縱向精軋螺紋鋼有效預(yù)應(yīng)力測試與研究

張 濤， 王 超， 姬 鵬

(1.河南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000；2.河南省交院工程檢測科技有限公司，河南 鄭州 450000；3.河南水建集團有限公司，河南 鄭州 450008)

0 引 言

高強度精軋螺紋鋼筋由于施工工藝簡單、操作簡便而得到廣泛使用，常作為橋梁結(jié)構(gòu)的豎向預(yù)應(yīng)力筋用于混凝土箱梁腹板中。在混凝土結(jié)構(gòu)高強度預(yù)應(yīng)力鋼筋的施工中，由于對其錨固及錨固過程中的應(yīng)力損失常常不能有效控制，故造成一些混凝土結(jié)構(gòu)的豎向預(yù)應(yīng)力不能滿足設(shè)計要求甚至失效，這也是目前我國許多箱形預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)腹板出現(xiàn)裂紋的主要原因之一[1,2]。

精軋螺紋鋼一般多用于豎向預(yù)應(yīng)力，在同類橋梁中，縱橫向的預(yù)應(yīng)力筋一般均為鋼絞線，而本項目主梁的縱向預(yù)應(yīng)力設(shè)計為32mm精軋螺紋鋼，由此帶來的問題是：

(1)精軋螺紋鋼用于豎向預(yù)應(yīng)力時，無須進行鋼筋連接，而用于主梁縱向預(yù)應(yīng)力時，在每節(jié)主梁內(nèi)都必須以連接器進行連接，在預(yù)應(yīng)力張拉環(huán)節(jié)中可能出現(xiàn)連接器脫落現(xiàn)象。

(2)工期緊張，精軋螺紋鋼數(shù)量多，張拉時間有限，質(zhì)量控制困難。

(3)精軋螺紋鋼的預(yù)應(yīng)力損失較大，技術(shù)尚不成熟。

(4)為了懸澆施工安全，預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)必須有足夠的可靠證，即滿足規(guī)范。

鑒于此，由于預(yù)應(yīng)力在掛籃懸澆施工中的重要性，測試精軋螺紋鋼的有效預(yù)應(yīng)力是否達到規(guī)范要求就顯得尤為重要，為了保證精軋螺紋鋼的有效預(yù)應(yīng)力滿足規(guī)范及設(shè)計要求，開展了有效預(yù)應(yīng)力監(jiān)測工作，得到了預(yù)應(yīng)力損失的發(fā)展規(guī)律，并提出復(fù)張拉和適度超張等措施。

1 工程概況

洛河文昌大橋(以下簡稱本工程)主橋采用(100+100)m獨塔單索面斜拉橋，塔、梁、墩為固結(jié)體系，索縱向間距5 m，橋面全寬40 m，主橋主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，斜腹板單箱五室，梁高2.8 m，主梁采用C55清水混凝土。標準節(jié)段箱梁頂板厚0.3 m，中箱室厚0.6 m，邊箱室底板厚0.3 m。箱梁底板水平，橫坡2%。箱梁內(nèi)縱向預(yù)應(yīng)力為PS930級精軋螺紋鋼，橫向預(yù)應(yīng)力包括橋面橫向預(yù)應(yīng)力和橫隔預(yù)應(yīng)力，采用1860鋼絞線。

洛寧縣文昌橋懸臂施工預(yù)應(yīng)力筋采用符合PSB930級精軋螺紋鋼，公稱直徑32 mm，fpk=930 MPa，每節(jié)段共200根精軋螺紋鋼，分節(jié)段張拉與錨固，錨具及連續(xù)器采用配套的YGM(32)精軋螺紋鋼錨具及YGL(32)連接器。張拉控制應(yīng)力為0.9fpk，經(jīng)計算，錨下張拉力應(yīng)為67.3 kN，根據(jù)《橋梁預(yù)應(yīng)力及索力張拉施工質(zhì)量檢測驗收規(guī)程》(CQJTG/T F81-2009)中6.2.2條要求，精軋螺紋鋼有效預(yù)應(yīng)力允許偏差±5%，即單根有效預(yù)應(yīng)力范圍639.4～706.7kN。

2 測試方案

預(yù)應(yīng)力損失的影響因素是復(fù)雜的，不僅有瞬時的，也有長期效應(yīng)的影響，其中錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的初期損失占比較大，此因素對預(yù)應(yīng)力損失的影響最大，應(yīng)引起高度重視[3]。在實際懸壁澆筑施工過程中，工程是不斷向前推進，工序按照流水施工安排，若監(jiān)測時間長必然會造成后續(xù)工程窩工，且影響總工期。掛籃懸澆節(jié)段由若干工序組成，精軋螺紋鋼張拉后有壓漿、索力張拉、掛籃移動等，這些工序也會影響精軋螺紋鋼的受力狀況，并干擾正常的監(jiān)測數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場混凝土試驗臺監(jiān)測數(shù)據(jù)，精軋螺紋鋼管道壓漿后1個月內(nèi)錨下預(yù)應(yīng)力損失接近于0，監(jiān)測即要保證適當(dāng)?shù)木龋膊荒苡绊懻Ｊ┕?，僅對縱向精軋螺紋鋼預(yù)應(yīng)力束壓漿前階段進行錨下有效預(yù)應(yīng)力監(jiān)測。監(jiān)測程序如下：

(1)按照設(shè)計位置安裝力傳感器，并連接好綜合測試儀。

(2)對張拉過程進行監(jiān)測。

(3)預(yù)應(yīng)力張拉并錨固后，測試預(yù)應(yīng)力值，可統(tǒng)計各精軋螺紋鋼由錨具變形、鋼筋回縮等造成的預(yù)應(yīng)力損失。若錨固后所測有效預(yù)應(yīng)力不滿足規(guī)范要求，需要重新張拉后擰緊螺母，直至錨固后有效預(yù)應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

洛寧縣文昌橋采用懸臂對稱施工，共劃分16個懸澆段，在每個懸澆節(jié)段選擇1束精軋螺紋鋼進行有效預(yù)應(yīng)力測試。監(jiān)測方法：在預(yù)應(yīng)力筋螺母與錨碇板間安裝壓力傳感器，安裝位置如圖1a所示，選用JMZX-3108HAT智能穿心式力傳感器及配套的JMZX-3006綜合測試儀作為張拉力監(jiān)測設(shè)備，設(shè)備如圖1b所示。

圖1 壓力傳感器安裝位置示意

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)與分析

在主梁1#節(jié)段進行初次測試，精軋螺紋鋼采用一次張拉，監(jiān)測時間2 d，未壓漿，精軋螺紋鋼有效預(yù)應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 1#節(jié)段J10有效預(yù)應(yīng)力測試

從圖1看出，在錨固后0～5 h有效預(yù)應(yīng)力明顯減小，在5～15 h逐漸穩(wěn)定，錨固后18 h時進行了斜拉索三張，有效預(yù)力再次發(fā)生較明顯變化，之后逐漸穩(wěn)定。

由于1#節(jié)段有效預(yù)應(yīng)力損失較大，在主梁2#、3#節(jié)段嘗試二次復(fù)張拉工藝，監(jiān)測時間2 d，未壓漿，未張拉索力，精軋螺紋鋼有效預(yù)應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖3、圖4所示。

圖3 2#節(jié)段J10精軋鋼有效預(yù)應(yīng)力測試

圖4 2#節(jié)段J15精軋鋼有效預(yù)應(yīng)力測試

鋼束預(yù)應(yīng)力總損失中占主要部分的一項為張拉錨固時由于錨具變形、錨固不到位導(dǎo)致鋼筋回縮和接縫壓縮引起的損失(約占初張拉控制力的3%)，即錨固后瞬間損失。且從精軋螺紋鋼有效預(yù)應(yīng)力的實測數(shù)據(jù)可看出，鋼束預(yù)應(yīng)力損失集中在張拉錨固后數(shù)小時內(nèi)，24 h后已基本趨于穩(wěn)定。同時，也可以看出，雖然油泵油表張拉讀數(shù)相同，但錨下有效預(yù)應(yīng)力還是相差較大，比如2#節(jié)段J10錨下有效預(yù)應(yīng)力初值673.7 kN，2#節(jié)段J15錨下有效預(yù)應(yīng)力初值715.2 kN，差值41.5 kN，這是由于工作螺母擰緊度不同造成的。

由此可見，精軋螺紋鋼預(yù)應(yīng)力筋的張拉工藝要求較高，但目前精軋螺紋鋼多用在豎向預(yù)應(yīng)力，實際施工精度要求并不高且缺少相關(guān)的科學(xué)研究。當(dāng)被用作懸澆鋼束時，保證施工安全就顯得尤為重要，應(yīng)當(dāng)提高精軋螺紋鋼預(yù)應(yīng)力施工的精準度與均勻性。

4 提高質(zhì)量的工程措施[3,4]

根據(jù)監(jiān)測成果及現(xiàn)場施工經(jīng)驗總結(jié)，采取以下措施可提高預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量：

(1)采用復(fù)張拉工藝，可以明顯減少錨固后的初期損失。

(2)錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的初期損失較大，要求適度超張拉，超張值約3%～4%。

(3)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，錨固后預(yù)應(yīng)力損失80%集中在前5個小時內(nèi)，其余持續(xù)時間內(nèi)，損失占比較小。

(4)其他工序影響預(yù)應(yīng)力測試的準確性，應(yīng)在監(jiān)測結(jié)束再開展下一施工工序。

(5)張拉過程應(yīng)遵循“對稱張拉，跳槽張拉”的方法。

(6)精軋螺紋鋼張拉過程中，人為因素影響較大，需要并規(guī)范張拉、錨固工藝，組織固定人員完成預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)，定期進行培訓(xùn)、技術(shù)交底。

(7)確保錨墊板施工位置的準確性，保證螺母與錨墊板貼合良好。

(8)由于費用因素，不可能對每一根精軋鋼筋均進行有效預(yù)應(yīng)力測試，建議在設(shè)計階段，將力傳感器等費用列入工程量清單，計入綜合單價。

(9)對精軋螺紋鋼的機械連接采取全數(shù)檢查方式，以力矩扳手逐根驗收，確保所有鋼筋連接質(zhì)量符合要求。

5 結(jié)束語

本文闡述了洛寧縣文昌橋縱向有預(yù)應(yīng)力的監(jiān)測方法和結(jié)論，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和施工過程總結(jié)了施工質(zhì)量的保證措施，橋梁建成后線形和應(yīng)力控制良好，足以說明本監(jiān)測成果及改進方法是有效的。雖然施工良好，但進行經(jīng)驗總結(jié)，仍發(fā)現(xiàn)一些缺點：

(1)由于成本限制，未對每根螺紋鋼配制壓力環(huán)，從而未能更好地控制有效預(yù)應(yīng)力。

(2)精軋螺紋鋼控制應(yīng)力較鋼絞線小，因此數(shù)量更多，施工時間較長。

(3)各節(jié)段間使用了大量的連接器，個別連接器質(zhì)量差造成連接效果不佳，甚至出現(xiàn)個別螺紋鋼拉脫。