钢束单端张拉持荷时间与有效预应力测试

钢束单端张拉持荷时间与有效预应力测试

刘强孙鹏

中交第一公路工程局有限公司

摘要：本文以酉沿高速酉阳互通预应力施工为案例，超长预应力钢束在单端张拉情况下，“持荷时间与有效预应力”测试，并通过混凝土曲线梁桥的理论计算、对比分析，得出结论，指导施工，也希望在以后同类工程中得到有益的启迪。

关键词：现浇箱梁；超长预应力钢束；智能数控张拉仪；单端张拉；持荷时间；有效预应力；测试

1、前言

预应力混凝土桥梁在世界各地已经得到了广泛应用[1]，随着桥梁跨度的加大，预应力钢束的长度也越来越长，同时这类桥型的病害也越来越多，主要有箱梁开裂、梁体断裂等质量通病。产生以上通病主要原因之一是预应力施工时，持荷时间不足，导致预应力钢束的有效预应力值比理论值偏小。目前预应力混凝土结构在设计时，通常按设计规范计算预应力损失，确定有效预应力大小。但施工过程中存在诸多不确定因素及施工水平上的差异，理论计算往往不能很好地反映结构的实际状态，故本文根据对酉阳互通桥现浇预应力箱梁张拉施工中，对预应力钢束“持荷时间与有效预应力值”进行现场测试，并根据结果，提出本桥预应力张拉施工中控制的建议；同时，也为今后类似工程的设计和施工提供重要的参考。

在如今的桥梁道路建设中，预应力施工被广泛应用，其中关键工序——张拉，其施工质量的好坏，会直接影响结构的耐久性，但是传统张拉施工，纯靠施工人员凭经验手动操作，误差率很高，无法保证预应力施工质量。智能张拉技术由于智能系统的高精度和稳定性，能完全排除人为因素干扰，有效确保预应力张拉施工质量，是目前国内预应力张拉领域最先进的工艺，所以智能张拉被广泛应用于预应力混凝土施工中。

2、工程概述

酉阳互通位于酉阳县城南桃花源社区大米坑，距酉阳县城约2km，位于重庆酉阳至贵州沿河高速路的起点，其中A匝道采用现浇连续箱梁的结构形式。本文，以酉阳互通A匝道左幅第一联现浇箱梁预应力施工为例；，进行“持荷时间与有效应力值”测试。A匝道左幅第一联共3跨，长92m，单箱双室，顶板宽8.25m，底板宽4.25m，梁高2m，腹板处布置6束预应力钢束，设计锚下张拉控制力1357.8Mpa，竖曲线要素为R-3400.000，T-41.046，E-0.248，平曲线要素为R=200，JD（AK0+667.398），a右-70049'4.2”。

3、有效应力测试

3.1有效应力测试方法

本桥钢绞线采用智能单端张拉，被动端锚固于梁内，无法安装压力传感器，因此本次有效预应力值测试时，主动端安装压力传感器测应力，被动端采用在离锚固端较近位置的钢绞线上布设应变测点的试验方案（具体试验方案见图1）。张拉时，传感器测得张拉端应力；应变片测得固定端钢束的线应变，从而计算出固定端钢束有效应力；两端应力差值即为预应力损失值。本测试内容共进行2次试验，每次取不同的持荷时间，并记录固定端钢绞线有效应力值，从而确定持荷时间与有效应力值的关系。

3.2有效应力测试计算

图纸设计：本试验钢束锚下张拉控制力为1357.8Mpa，根据《公路桥涵施工技术规范》[3]P272页公式1：

PP：预应力筋平均张拉力（N）

P：预应力筋张拉端控制张拉力（N）

x：从张拉端至计算截面的孔道长度（m）

θ：从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad）

k：孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数，取值k=0.0015

μ：预应力筋与孔壁的摩擦系数，μ=0.17

由公式1和公式2可得出：固定端设计控制应力为956.5Mpa。

3.3有效应力测试

本次试验对A匝道左幅左腹板N1-1超长预应力束进行持荷时间与有效应力值进行测试。因为智能张拉具有自动补油功能，所以试验时应从补油结束时开始计时。满荷载（即1357.8Mpa）张拉到位后，进行持荷，并分别记录持荷时间为0s、100s、150s、200s、250s、300s、350s时张拉端传感器、被动端应变片的应变值读数（数据见表1）。

3.4试验数据处理

根据应力应变公式3：

E：钢束弹性模量（1.95×105Mpa）

：钢束应变值

由公式3可分别计算出本试验钢束固定端各时间点的应力，详见表2。

根据表2绘制持荷时间与有效应力曲线图2：

3.4试验结果分析

由图2显示：在张拉应力稳定时，在一定时间内随着持荷时间的增加，锚固端的有效应力值逐渐增大；变化趋势为开始很缓慢，然后逐渐变快，再逐渐变缓，最后趋于稳定。因此，在100m左右超长预应力钢束张拉施工时，预应力钢束每级张拉应力到设计张拉力后，持荷时间宜不低于300s，建议取为350s。

4、施工结论

通过对试验的实验数据处理和分析，目标钢束在持荷时间足够的情况下，有效应力值会接近理论计算值，从而得出试验结论：在预应力施工中，有效应力值在一定持荷时间范围内，会随着持荷时间增加而增大。实测数据和理论分析结果的相对误差在6％[4]之内，说明本文提出的结论基本满足工程要求。

参考文献：

[1]冯德强．桥梁现浇箱梁施工技术[J]．交通标准化，2014，14：128-130．

[2]欧阳锦．预应力钢绞线波纹管道摩擦系数的取值[J]．中国市政工程，2000．

[3]JTG034-2000，公路桥涵施工技术规范[S]．

[4]JTGB01-2003，公路工程技术标准[S]．北京，人民交通出版社，2004．