鋼絞線回縮值的測定方法及應用研究

梁曉東

（湖南聯(lián)智橋隧技術有限公司，湖南長沙410110）

鋼絞線回縮值的測定方法及應用研究

梁曉東

（湖南聯(lián)智橋隧技術有限公司，湖南長沙410110）

鋼絞線回縮值的準確測定一直是預應力施工的難點，現(xiàn)介紹了三種測量鋼絞線回縮值的方法，其中基于預應力智能張拉系統(tǒng)的測量法，其可信度高、便于應用于工程實踐，值得推廣應用。

回縮值；智能張拉；有效預應力

0　引言

近年來，通過大量的橋梁檢測發(fā)現(xiàn)有效預應力與設計值偏差很大，部分預應力橋梁在使用僅僅10 a左右就出現(xiàn)了不同程度的病害、被迫拆除，甚至發(fā)生安全事故。這一現(xiàn)象引起了工程界對預應力張拉控制應力和錨固后錨下有效預應力的高度關注。智能張拉系統(tǒng)將張拉控制應力精度控制在±1%以內(nèi)，達到并超過了規(guī)范要求。

錨下有效預應力是指錨固后鋼絞線上的應力。對于采用低松弛鋼絞線的情況而言，張拉控制應力與錨下有效預應力的區(qū)別在于錨固時鋼絞線的回縮值大小?；乜s值大則差別大，預應力損失大；回縮值小則差別小，預應力損失小。因此，準確測定鋼絞線的回縮值對保證有效預應力具有重要意義。

1　測夾片錨杯法

在張拉過程中，使用的限位板有一個限位槽口，見圖1所示。張拉施工時，工作夾片隨鋼絞線一起移動到限位槽口底部時停止移動；張拉結束后，在卸載錨固的瞬間，鋼絞線與夾片向梁體方向移動，夾片對鋼絞線進行自鎖；鎖緊鋼絞線后，工作夾片一般會露出一定距離在工作錨具平面外，稱為錨杯。將限位槽口深度記為A，錨杯高度記為B，鋼絞線回縮值記為H。利用這種方法測出來的回縮值為：

通常情況下，所使用限位板的槽口深度為6mm、7mm兩種，筆者對張拉完后的B進行了量測，根據(jù)夾片的種類不同而不同，均值為1～3mm，利用式（1）進行回縮值計算，則鋼絞線的回縮值為3～6mm。采用這種方法進行回縮值計算出的回縮值均在規(guī)范要求的6mm以內(nèi)，符合規(guī)范和設計要求，但大量錨下有效預應力檢測發(fā)現(xiàn)，錨下有效預應力與設計值偏移較大。

測錨杯法的核心在于假定鋼絞線與夾片之間沒有相對滑移，即鋼絞線與夾片共同運動至工作錨錨穴時鋼絞線即刻被夾片鎖住。無論是瞬間回油還是緩慢泄壓，鋼絞線與夾片之間是否存在相對滑動需要進一步探索。

圖1　張拉施工時限位板工作錨西部結構圖

2　直接測量鋼絞線法

要想準確測定鋼絞線的回縮值，則需要直接測量鋼絞線在張拉錨固瞬間的回縮值。筆者設計了一種直接測量鋼絞線回縮值的系統(tǒng)，如圖2所示，并進行了相當數(shù)量的試驗。采用一壁厚為12mm、長度為250mm的鋼管套筒放置在梁體與工作錨之間，在鋼管套筒上開一個長80mm、寬20mm的槽口，夾扣裝置通過槽口進去夾住鋼絞線，夾扣裝置與位移采集裝置相連，位移信號處理設備為動測儀。試驗時，先張拉至目標值，然后將位移裝置向千斤頂側移動至量程的80%，然后將夾扣裝置鎖緊鋼絞線，連接好動測儀后，開始泄壓退頂，采集回縮值信息。圖3為直線測量鋼絞線回縮值試驗實景。

圖2　直接測量鋼絞線回縮值系統(tǒng)示意圖

圖3　直接測量鋼絞線回縮值試驗實景

試驗采用同一副限位板，限位槽口深度6mm，3副不同廠家的工作夾片各進行試驗20次，將20次試驗結果的均值作為回縮值的真實值，并與測量錨杯法進行對比。試驗結果見表1所列。

表1　直接測量法與錨杯測量法回縮值的對比表（單位：mm）

試驗結果發(fā)現(xiàn)，錨杯法與直接測量法得出的鋼絞線回縮值存在一定的差別，即鋼絞線與夾片之間存在相對滑移，其滑移大小與夾片的錐度和硬度有關，錐度越大，滑移越小，硬度越大，滑移越小。錨杯法測出的回縮值在規(guī)范范圍內(nèi)的實際回縮值不一定在規(guī)范范圍內(nèi)，其主要取決于相對滑移的大小。直接測量法雖能準確地測定回縮值數(shù)據(jù)，但是此法僅僅適用于小批量的試驗，對于大量的工程實踐卻不能使用。

3　基于智能張拉系統(tǒng)的間接測量法

智能張拉系統(tǒng)是利用計算機技術控制機械動作進行預應力施加，應力控制準確、數(shù)據(jù)采集真實可靠。系統(tǒng)本身自帶的位移傳感器可以采集鋼絞線的回縮值，不需要另行添加設備。一般認為千斤頂?shù)挠蛪盒遁d至初應力時，夾片已經(jīng)鎖住鋼絞線，而此時鋼絞線仍在繃直狀態(tài)，承受一定力值。將持荷時間的位移值減去此時的位移值再減去部分彈性回縮值就是鋼絞線的回縮值，其中鋼絞線持荷時的位移值記為Lk，泄壓至初應力的位移值記為Lo，部分彈性回縮值特指千斤頂內(nèi)鋼絞線的收縮值記為LQ，則回縮值計算公式為：

式（3）中：σ0、σk——分別指張拉初應力和張拉控制應力；

P——張拉力；

L1——千斤頂內(nèi)工作長度；

E、A——分別指鋼絞線彈性模量和面積。

利用式（2）、式（3）在工程實際應用中發(fā)現(xiàn)基本上沒有回縮值是在6mm以內(nèi)的，與實際不符。而大部分夾片的錨固回縮值室內(nèi)試驗時合格的，因此，這種計算方式不準確。

實際上，在張拉至目標值時，千斤頂、鋼絞線的工作狀態(tài)如圖4所示。此時從工作錨至工具錨之間的鋼絞線均承受張拉控制應力，在泄壓時，此段鋼絞線會收縮，其收縮值要大于LQ，即多了段Lk長度鋼絞線的回縮值，且這個值是隨著Lk而變化的，若Lk達到100mm，此值約為0.65mm。

因此筆者認為準確的回縮值計算公式應為：

其中：δ為張拉控制應力下的鋼絞線伸長率。

圖4　采用智能張拉系統(tǒng)進行鋼絞線回縮值測定的曲線圖

將式（4）應用于工程實際，發(fā)現(xiàn)具有較好的可信度和較高的穩(wěn)定性，先摘錄10組數(shù)據(jù)如下，見表2所列。

按要求設定之后，張拉曲線的位移曲線在從張拉控制應力泄壓至初應力的過程中出現(xiàn)明顯的拐點，如圖4中的位移曲線所示，在壓力曲線上也可以明顯看出泄壓與退頂是兩個不同的過程。從表2的數(shù)據(jù)可以看出，其測量值與直接測量鋼絞線得到的數(shù)值相近。

表2　智能張拉系統(tǒng)測定回縮值數(shù)據(jù)表（單位：mm）

4　結語

本文介紹了3種測量與計算鋼絞線回縮值的方法，并進行了相應的應用研究，對每種方法的優(yōu)劣性和準確性進行了判斷，測錨杯法準確度稍低；直接測鋼絞線法準確度高，但無工程實際應用的可行性；基于智能張拉系統(tǒng)的間接測量法，可靠度高，可應用于工程實踐。

U445.4

A

1009-7716（2015）01-0142-03

2014-08-29

梁曉東（1973-），男，湖南人，高級工程師，公司總經(jīng)理，從事橋梁、隧道檢測及工程技術研究工作。