后张法混凝土桥梁预应力施加质量检测方法的研究.pdf

2 0 1 1年第 5期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne er i n g 1 9 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 1 9 0 3 后张法混凝 土桥梁预应 力施加质量检 测方法 的研究 程建军 ， 梁龙龙 ( I 石河子大学 水利建筑工程学院 ， 新疆 石河子8 3 2 0 0 3 ； 2 中铁西北科学研究院有限公 司， 兰州 7 3 0 0 0 0 ) 摘 要 ： 基 于 高速 公路预 制 梁的现 场试验 结 果 ， 阐述 了对 于 已经锁 定未 注浆 的锚 索再次 张拉 检 测预应 力施 加 质量 的技 术 流程 与原理 ， 并分析 计 算 了该技 术方法 的检测锚 固损 失 率。 实践证 明 ， 该技 术 方法 用于检 测后 张 法混凝 土桥 梁预 应 力施加 质量 ， 在理 论上 有据 可循 ， 在 技 术上便 于施 工操 作 。 关键 词 ： 后 张 法 预应 力 检 测 中图分类 号 ： U 4 5 5 4 7 1 文献标 识码 ： B 预应力 混凝 土桥梁 具有 断面尺 寸小 、 梁体 轻 、 抗 裂 性强 、 便于预制等优点， 在高速公路建设 中被广 泛使 用 。但 在实 际生产 中 ， 由于专业 技术 人员 相对不 足 ， 以 及各种施 工 管理 、 监 督措施 相对 滞后 与不完 善 ， 产生 的 预应力结 构质 量事故 和质 量隐 患屡见 不鲜 。 国内 已多 次发生 梁片 尚未 出厂 ， 梁底 已发 生破 坏 性 开 裂 和 断裂 的严重质 量事 故 ， 安 全质量 隐患 十分 突 出。 因此 ， 为 了及时 发现 预 应 力 结构 构 件 在施 工 中可 能存 在 的上 述质 量 隐患 ， 有 必要 研 究 开 发 一种 检 测 技 术对预应力工序的施加效果进行质量检测和评价 ， 从 而避 免人为 管理 和监督 的不 足 。同时通 过检测 发现 问 题并 采取措 施进 行补 救 ， 用 以消 除 质量 隐 患 。本 文 通 过现 场试验 ， 提 出的预应 力施 加质量 检测技 术 ， 对于 提 高 国内预应力 桥梁 的施工 技术 水平 和施工 质量具 有重 要 的意义 。 1 试验研究 内容与原理 1 1试验 内容 为 了研 究检 测后 张法混 凝土桥 梁预 应力 状态 和总 结检 测技术 ， 2 0 0 8年 4月 81 1 E l 对永 武 高 速公 路 东 池大桥 左线 1 5 4 T形 预应 力梁进 行 了试 验 。 东 池大桥 左线 l 5 4 T形 梁 为 3月 2 0 日浇筑 完 成 的 3 0 m长 预应力 梁 。试 验 预应力 筋 N 1 为 西 1 5 2 8曲线布筋 ， 试验张拉控制力为1 0 0 0 k N， 试验过程 中 采用单端张拉。 本试验主要 内容有锁定锚 固损失测定试验 、 锚下 预应 力检测 试验 、 锚 下 预应 力 检 测 锚 固损 失 试 验 。试 验可以通过两个具体的试验完成 ， 分别为： 锁定锚固损 收稿 日期： 2 0 1 0 1 2 - 3 0 ； 修 回日期 ： 2 0 1 1 O 1 3 O 作者简介： 程建军 ( 1 9 7 9 一) ， 男 ， 河北衡水人 ， 副教授 ， 工学博士。 失 的测定 试验 、 锚 下 预 应力 检测 ( 包 括 锚 下 预 应 力 检 测锚 固损 失 ) 的试 验 。 1 2锁定 锚 固损失测 定试 验布置 锁 定锚 固损 失 ， 即锚索 在张拉 到锁定 荷 载后卸 载 ， 卸载前 后锚 下预 应 力差 值 。本 试 验 布 置如 图 1 所 示 ， 通过在 梁一 端工作 锚具 前后 安装测 力计 ， 一端 张拉 ， 试 验 过程 中量测 记 录卸载 前后测 力计 5 ， 1 0的差值 。 1 2 3 1 4 6 7 R q 1 n 1 1 1 ， l J 叶 J f 注 ： 1 ， 7 ， 1 2夹片 ； 2， 6工作锚板 ； 3 ， 4垫板 ； 1 3梁 5， 1 0测力计 ； 8限位板 ； 9千斤顶 ； 1 1工具锚板 。 图 1 锁定锚固损失测定试 验布置 1 3 锚 下预 应 力 检 测 ( 包 括锁 定 锚 下 预 应 力检 测锚 固损失 ) 的试 验原理 根据 预应 力桥 梁梁 体 的施 工 阶段 ， 将 预 应 力桥 梁 梁体 施工 分为 三个 阶段 ( 图 2 ) 。 本次试 验 针对第 二 阶段 的 预应 力 筋 张拉 锁 定 后 ， 检测 其锚下 预应 力值 。试验 的原 理是对 于 已经锁定 未 注浆 的锚索 再次 张拉 ， 当检 测 张拉 力 达 到 平衡 锚 下 真 实预应 力 ( 启 动点 A ) 、 克服孔 道反 向摩 阻 、 补偿 孔道 反 向摩 阻影响 段 内正 向摩 阻后 ， 使 得 锚 索 受力 恢 复 到施 工 张拉 锁定 前 的受 力 状态 ， 即 图 3所 示 检测 张 拉 松 动 点 B状 态 。检 测 张拉 力 使 得 锚 索恢 复施 工 张拉 锁 定 前 的受力 状 态后 ， 再 张拉 一 段 B C， 此 时 B C的斜 率 和 施 工 ( 或 理论 计算 ) P S曲线 斜 率 一致 。依 据 该斜 率 寻 找检测 张拉 松动点 B， 进 而计 算锚 下预应 力标准 值 。 图 3所示 为 检 测 张 拉 的 P s曲 线 ， 可 将 其 分 为 2 0 铁道建筑 钢 筋 绑 扎 、 立 模 l 预应力梁混凝土浇筑、养护 l n。，。 _n-一一，一_一，- 一 L 预 应 力 筋 安 装l 一 r一 预 应 力 筋 张 拉 l 一 r一一 l 孔 道 注 浆 l 一 预 应 力 筋 切 割 、 封 锚 及 其 它 l 图 2预应力 粱施 _T阶段 s| sR Si S S n 一 预应力筋变形S m m 注 ： 为检测张拉启动 张拉力 ； P 为检测 张拉松动 张拉力 ； P 为检 测 张拉力 ； Pc为检测张拉 终止力 ； S 为检测 张拉系统 变形 ； S 为检 测 张拉到锚头松动的位移 ； S i 为检测张拉工作锚头位移 ； S 为检测张 拉终止时锚头位移； S ， 为施工张拉到锁定荷载时锚头位移。 图 3 预应力桥梁锚下预应力检测原理示意 如下三 个 阶段 ： 1 ) 当检测 张拉 力 P ， 小 于 P 时 ， 即 P 一 5曲线 段 ， S 表示检测 张拉 系统受 力变形 ； 2 ) 当检测 张拉力 尸 在 P ， P 之 间 时 ， 即 J P S曲 线 A B段 ， s 一 S 表 示 张 拉力 克 服 孑 L 道 与 钢铰 线 之 间 反向摩阻时钢铰线的变形量( 即锁定锚固损失 ) 。 3 ) 当检测 张拉力 P ， 在 P ， P 。 之 间时 ， 即 P 一s曲 线 B C段 ， S 一S 表 示 张拉 力使 得 整 体钢 铰线 变 形 的 变化量 。 O E段为施 工 张拉 阶段 的 P 曲线 。 根据 图 3所 示 为 检 测 张 拉 的 P S曲线 ， 当 检 测 张拉 力 超 过 张拉 松 动 点 后 ， 检 测 张拉 的 P 曲线 和实际施 工张拉 的 P 一 5曲线斜 率 相 等来 寻 找检 测 张 拉松 动点 曰 。方法 为 ： B C段 即检测 张 拉力 平衡 锚 下真 实预 应力 ， 克服孔 道反 向摩 阻 ， 补偿 孔道 反 向摩 阻影 响 段内正向摩阻后 ， 整根锚索恢 复到施工张拉时的变形 状态 ， 所 以和 O E段 斜 率应 当相 等 。根 据上 述 条 件在 实 际张 拉 过程 中 ， 加 密 邻 近 A B段 时 的 JP S曲线 ， 利 用施 工 张拉 ( 理论 计算 ) P s曲线 ( 直线 ) 平 移至 检测 张拉 J P s曲线 C点 ， 检测张 拉 P S曲线 与该直 线 的 交 点 即为 B点 ， 其 对应 的 张拉 力则 为 检测 张 拉松 动力 P日 。 确定 检测 张拉松 动 点 曰后 ， 可 通 过下 式计 算 锚 下 预应 力 P， 也等 于检测 张拉启 动 张拉力 P P = P A = P 8一 P F M = P1 一 P B一 P F M 1 其 中 ， P 为检测 张 拉 启 动力 ； P 为 检测 张拉 力 ； P 为孔道 反 向摩 阻 ； P 为 检测 张 拉 松动 力 ； P 为锚 索 变 形 ( S 一 S 。 ) 所对 应 的张拉 力 。 2 试验及数据处理 2 1锚 下预应 力检 测 东 池大桥 左线 l 5 4 T形 梁 为 3月 2 0日浇 筑 完 成 的 3 0 m 长 预 应 力 梁 。 试 验 预 应 力 筋N l 为 1 5 2 8曲线 布筋 。试验 张拉控 制力 为 1 0 0 0 k N 。 试 验锚 具 采 用梁 场现 场 锚 具 ( 湖南 衡 阳产 F Y M 系 列 锚 具) 及限位板 ( 6 m m刻槽深) ， 试验过程中采用单端张 拉 ， 力筋 总 回缩 量取 6 8 m m。根 据现 场试验 测得检 测 张拉 和 单 端施 工 张 拉 的 P s曲线 ( 图 4) ， 通过 拟 合 P 5曲线 寻找检 测张拉 松 动 点 相 应 的 张拉 力和 试 验得出的锚固损失， 计算锚下预应力值 P 。 1 ) 寻找 检测 张拉松 动点 的方法 B C段 即检测 张拉 力平衡 锚下 预应力 ， 克服孔 道反 向摩 阻 ， 补偿 孔道 反 向摩 阻影 响段 内正 向摩阻后 ， 整根 锚索恢 复 到施 工 张 拉 时 的变 形 状 态 ， 所 以和 O E段 斜 率应 当相 等 。根 据上 述 条件 在 实 际 张拉 过 程 中 ， 加 密 邻 近 A B段 时 的 P S曲线 ， 利用 施工 张拉 ( 理论 计算 ) P S曲线 ( 直线 ) 平移 至检测 张拉 P S曲线 c点 ， 检 测 张拉 P S曲线 与该 直 线 的 交点 即为 日点 ， 其对 应 的张拉动力 尸 即为检测张拉松动力。 2 ) 锚 固损失 的确 定 本次试 验通 过两 次单端 张拉 锁定后 确定 了实际锚 具 的锁定 锚 固损 失值 ， 如表 1 。 表 l 实测锚 固损失及理论计算损失比较 2 0 1 1 年第 5期 后张法混凝 土桥梁预应力施加质量检测方法 的研究 2 1 3 ) 锚 下预 应力标 准值 P 计算 根据 图 4和表 2确 定检 测张拉 松动 点 B和锁定 锚 固损失 后 ， 通 过式 ( 1 ) 计 算 锚 下 预 应 力值 P及 检 测 的 误差率 。 P = P = PB P， M = 9 3 6 8 9 7 4 = 8 3 9 4 kN 检 测误差 计算 如下 ： 差 ： 1 0 0： ： 二 ： 1 0 0： 一 1 2 7 8 5 01 8 。 Z 位 移 量 5 m 注 ： P 为检测张拉启动张拉 力； PD为锚 索锁定锚 固后 锚下真实 预 应力 ； P 为检测张拉松动力 ； P 为施工张拉 锁定张拉力 ；S 为检 测张拉设备变形 ； S 为检测 张拉松动 时锚 头位移 ； S 为 施工张 拉 锁定时锚头位移 ； ( S E -S 。 ) 为锁定锚 固时锚头回缩位移 。 图 4锚下预应力检测张拉与施工张拉 P 一5曲线 表 2 锚下预 应力检测与施工张拉 P s曲线 各 特 征 点 的相 应 值 2 2锚 下预 应 力检 测锚 固损 失试验 当检 测 张拉力拉 到 C点后 ， 卸 载 使得 限位板 回顶 工作 夹 片锁定被 检测 张拉 力拉动 的工 作锚具 。锁定 后 检测测力计值为8 4 9 2 2 k N。 计算锚下预应力检测锚固 损失率 6 埘为 ： 1 00： 01 1 3 m一 8 5 0 1 8 一 2 3试 验 结论 通过本 试 验锚 下 预 应 力 检 测 锚 固损 失 率 可 以看 出 ， 通 过该 方法检测 后 张 法 混凝 土梁 预应 力 施 加 质量 误 差 小 ， 是 可行 、 可靠 的。 3 讨论 在实 际检测 过程 中需要 确 定 锁定 锚 固损 失值 ， 可 以根据 混凝 土结构设计规 范( G B 5 0 0 1 0 -2 0 0 2 ) 第 6 2 3条 ， 但是 混凝土结构设计规范 对于 曲线力筋 仅 限 于 曲线 段对应 圆心 角 3 0 。 的情 形 ， 且 分段 计算 公 式 中需 用到 力筋 内部 转 折点 处 的应 力 值 ， 使 得 计算 复 杂 。在批 量 较大 的场 合 ， 或 可用 本 文 提供 的方 法确 定 锚 下预应 力值 。 4 结 语 通 过本 次 2 0 0 8年 4月 9 ， 1 0 E l 对永 武高 速公路 东 池 大桥 左线 1 5 4 T形 预应 力梁进 行 了锁 定锚 固损 失 测 定试验 、 锚 下预应 力检 测试验 、 锚下 预应力 检测锚 固 损失试验； 建立了检测锚下预应力的方法和计算锚下 预应 力检 测标 准值 的方 法 ， 并 为 检测 预 应 力 桥梁 锚 下 预 应力 提供 了一种 方法 。 参 考 文 献 1 崔国宏 钢筋混凝 土桥 梁安 全检测 方法研究 D 武汉 ： 武 汉大学 ， 2 0 0 4 【 2 应文宗 预应力锚 固体 系受 力分析 研究 D 重 庆 ： 重 庆交 通 学 院 ， 2 0 0 2 3 王继 成 预 应 力 张 拉 锚 固 自动控 制 综 合 测 试 仪 ： 中 国， 0 1 2 5 6 8 2 0 1 P 2 0 0 2 0 9 1 8 4 吴玉 财 ， 张 国炳 ， 李 芬 预 应力 锚 索拉拔 力 检测 技术 研 究 J 交通科技 ， 2 0 0 6 ( 5 ) ： 3 6 3 7 ， 5 9 5 金秀梅 ， 彭彦彬 ， 杜彦 良 大型预 应力混凝土 结构预应 力筋 应力 测试技术研究 J 铁道建筑 ， 2 0 0 8 ( 9 ) ： 9 1 1 ( 责任 审编 孟庆伶)