后張法預應力張拉控制難點應對措施

黃冠達

（四川路橋橋梁工程有限責任公司，成都610000）

1 引言

后張法預應力混凝土簡支箱梁具有較大豎向、橫向、抗扭、縱向剛度及良好的高速行車動力性能的梁體結(jié)構(gòu)和ZK 活載，是目前高速鐵路采用的主型預制梁[1]。而預應力施工作為箱梁預制的三大特殊工序之一，對箱梁質(zhì)量控制起決定性作用，采用自動控制張拉系統(tǒng)可以更穩(wěn)定地控制預應力施工質(zhì)量。

2 材料質(zhì)量控制

2.1 鋼絞線質(zhì)量指標

鋼絞線必須選用有生產(chǎn)許可證的合格生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品規(guī)格型號為1×7-15.20-1860。鋼絞線每30 t 為一個批次檢驗，分別進行屈服負荷、整根鋼絞線最大力、抗拉強度、最大力總伸長率、彈性模量、鋼絞線直徑、應力松弛率檢驗。

2.2 預應力筋用錨具4 件套

錨具為夾片式，4 件套由螺旋筋、錨墊板、工作錨板、夾片組成，錨板材質(zhì)不低于45#鋼，夾片材質(zhì)不低于20CrMnTi 合金結(jié)構(gòu)鋼，錨墊板材質(zhì)不低于HT200 灰鑄鐵，螺旋筋材質(zhì)不低于HPB300 光圓鋼筋。進場每2000 套為1 個檢驗批次，分別進行外形外觀、錨具及夾片的錨固效率系數(shù)、極限拉力總應變、錨板強度（撓度殘余變形）、錨板與夾片的硬度檢驗。錨具4件套與配套使用的限位板、工具錨必須是同一廠家生產(chǎn)，工具錨不得代替工作錨使用。

3 設備

張拉設備對張拉施工質(zhì)量有較大影響，因此，施工方要提高該施工技術(shù)水平就要做好設備選型工作。目前，鐵路施工行業(yè)推薦自動控制張拉系統(tǒng)進行施工，能夠更加精準地控制張拉工藝的質(zhì)量。自動控制張拉系統(tǒng)是基于機械、計算機、自動控制及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，能夠進行預應力張拉自動化控制和張拉數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕炷翗蛄侯A應力張拉施工設備集成，性能符合施工需求[2]。

4 張拉工藝控制

預施應力按預張拉、初張拉和終張拉3 個階段進行。

4.1 預張拉

當梁體混凝土強度達到60%強度以上，拆除端模，松內(nèi)模，進行預張拉。張拉操作流程：0→0.2σcon（持荷20 s）→σy（持荷180 s）錨固。其中，σcon為張拉控制應力；σy為錨外預張設計應力。

4.2 初張拉

當梁體混凝土強度達到80%強度以上，拆內(nèi)模，在預制臺座上進行初張拉，結(jié)束后，方能將梁體移出臺座。張拉順序如下：0→0.2σcon（持荷20 s）→σc（持荷180 s）錨固（σc為初張設計應力）。

4.3 終張拉

1）當梁體混凝土強度≥100%強度，混凝土齡期≥10 d時，進行終張拉。

2）箱梁終張前實測彈性上拱的原始讀數(shù)，終張拉后實測彈性上拱度，其允許值不大于1.1 倍的圖紙設計計算值。

3）張拉順序如下：未經(jīng)過預、初張拉的：0→0.2σcon（持荷20s）→σcon（持荷180～300 s）錨固→鋼絞線作滑絲觀察標記。

4）經(jīng)過預、初張拉的預應力束張拉順序如下：0→σyc（σyc為預、初張設計應力）→σcon（持荷180～300 s）錨固→鋼絞線作滑絲觀察標記。

5 張拉要領及計算

鋼絞線理論伸長值應計算總伸長值，但在實際施工中，前20%控制應力的鋼絞線伸長值無法測出，為了提高計算伸長值與實測值的精確比較，避免實際操作中用鋼絞線計算伸長值與實測推算伸長值比較，造成伸長值比較結(jié)果誤差大，故計算伸長值取20%～100%的控制應力進行計算。

5.1 鋼絞線的理論伸長值ΔL

鋼絞線的理論伸長值ΔL按式（1）計算：

式中，σp為張拉端控制平均應力，MPa；LT為從張拉端至計算截面鋼絞線長度，mm；Ay為鋼絞線公稱面積，mm2；Eg為鋼絞線彈性模量，MPa。

預應力筋平均張拉應力σp按式（2）計算：

式中，μ 為預應力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)；θ 為張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角，rad，以弧度計；L為從張拉端至計算截面的管道長度，m；k為孔道每米長度局部偏差對摩擦的影響系數(shù)。

5.2 鋼絞線實際伸長值ΔL未

1）未進行預、初張拉鋼絞線按式（3）計算：

式中，ΔL未為未進行預、初張拉鋼絞線實際伸長值；δ初為張拉初始荷載下（0.2σcon），位移傳感器讀數(shù)。

2）進行預、初張拉鋼絞線按式（4）計算：

式中，ΔL總為進行預、初張拉鋼絞線實際伸長值；ΔLcon為終張拉控制荷載下，鋼絞線伸長值；ΔLyc為預、初張拉控制荷載下，鋼絞線伸長值；δ初為張拉初始荷載下（0.2σcon），位移傳感器讀數(shù)。

5.3 鋼絞線回縮量L回

式中，L1為張拉至控制應力時位移傳感器讀數(shù)；L2為回油至1 MPa 再記錄位移傳感器讀數(shù)；L3為計算所得的千斤頂內(nèi)鋼絞線一端的伸長值。

5.4 張拉不同步率

按伸長值不同步率=（大-小）/（大+?。?，計算結(jié)果應不大于5%。

6 張拉控制難點及應對措施

6.1 材料問題及解決措施

6.1.1 主要問題

1）同一批次鋼絞線彈性模量差值過大。

2）錨墊板喇叭口直徑不合格，承壓面積過小，錨板作用于錨墊板的應力過大，造成塌陷、錨口混凝土裂紋。

3）夾片未套連，跟進錨板不同步，造成錯牙、刻斷鋼絞線。

6.1.2 應對措施

1）鋼絞線彈性模量同批次差值≤5 GPa。

2）鋼絞線檢驗屈服負荷、整根鋼絞線最大力、抗拉強度、最大力總伸長率、彈性模量、鋼絞線直徑、應力松弛率檢驗其余檢驗指標：當檢驗項其中一項檢驗結(jié)果不符合規(guī)范GB/T 5224—2014《預應力混凝土用鋼絞線》中相應規(guī)定時，則該盤卷不得驗收。如鋼絞線某一盤卷號檢測出現(xiàn)不合格品，不得流入復檢程序，該盤卷號不合格，不得使用，從其他未抽檢樣品中加倍取樣，如果仍有一項不符合要求，須逐盤對該批鋼絞線進行檢驗，合格可用，不合格不得使用。

3）錨墊板外形外觀檢驗時，受檢零件的外形尺寸和外觀質(zhì)量應符合設計圖紙規(guī)定。若有一件不合格，即應對本批全部產(chǎn)品進行逐件檢驗，合格者方可使用[3]。

4）夾片使用鋼絲圈套連，安裝夾片時還需用端頭帶螺母的鋼管錘擊夾片，使限位板有效發(fā)揮作用。

6.2 工藝裝備問題及解決措施

主要問腿：錨墊板進漿、安裝傾角不合格，發(fā)生預應力孔道偏心，鋼絞線與錨具不同心、與錨板產(chǎn)生折角，增大錨口摩阻。

應對措施：錨墊板喇叭口定制同心橡膠護套，防止梁體在混凝土施工過程中錨墊板進漿；解決錨墊板安裝角度應從模板設計切入，端模設計為一體焊接工藝，將錨穴口的傾角設計與端模融合，錨墊板則與端模的傾角設計位置通過螺栓連接安裝，提高后張法預應力施工工藝的精度和施工效率。

6.3 計量問題及解決措施

6.3.1 主要問題

1）配套標定千斤頂用壓力環(huán)或傳感器的規(guī)格與實際張拉力不配套，缺少相應噸位的傳感器。

2）使用過程中未進行定期自檢。

6.3.2 應對措施

1）梁場試驗室自校應具備硬件（活塞壓力計+標準母表+標準砝碼）和軟件（檢定員證書）。

2）制訂相應檢測計劃，校準需要有資質(zhì)的單位檢定，壓力傳感器、位移傳感器及液壓傳感器6 個月校準一次，壓力傳感器和位移傳感器每月自校1 次，保證后張法預應力施工的穩(wěn)定性。

6.4 張拉工藝難點及應對措施

安裝千斤頂時應做到“三同心”即：千斤頂、錨具、預應力管道三者同心，操作過程終做到“兩同步”，張拉時兩端及兩側(cè)必須同步、對稱張拉，同時達到同一荷載值。

張拉按照設計的張拉順序，兩端兩側(cè)同時對稱張拉，即4 臺張拉千斤頂同時工作。張拉作業(yè)以張拉前“三控”“三對應”、張拉中“三同”“三控”、張拉后“三控”控制張拉質(zhì)量。

1）張拉前“三控”“三對應”。“三控”：檢查梁體混凝土100%強度以上、彈性模量、混凝土齡期D（10 d≤D≤30 d）是否達到設計要求?！叭龑保轰摻g線直徑對應限位板深度，實測鋼絞線彈模對應鋼絞線理論伸長值，兩批鋼絞線實際穿入的孔道與指定的相對應。

3）張拉中“三同”“三控”?！叭保鹤龅絻啥藦埨捅猛瑫r開始，同速供油，同時達到設計張拉應力?！叭亍奔磻?、應變和時間三控。以控制張拉應力為主，以預應力筋伸長值進行校核，兩端總實際伸長值與按進場檢驗鋼絞線實際彈模計算的伸長值誤差不得超過±6%，兩端不同步率結(jié)果應≤5%，同時保證在張拉控制應力σcon作用下持荷5 min 后回油錨固。

5）張拉后“三控”：滑斷絲率、夾片外露及錯牙、鋼絞線回縮量。在整個張拉過程中，格外注意鋼絞線及錨具滑絲情況，全梁斷絲、滑絲不得超過鋼絲總數(shù)的0.5%，且不得在同束、同側(cè)。若伸長量超過6%，或一束內(nèi)滑斷絲超過一根時，必須采用整體退錨套筒進行退錨、重拉處理。錨固后夾片表明應平整，夾片外露不超過3 mm，錯牙不超過1 mm。

張拉完成后，應在錨圈外鋼絞線5 cm 處用彩筆劃線，24 h后檢查鋼絞線無滑動時，每端鋼絞線回縮量不大于1 mm。張拉錨固24 h 后測量無回縮，才允許切絲，進入下一道工序。如果檢查有滑絲、斷絲現(xiàn)象，經(jīng)核查確認后，須放張后更換鋼絞線重新張拉。每端錨具回縮量控制≤6 mm，否則應分析原因后再進行張拉。

6）應保證千斤頂、限位板、工作錨及管道在同一直線上，連接在一起，并確保管道、錨具、千斤頂三者同心。

7）初調(diào)：梁體兩端同時張拉，千斤頂充油到達初應力時（0.2σcon），計算機自動記錄位移傳感器讀數(shù)，作為測鋼絞線伸長量的起點。

7 結(jié)語

總之，后張法預應力施工質(zhì)量直接影響橋梁使用與橋梁使用壽命，因此，相關工作人員必須做好研究工作，提高后張法預應力結(jié)構(gòu)的科學性和完整性，做好預應力施工質(zhì)量控制工作，讓其性能符合施工技術(shù)標準，為我國交通建設事業(yè)提供技術(shù)支撐。