反拉法錨下預(yù)應(yīng)力檢測技術(shù)研究

杜永軍，王 正

（1．無錫交通建設(shè)工程集團有限公司，江蘇，無錫 214031；2．華設(shè)設(shè)計集團股份有限公司，江蘇，南京 210014）

0 引言

混凝土承壓能力強于受拉能力，錨下有效預(yù)應(yīng)力可以作為一個永久性的內(nèi)力增強混凝土結(jié)構(gòu)的受拉能力，因此預(yù)應(yīng)力相關(guān)的施工質(zhì)量直接影響到預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的服務(wù)安全[1]。

現(xiàn)行《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中，明確了錨下預(yù)應(yīng)力控制精度的要求，國內(nèi)很多地方也制定了對錨下預(yù)應(yīng)力進行檢測的要求，有些還編制了檢測方法，但是目前普遍采用的預(yù)應(yīng)力檢測方法仍存在先天不足，具有較明顯的系統(tǒng)性誤差[2]。目前反拉法預(yù)應(yīng)力檢測被大量工程實踐驗證為對具有自由端的及拉拔條件的錨下預(yù)應(yīng)力較為可靠的檢測方法。國內(nèi)大量學(xué)者針對反拉法檢測做了大量的研究，重慶招商局運用AS-10 系統(tǒng)對反拉法的測試結(jié)果不均勻度進行了試驗研究[3]，王建立等基于鄭徐客專等工程項目進行了現(xiàn)場預(yù)應(yīng)力測試，對測量精度進行數(shù)據(jù)分析與研究。

本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合某橋梁預(yù)應(yīng)力預(yù)制梁的現(xiàn)場檢測實踐與相關(guān)工作經(jīng)驗對反拉法錨下預(yù)應(yīng)力檢測工作的試驗方法與數(shù)據(jù)處理方法進行深入分析與探討，為反拉法預(yù)應(yīng)力檢測工作提供相關(guān)參考經(jīng)驗。

1 反拉法檢測原理分析

1.1 基本原理

通過對預(yù)應(yīng)力束施加反向拉力并通過測量預(yù)應(yīng)力束位移的方法測定錨下有效預(yù)應(yīng)力，即為反拉法，主要應(yīng)用于未壓漿預(yù)應(yīng)力束的錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測?；驹砣缦拢?/p>

（1）對于錨下鋼絞線進行張拉，通過傳感器檢測鋼筋的張拉力和位移量，也可以對錨頭本身進行拉拔；

（2）當(dāng)有效預(yù)應(yīng)力大于千斤頂?shù)睦r，夾片限制鋼絞線的位置，鋼絞線位移為自由伸長量；

（3）當(dāng)有效預(yù)應(yīng)力大于千斤頂?shù)睦r，錨下的鋼絞線收到拉力產(chǎn)生位移量。此時，鋼絞線長度就會產(chǎn)生較明顯的位移量，夾片也會因為摩擦力作用隨著鋼絞線的伸長而產(chǎn)生位移量[4]。

因此，通過檢測拉力與位移量的函數(shù)關(guān)系，即可計算錨下有效預(yù)應(yīng)力。

圖1 反拉法預(yù)應(yīng)力檢測設(shè)備

1.2 檢測技術(shù)分析

預(yù)應(yīng)力檢測原理示意圖如下，在外露單根鋼絞線上安裝工具錨，并在工具錨與工作錨質(zhì)監(jiān)之間安裝千斤頂與相關(guān)傳感器。

圖2 預(yù)應(yīng)力檢測原理示意圖

單根預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉的位移～力關(guān)系曲線如下圖所示：

圖3 反拉力-位移變化曲線

反拉法檢測開始時，反拉力慢慢增大，各個部件設(shè)備間空隙進一步被排除，隨著位移增加，F(xiàn)-S 曲線的斜率基本趨于穩(wěn)定，即O-A-B 段，B 點處，拉力達(dá)到了錨下預(yù)應(yīng)力與其他阻力之和，BC 段為克服拉拔過程中的阻力使得力傳感器的讀數(shù)下降，到C點處達(dá)到平衡。即圖中力與位移的關(guān)系出現(xiàn)拐點，該拐點的位置即C 點反映了有效預(yù)應(yīng)力的數(shù)值[5]。

針對本地區(qū)地面建筑物的重要性，在高效完成監(jiān)測工作的同時，監(jiān)測施工過程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行以下措施：（1）監(jiān)測組與監(jiān)理工程師密切配合工作，及時向監(jiān)理工程師報告現(xiàn)場實際情況；（2）觀測前，對所有儀器設(shè)備必須按有關(guān)規(guī)定進行檢驗和校核，確保儀器的穩(wěn)定可靠性和保證觀測的精度；（3）各監(jiān)測項目在監(jiān)測過程中必須嚴(yán)格遵守相應(yīng)的實施細(xì)則；（4）量測數(shù)據(jù)均要經(jīng)現(xiàn)場檢查，室內(nèi)兩級復(fù)核后方可上報；且量測數(shù)據(jù)的存儲、計算、管理均用計算機系統(tǒng)進行。

因此，C點以后的張拉曲線可以認(rèn)為已經(jīng)克服錨下的摩阻力，因此，將C 點作為預(yù)應(yīng)力的判據(jù)。

在檢測過程中，隨著張拉的進行，當(dāng)進入力平衡狀態(tài)后，夾片開始向外位移。當(dāng)移動達(dá)到預(yù)設(shè)距離（1mm）后，油泵自動停止工作，夾片也即不再向外位移。當(dāng)油泵停止工作，壓力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，通過力傳感器進行讀數(shù)，測出當(dāng)前有效預(yù)應(yīng)力值F0. 鋼絞線的原有效預(yù)應(yīng)力F則由下式計算：

式（1）中，ΔF為張力修正值：

式（2）中，L為夾片位移量，設(shè)置為1mm；

為夾片解除咬合時的位移量，可通過試驗確定。當(dāng)無實驗數(shù)據(jù)時，可取為0.5mm；

L為張拉端至錨固端之間的距離，單位mm。實際測試中可取近似自由段的長度；

A為鋼絞線的公稱截面積，單位mm2；

Es為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的彈性模量，為193GPa。

1.3 質(zhì)量評價

參考江蘇省交通運輸廳關(guān)于印發(fā)《江蘇省公路水運工程鋼筋混凝土耐久性關(guān)鍵控制指標(biāo)》的通知（蘇交建〔2018〕14 號），預(yù)應(yīng)力筋有效預(yù)應(yīng)力同束不均勻度小于±5%，將該數(shù)值作為錨下預(yù)應(yīng)力分組反拉檢測的數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量評價依據(jù)。

2 工程實踐應(yīng)用

本文對某新建工程箱梁的有效預(yù)應(yīng)力進行后拉法檢測，其中錨下有效預(yù)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值為185.15kN。檢測過程見圖4。

圖4 預(yù)應(yīng)力檢測流程

有效預(yù)應(yīng)力檢測結(jié)果與理論錨下有效預(yù)應(yīng)力對比分析及同束不均勻度的部分檢測結(jié)果如表1 所示：

表1 瀝青路面結(jié)構(gòu)輪載指標(biāo)結(jié)果

根據(jù)對以上多孔道的檢測結(jié)果的均勻性分析，均值與控制值相對偏差9 孔均在（±5%）內(nèi)，符合《江蘇公路水運工程鋼筋混凝土耐久性關(guān)鍵指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)》（蘇交建〔2018〕14 號）的要求。

根據(jù)現(xiàn)場預(yù)應(yīng)力檢測工作的相關(guān)經(jīng)驗，提出以下注意事項供預(yù)應(yīng)力檢測的相關(guān)技術(shù)人員參考。

（1）穿束前，對鋼絞線進行編號；

（2）穿束過程中，適當(dāng)抽動鋼絞線兩端，做好編束工作，檢查是否平順。綁扎間距滿足1 ～1.5m 要求；

（3）截斷波紋管盡量保證斷面平整，及時清理喇叭口周圍雜質(zhì)；

（4）安裝錨板后，確保與錨墊板接觸密實；

（5）保證夾片預(yù)緊平整。

3 質(zhì)量提升建議

（1）推廣智能張拉系統(tǒng)的使用，智能控制張拉精度與穩(wěn)定度；

（2）錨具安裝嚴(yán)格控制錨墊與鋼絞線的垂直度，確保安裝位置準(zhǔn)確；

（3）混凝土的彈性特性、鋼絞線的回縮、錨具變形都會對張拉力的分布產(chǎn)生影響，應(yīng)嚴(yán)格控制張拉順序；

（4）預(yù)應(yīng)力孔道的彎曲、錨口都會引起摩阻力，預(yù)應(yīng)力張拉施工應(yīng)當(dāng)充分考慮摩阻力造成的預(yù)應(yīng)力損失情況[7]。

4 結(jié)論

（1）通過對反拉法預(yù)應(yīng)力檢測原理與試驗分析，總結(jié)出一套反拉法預(yù)應(yīng)力檢測方法，并基于檢測結(jié)果提出相關(guān)質(zhì)量提升建議，可為類似錨下預(yù)應(yīng)力檢測與質(zhì)量管控工作提供參考。

（2）預(yù)應(yīng)力檢測的技術(shù)理論成熟，反應(yīng)靈敏，在實際檢測工作中準(zhǔn)確率較高，但對于位移～力曲線中拐點處受到的摩阻力影響分析缺乏明確的理論支撐，需要進行深入研究。

（3）建議在交通行業(yè)編制預(yù)應(yīng)力質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)，對于建立結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力質(zhì)量管控體系具有積極意義。