詹桂超，刘冠之

（1.佛山市交通运输工程质量监督站，广东佛山 528041；2.山东大学岩土与结构工程研究中心，山东济南 250061）



基于拉脱法的预应力钢绞线张拉力测试分析

詹桂超1，刘冠之2

（1.佛山市交通运输工程质量监督站，广东佛山 528041；2.山东大学岩土与结构工程研究中心，山东济南 250061）

摘要：预应力钢绞线张拉力对预应力构件正常工作有着至关重要的作用。文中阐述了拉脱法测试预应力钢绞线张拉力的原理，通过模型试验，运用新的数值分析理论，建立与钢绞线张拉力密切相关的曲线回归方程，从而确定钢绞线张拉力值，为钢绞线张拉力检测提供参考依据。

关键词：桥梁；预应力钢绞线；拉脱法；张拉力

近年来，桥梁工建设得到飞速发展，许多问题也伴随而来，预应力箱梁桥裂缝的防治就是其中较为突出的问题之一。对于传统的大跨径预应力梁桥，箱梁开裂必然伴随着跨中过量下挠病害。纵观现代桥梁史，因长期形变而引发的特大桥梁事故时有发生。周家刚、Robertson I.N.等国内外学者对箱梁开裂引发的病害有过深入研究，一致认为连续刚构桥开裂及下挠主要是由于纵向预应力不足所导致。在桥梁施工过程中，考虑到施工人员素质、施工环境、突发事件等原因，纵向预应力张拉力不足这一现象普遍存在，对大跨径梁桥的营运和结构稳定造成极大的安全隐患。因此，预应力构件内部的工作应力检测一直是土木工程领域重点关注的问题。

该文采用拉脱法，借助张拉力与延伸量的曲线特征，提出一种新的数值分析理论，建立与张拉力相关联的曲线回归方程，为张拉力检测提供参考依据。

1　工作原理

如图1所示，基于拉脱法的预应力钢绞线张拉力测试主要通过对单根预应力钢绞线进行反拉，在穿心式千斤顶和工具锚之间安装穿心式压力传感器，并用高精度位移计测试钢绞线延伸量，从而获取张拉力与延伸量之间的关系曲线。

理论条件下拉脱法荷载与位移曲线应为折线，但实际操作过程中，工作锚、垫板、千斤顶之间的微小缝隙及夹片受力会产生内滑现象，导致无法呈现出较为明显的折线（见图2）。

图1　检测装置示意图

图2　张拉力-延伸量关系曲线示意图

从图2（b）可看出：实际荷载-位移不规则曲线可分为O—A、A—B、B—C、C—D 4个阶段。

O—A段：该阶段为消除结构之间初始缝隙阶段。外露段钢绞线张拉力增长缓慢，而夹片与钢绞线之间的摩阻力保持不变。

A—B段：该阶段外露段钢绞线张拉力逐渐增大，而夹片与钢绞线之间的摩阻力与O—A阶段保持一致。

B—C段：该阶段夹片与钢绞线发生脱离，摩阻力逐渐减小。当张拉力达到拐点C处时，夹片与钢绞线完全脱离。

C—D段：该阶段自由段的钢绞线与外露段的钢绞线应力完全一致。

2　模型试验

2.1试验模型

试验采用C50砼、OVM15-3群锚体系、15-7ϕ5预应力钢绞线。在砼构件内部设3条平行等间距波纹管孔道作为对照，并在波纹管内部设置钢绞线。为方便叙述，将3根钢绞线编号为1、2、3。钢绞线参数见表1，砼构件模型见图3。

表1　钢绞线参数

图3　砼构件模型

2.2试验准备与设备

出于试验方法的需要，检测前需保证模型内钢绞线已张拉完毕，同时外露段钢绞线未进行切割且波纹管孔道内部不进行压浆操作。

选取DH5923作为频率采集仪器，采样频率为20 Hz；位移计检测精度达0.01 mm，量程100 mm；压力传感器检测精度达0.001 N，量程25 t。位移计及压力传感器的检测精度可基本保证检测数据的准确、有效。

2.3数据采集

在外露段钢绞线上依次安装退锚器、垫板、穿心式压力传感器等设备。采用单端钢绞线张拉千斤顶进行张拉，张拉过程中，一旦夹片脱离锚具（见图4），立刻停止张拉。

3　数据分析及处理

模型试验共对1、2、3号钢绞线张拉力进行检测，检测结果见图5。

图4　夹片状态示意图

图5　钢绞线张拉力检测结果

从图5可看出：检测数据毛刺状波动随着张拉力的提高而逐渐明显，这是由千斤顶回油所导致的，属于正常现象。

为快速、有效地分析处理数据，提出如下数据处理原则：1）将通过压力传感器获取的压力值换算成以吨为单位的数据；2）考虑到采集数据较多，仅对影响权重较大的数据进行分析处理，将位移10 mm以上的数据作为研究对象；3）为提高处理精度，回归分析时采用六次高阶多项式进行拟合，并保留小数点后8位数。

基于上述数据处理原则，对1、2、3号钢绞线张拉力检测数据进行分析处理，得1号钢绞线回归分析曲线方程为：

2号钢绞线回归分析曲线方程为：

3号钢绞线回归分析曲线方程为：

对回归分析曲线方程取一阶导数，确定回归分析方程斜率趋于零的力的大小（见图6）。

图6　钢绞线斜率曲线

根据图6可判断钢绞线张拉力值的大小：1号钢绞线张拉力为22.3 t，2号钢绞线张拉力为22.1 t，3号钢绞线张拉力为20.6 t。

4　结论

张拉力与钢绞线伸长量之间有着较为明显的关系，当夹片与锚具分离时，其外露段钢绞线受力与内部钢绞线受力相一致。采用拉脱法对预应力钢绞线张拉力进行测试，根据钢绞线张拉力检测数据推算斜率曲线，斜率值趋于零所对应点处的力即为钢绞线的张拉力值。根据模型试验结果，该方法的检测精度在5%以内，可以满足设计和施工要求。

但在工程应用过程中，拉脱法会对钢绞线产生二次夹伤，故预应力钢绞线受力长期影响因素有待进一步论证。

参考文献：

［1］ 钟新谷.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝防治与研究［J］.工程力学，2004，21（增刊1）.

［2］ 廖娟，叶贵如，徐兴.预应力混凝土箱形连续梁桥裂缝成因分析及对加固方案的评价［J］.中国公路学报，2004，17（1）.

［3］ 詹建辉.特大跨度连续刚构主梁下挠及箱梁裂缝成因分析［J］.中外公路，2005，25（1）.

［4］ 周家刚，尹新刚.在役预应力混凝土桥梁预应力检测技术：现状、技术难点与展望［J］.公路交通科技：应用技术版，2011（6）.

［5］ Robertson I N.Prediction of vertical deflections for a long-span prestressed concrete bridge structure［J］. Engineering Structures，2005，27（12）.

［6］ 林新元.箱梁施工期防裂技术及裂后评估理论和工程应用［M］.北京：人民交通出版社，2012.

［7］ Bazant Z，Yu Q，Li G.Excessive long-time deflections of prestressed box girders.Ⅰ：record-span bridge in palau and other paradigms［J］.Journal of Structural Engineering，2012，138（6）.

［8］ Bazant Z，Yu Q，Li G.Excessive long-time deflections of prestressed box girders.Ⅱ：numerical analysis and lessons learned［J］.Journal of Structural Engineering，2012，138（6）.

［9］ 付丹.预应力锚索工作应力的检测方法研究［D］.北京：清华大学，2010.

［10］ 郭琦.复杂预应力体系梁式结构有效预应力预测理论与方法研究［D］.西安：长安大学，2009.

中图分类号：U448.21

文献标志码：A

文章编号：1671-2668（2016）03-0191-03

收稿日期：2016-02-22