預應力混凝土橋梁錨下有效預應力檢測

摘要 為提高預應力混凝土橋梁張拉控制質量，該文依托于某工程項目，開展對錨下有效預應力檢測結果的分析研究。采用內(nèi)插法求出相應的錨固有效預應力標準值，根據(jù)彈模效應、最小應力跟蹤原理以及反拉法原理，計算并比較預應力實測值與規(guī)范計算值。實證應用結果表明：不同長度和類型的構件在預應力施加后，其實際預應力值大多在±6%～±9%的范圍內(nèi)波動。所以應保守地將預應力損失預估值超張拉提高3%～5%。

關鍵詞 錨下預應力；有效預應力；橋梁檢測；預應力損失

中圖分類號 U445.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0091-03

0 引言

近年來，隨著道路交通量的不斷增加和車輛超載現(xiàn)象的出現(xiàn)，已建梁橋已出現(xiàn)不同程度的病害和變形，為了增強道路性能，需要提高已建橋梁的可承載預應

力[1，2]。當前，針對預應力混凝土橋梁錨下有效預應力的檢測方法已有一定研究，但這些方法往往存在操作復雜、精度不足等問題，難以滿足實際工程需求[3]。在此背景下，該文旨在通過系統(tǒng)分析預應力混凝土橋梁的力學性能，研究錨下有效預應力的檢測技術，并提出一種改進的錨下有效預應力檢測方法。

1 力學性能分析

1.1 施加預應力對橋梁變形的影響分析

對于預應力混凝土橋梁工程項目而言，通過施加預應力能夠有效減少結構裂縫，增加結構耐久性，充分發(fā)揮材料的高強度特性，防止混凝土出現(xiàn)裂縫，降低結構的重量，提高橫梁的承載能力。

在預應力作用下，由于經(jīng)常采用的是超張力方法，因此力筋在使用過程中的最大應力大都出現(xiàn)在這一時期。在混凝土中，通過預應力測試錯縫部位的承載能力，因為此時混凝土的齡期較短，強度尚未達到最大，因此有可能出現(xiàn)局部斷裂[4]。所以，在張拉前，應事先對每種力筋進行張拉順序的研究。

在進行預應力轉移的時候。對先張型構件，預應力的轉移只需一次進行，而且在較短的時間內(nèi)進行；而后拉構件的傳遞是循序漸進的，每根梁的預應力都是一個接一個地傳遞給混凝土。在這種情況下，由于預應力的損耗很小，因此在結構上往往是最危險的，因此必須考慮到自身的重量[5]。如果一根簡支梁端處沒有合適的襯墊，那么在混凝土澆筑過程中，由于自身重量所帶來的正彎矩作用將會消失，而預應力則會使梁上部的纖維產(chǎn)生較大的張應力，從而導致梁的整體破壞。

1.2 錨下有效預應力計算公式

在預應力混凝土橋梁錨下預應力中，有效預應力值可通過下述公式計算得出：

式中，σpe——有效預應力（MPa）；Scon——張拉控制應力（MPa）；σl——預應力損失值（MPa）。其中Scon為預應力筋在錨固之前張拉時的容許應力，其大小與預應力筋的性質有關。張拉控制應力大小對預應力的影響很大。張拉控制應力越高相應的預應力混凝土構件中建立的有效預應力就越大。但是，如果張拉過程中出現(xiàn)超張拉，則有可能使預應力鋼絞線應力接近甚至已經(jīng)達到了鋼筋的屈服階段，產(chǎn)生塑性變形或者發(fā)生滑絲、斷絲等現(xiàn)象，因此，此類構件的最大特點是：當構件發(fā)生開裂時，其受力與結構失效時的載荷基本一致。一旦出現(xiàn)裂紋，就會迅速擴大，甚至在有裂紋結構出現(xiàn)后，就會立刻發(fā)生斷裂，而在破壞前期沒有明顯的征兆表明斷裂可能發(fā)生，這是一種典型的脆性破壞。相反的張拉控制應力越低，預應力混凝土構件中建立的有效預應力也越小，也就是說在構件預應力混凝土受拉區(qū)，有效預壓尚未充分發(fā)揮作用。

σl預應力損失值是指在張拉完成后，在其隨后的正常工作中，預應力筋與管道壁之間的各類損耗。有許多因素會導致預應力的損耗，就連產(chǎn)生的先后時間也不一樣，兩種施工方法的預應力損失也不盡相同。其中，第一類是短期損失，第二類是長期損失。

在實際施工過程中，如果遇到實際產(chǎn)生的預應力損失值和設計值不一樣的情況，在預應力筋張拉階段允許超張拉以便準確地建立有效預應力。

2 錨下有效預應力檢測

2.1 檢測設備選型

在對檢測設備的具體型號進行選擇時，需要結合檢測條件以及預應力檢測的需要，盡可能選擇比所需設備性能更高一級的設備型號，以此確保設備應用性能不會對檢測結果造成干擾。

該項目采用YJC-02型反拉法預應力檢測儀和MYL JC220-B型預應力檢測儀，檢測儀器包含泵站系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)和千斤頂系統(tǒng)。YJC-02型反拉法預應力檢測儀以其高精度、高穩(wěn)定性和易操作性脫穎而出，而MYL JC220-B型預應力檢測儀則以其強大的數(shù)據(jù)處理能力和優(yōu)良的適應性成為該研究中的最佳選擇。這兩款設備不僅能滿足該項目的檢測需求，還能提供更為準確的檢測結果，確保項目的順利進行。

2.2 主要操作步驟

在完成對檢測設備的選擇后，確定檢測過程中的主要操作步驟。高精度的儀器能準確捕捉細微變化，確保數(shù)據(jù)準確；而規(guī)范的操作步驟則保證測試過程的安全和連貫。此外，安全技術交底和危險源辨識也必不可少，確保在異常情況下能迅速應對。具體的操作步驟如下：

（1）連接主機與千斤頂之間的高低壓油管、通訊線；連接主機與計算機之間的通訊線；檢查安裝正確后，接通主機380 V交流電源、控制箱和計算機220 V電源；

（2）按順序啟動控制箱按鈕、計算機，使計算機與主機連接；

（3）進行計算機與檢測儀主機的通訊測試，測試成功后，可進行預應力檢測；

（4）新建文件，按提示錄入檢測相關信息（包括檢測人員、部位等），然后保存至相應文件夾，點擊確認；

（5）現(xiàn)場工人安裝限位器；

（6）點擊預應力自動檢測按鈕，設備自動采集數(shù)據(jù)，然后自動退錨，設備自動記錄錨下有效預應力。一根鋼絞線錨下有效預應力檢測全過程大約持續(xù)4 min；

（7）重復第五步和第六步檢測下一根鋼絞線的錨下有效預應力。

根據(jù)上述步驟進行對錨下有效預應力的檢測，在檢測過程中夾板與鋼束之間的原來的咬合關系和位置不會發(fā)生變化，不會出現(xiàn)錯位。錨下有效預應力檢測前，應進行安全技術交底，做好各種危險源辨識、評價與安全環(huán)境保護措施：當發(fā)現(xiàn)有不正常的地方時，要及時停止測試，找出原因，排除異常并達到測試的條件后，再進行測試。

2.3 數(shù)據(jù)處理與檢測

按照公路質監(jiān)站對進一步強化預應力張拉施工質量的要求，計算所檢測結構部位的同束不均勻度、斷面不均勻度、單根偏差、整束偏差、斷面偏差、斷面合格率等6個主要參數(shù)，然后依據(jù)文件規(guī)定做出檢測結論（合格與否）以及建議（補張拉、退索、張拉設備校驗等）。檢測控制的各項指標如表1所示。

對于其他位置處的張拉控制應力，可以采用內(nèi)插法來求出相應的錨固有效預應力標準值。這種檢測方法是將反拉力作用在暴露部位的預應力筋上，根據(jù)彈模效應與最小應力跟蹤原理工作，當千斤頂帶動鋼絞線與夾片沿軸線移動0.5 mm時，即測出錨下有效預應力值。反拉法原理簡單且易于應用到實際工程中。因為夾片只隨鋼絞線軸線移動0.5 mm，遠低于限位板的限位面，夾片仍牢牢咬住鋼絞線，力放開后，夾片與鋼絞線相對位置不發(fā)生變化，由于鋼絞線是彈性體，在比例極限內(nèi)，力放松后，鋼絞線會恢復原狀，其錨下有效預應力也不會發(fā)生變化。假設預應力筋自由段上的工作應力為σ0，正常工況條件下預應力筋受力情況如圖1所示。

外錨固段由混凝土體提供反力N1支撐錨墊板。N1的計算公式為：

式中，N1——外部錨固部分的反作用力（N）；A為預應力筋有效截面面積（m2）。N2為在張拉時，通過千斤頂抓取預應力筋，外部暴露部分的拉力（N），此時預應力筋暴露段受拉。隨著N2的增加，外露段的應力σ1逐漸呈現(xiàn)出增加的趨勢，并且混凝土體提供的支撐力N逐漸降低，并且存在下述等式關系：

式中，σ——平均應力（MPa）。公式（3）等式關系可以用圖2表示。

當σ1與σ相同時，混凝土體對于預應力筋結構的作用力N1會逐漸減小，直至減為零。此時，由千斤頂提供的作用力N2與張拉預應力筋截面面積和工作應力的乘積相等。根據(jù)這一關系實現(xiàn)對有效預應力的檢測。

3 實證分析

將上述檢測方法應用于某工程項目。針對該橋梁存在預應力施加不均勻的問題，導致錨下預應力實測值存在一定的波動。在該檢測過程中，對預應力施加工藝進行調(diào)整，確保預應力能夠均勻、穩(wěn)定地施加到箱梁上。同時，加強施工過程中的質量控制和檢測頻率，確保每一片箱梁的質量都符合標準要求。對預制箱梁進行了錨下有效預應力檢測后，計算出錨下預應力實測值的各項數(shù)據(jù)是否達到文件規(guī)定的各項標準，并推出預應力損失的一般性規(guī)律，為該研究預應力損失實測值與理論計算的比較分析提供基本數(shù)據(jù)。

針對該檢測項目，選擇將有效預應力檢測偏差值作為評價指標，通過計算單根有效預應力偏差值、整束平均預應力偏差值和斷面平均預應力偏差值，實現(xiàn)對檢測值的量化分析，評價是否符合表1中質監(jiān)站的設計要求。針對該研究方法得到的檢測結果，單根有效預應力偏差值可通過下述公式計算得出：

式中，——單根有效預應力偏差值（%）；Fe——實測值（kN）；Fs——標準值（kN）。整束平均預應力偏

式中，——整束平均預應力偏差值（%）；——對某一錨桿的有效預應力進行實測后得到的結果（kN）。截面的平均預應力差由以下公式來確定：

式中，——斷面平均預應力偏差值（%）；——斷面錨下有效預應力平均值（kN）。根據(jù)上述計算公式，針對得到的檢測結果分別完成對各個差值的計算，并將計算結果記錄如表2所示。

表2中所示的偏差允許范圍為：單根預制梁±6%，單根現(xiàn)澆結構±8%；整束預制梁±5%，整束現(xiàn)澆結構±5%；斷面預制梁±4%，斷面現(xiàn)澆結構±4%。對表2中記錄的數(shù)據(jù)進行分析得出，應用該文提出的檢測方法對該工程項目中的各個構件進行有效預應力檢測，得出的檢測結果中值范圍在±7%～±9%之間，值范圍在±6%之間，值范圍在±5%之間。通過對表2所得數(shù)據(jù)結果的分析，發(fā)現(xiàn)無論是20 m、25 m還是40 m的箱預制梁，或是現(xiàn)澆縱向束和現(xiàn)澆蓋梁，其預應力檢測結果的偏差均超過了質監(jiān)站文件規(guī)定的控制范圍。上述數(shù)據(jù)揭示了一個趨勢：不同長度和類型的構件在預應力施加后，其實際預應力值大多在±6%至±9%的范圍內(nèi)波動。這一發(fā)現(xiàn)反映了該文所研究的檢測技術的精確性，在預應力施加過程中存在的誤差處于較低水平。

4 結論

（1）為了減小預應力損失實際值與規(guī)范計算值之間的誤差，從設計方面，加強對預應力損失預估的重視，盡可能精確計算預應力值，保守地將預應力損失預估值超張拉提高3%～5%，以此來滿足規(guī)范控制要求。

（2）造成預應力損失的實測值高于規(guī)范計算值的主要原因可以著手從兩方面來進行分析：①從設計方面去考慮，設計時預應力損失的預估計算方法存在不足且沒有足夠重視預應力損失計算；②從施工方面去考慮，除了施工時正常產(chǎn)生的預應力損失外，因為一些人和物的原因，造成實際的預應力損失過于偏大。

（3）檢測數(shù)據(jù)充分說明錨下預應力檢測的必要性，加強檢測力度，可以及時反映施工現(xiàn)場張拉工藝是否合理，并及時作出張拉施工工藝的改進。

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收稿日期：2024-12-13

作者簡介：馮浩（1988—），男，本科，工程師，研究方向：交通工程路橋施工。