測(cè)定試驗(yàn)布置

鎖定錨固損失，即錨索在張拉到鎖定荷載后卸載，卸載前后錨下預(yù)應(yīng)力差值。本試驗(yàn)布置如圖1所示，通過(guò)在梁一端工作錨具前后安裝測(cè)力計(jì)，一端張拉，試驗(yàn)過(guò)程中量測(cè)記錄卸載前后測(cè)力計(jì)5，10的差值。

圖1 鎖定錨固損失測(cè)定試驗(yàn)布置

1.3 錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)(包括鎖定錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)錨固損失)的試驗(yàn)原理

根據(jù)預(yù)應(yīng)力橋梁梁體的施工階段，將預(yù)應(yīng)力橋梁梁體施工分為三個(gè)階段(圖2)。

本次試驗(yàn)針對(duì)第二階段的預(yù)應(yīng)力筋張拉鎖定后，檢測(cè)其錨下預(yù)應(yīng)力值。試驗(yàn)的原理是對(duì)于已經(jīng)鎖定未注漿的錨索再次張拉，當(dāng)檢測(cè)張拉力達(dá)到平衡錨下真實(shí)預(yù)應(yīng)力(啟動(dòng)點(diǎn)A)、克服孔道反向摩阻、補(bǔ)償孔道反向摩阻影響段內(nèi)正向摩阻后，使得錨索受力恢復(fù)到施工張拉鎖定前的受力狀態(tài)，即圖3所示檢測(cè)張拉松動(dòng)點(diǎn)B狀態(tài)。檢測(cè)張拉力使得錨索恢復(fù)施工張拉鎖定前的受力狀態(tài)后，再?gòu)埨欢?BC，此時(shí) BC的斜率和施工(或理論計(jì)算)P—S曲線斜率一致。依據(jù)該斜率尋找檢測(cè)張拉松動(dòng)點(diǎn)B，進(jìn)而計(jì)算錨下預(yù)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值。

圖3所示為檢測(cè)張拉的P—S曲線，可將其分為如下三個(gè)階段:

1)當(dāng)檢測(cè)張拉力 Pj小于 PA時(shí)，即 P—S曲線 OA段，SA表示檢測(cè)張拉系統(tǒng)受力變形;

2)當(dāng)檢測(cè)張拉力Pj在 PA，PB之間時(shí)，即 P—S曲線AB段，SB-SA表示張拉力克服孔道與鋼鉸線之間反向摩阻時(shí)鋼鉸線的變形量(即鎖定錨固損失)。

3)當(dāng)檢測(cè)張拉力Pj在 PB，PC之間時(shí)，即 P—S曲線BC段，SC-SB表示張拉力使得整體鋼鉸線變形的變化量。

OE段為施工張拉階段的P—S曲線。

根據(jù)圖3所示為檢測(cè)張拉的 P—S曲線，當(dāng)檢測(cè)張拉力超過(guò)張拉松動(dòng)點(diǎn)B后，檢測(cè)張拉的P—S曲線和實(shí)際施工張拉的P—S曲線斜率相等來(lái)尋找檢測(cè)張拉松動(dòng)點(diǎn)B。方法為:BC段即檢測(cè)張拉力平衡錨下真實(shí)預(yù)應(yīng)力，克服孔道反向摩阻，補(bǔ)償孔道反向摩阻影響段內(nèi)正向摩阻后，整根錨索恢復(fù)到施工張拉時(shí)的變形狀態(tài)，所以和OE段斜率應(yīng)當(dāng)相等。根據(jù)上述條件在實(shí)際張拉過(guò)程中，加密鄰近AB段時(shí)的P—S曲線，利用施工張拉(理論計(jì)算)P—S曲線(直線)平移至檢測(cè)張拉P—S曲線C點(diǎn)，檢測(cè)張拉P—S曲線與該直線的交點(diǎn)即為B點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的張拉力則為檢測(cè)張拉松動(dòng)力PB。

確定檢測(cè)張拉松動(dòng)點(diǎn)B后，可通過(guò)下式計(jì)算錨下預(yù)應(yīng)力P，也等于檢測(cè)張拉啟動(dòng)張拉力PA

其中，PA為檢測(cè)張拉啟動(dòng)力;Pj為檢測(cè)張拉力;ΔPFM為孔道反向摩阻;PB為檢測(cè)張拉松動(dòng)力;ΔPj-B為錨索變形Δ(Sj-SB)所對(duì)應(yīng)的張拉力。

2 試驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理

2.1 錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)

東池大橋左線15—4#T形梁為3月20日澆筑完成的30 m長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力梁。試驗(yàn)預(yù)應(yīng)力筋 N1為φs15.2—8曲線布筋。試驗(yàn)張拉控制力為1 000 kN。試驗(yàn)錨具采用梁場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)錨具(湖南衡陽(yáng)產(chǎn)FYM系列錨具)及限位板(6 mm刻槽深)，試驗(yàn)過(guò)程中采用單端張拉，力筋總回縮量取6.8 mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得檢測(cè)張拉和單端施工張拉的 P—S曲線(圖4)，通過(guò)擬合P—S曲線尋找檢測(cè)張拉松動(dòng)點(diǎn)B相應(yīng)的張拉力和試驗(yàn)得出的錨固損失，計(jì)算錨下預(yù)應(yīng)力值P。

1)尋找檢測(cè)張拉松動(dòng)點(diǎn)B的方法

BC段即檢測(cè)張拉力平衡錨下預(yù)應(yīng)力，克服孔道反向摩阻，補(bǔ)償孔道反向摩阻影響段內(nèi)正向摩阻后，整根錨索恢復(fù)到施工張拉時(shí)的變形狀態(tài)，所以和OE段斜率應(yīng)當(dāng)相等。根據(jù)上述條件在實(shí)際張拉過(guò)程中，加密鄰近AB段時(shí)的P—S曲線，利用施工張拉(理論計(jì)算)P—S曲線(直線)平移至檢測(cè)張拉P—S曲線C點(diǎn)，檢測(cè)張拉P—S曲線與該直線的交點(diǎn)即為B點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的張拉動(dòng)力PB即為檢測(cè)張拉松動(dòng)力。

2)錨固損失的確定

本次試驗(yàn)通過(guò)兩次單端張拉鎖定后確定了實(shí)際錨具的鎖定錨固損失值，如表1。

表1 實(shí)測(cè)錨固損失及理論計(jì)算損失比較

3)錨下預(yù)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值PA計(jì)算

根據(jù)圖4和表2確定檢測(cè)張拉松動(dòng)點(diǎn)B和鎖定錨固損失后，通過(guò)式(1)計(jì)算錨下預(yù)應(yīng)力值P及檢測(cè)的誤差率。

檢測(cè)誤差計(jì)算如下:

圖4 錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)張拉與施工張拉P—S曲線

表2 錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)與施工張拉P—S曲線各特征點(diǎn)的相應(yīng)值

2.2 錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)錨固損失試驗(yàn)

當(dāng)檢測(cè)張拉力拉到C點(diǎn)后，卸載使得限位板回頂工作夾片鎖定被檢測(cè)張拉力拉動(dòng)的工作錨具。鎖定后檢測(cè)測(cè)力計(jì)值為849.22 kN。計(jì)算錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)錨固損失率 δJM為

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)本試驗(yàn)錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)錨固損失率可以看出，通過(guò)該方法檢測(cè)后張法混凝土梁預(yù)應(yīng)力施加質(zhì)量誤差小，是可行、可靠的。

3 討論

在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中需要確定鎖定錨固損失值，可以根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010—2002)第6.2.3條，但是《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)于曲線力筋僅限于曲線段對(duì)應(yīng)圓心角＜30°的情形，且分段計(jì)算公式中需用到力筋內(nèi)部轉(zhuǎn)折點(diǎn)處的應(yīng)力值，使得計(jì)算復(fù)雜。在批量較大的場(chǎng)合，或可用本文提供的方法確定錨下預(yù)應(yīng)力值。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次2008年4月9，10日對(duì)永武高速公路東池大橋左線15—4#T形預(yù)應(yīng)力梁進(jìn)行了鎖定錨固損失測(cè)定試驗(yàn)、錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)試驗(yàn)、錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)錨固損失試驗(yàn);建立了檢測(cè)錨下預(yù)應(yīng)力的方法和計(jì)算錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值的方法，并為檢測(cè)預(yù)應(yīng)力橋梁錨下預(yù)應(yīng)力提供了一種方法。

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