高吉才

（徐州市交通規(guī)劃設(shè)計研究院,江蘇徐州221006）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土充分發(fā)揮了高標號混凝土的抗壓性能和高強度鋼絞線的抗拉性能，以其良好的受力特性而在橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)力控制，直接影響到預(yù)應(yīng)力的效果。結(jié)構(gòu)中有效預(yù)應(yīng)力值距設(shè)計值過大或過小對結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和使用安全都是不利的。預(yù)應(yīng)力張拉工藝質(zhì)量控制的好壞，是能否建立準確的、符合設(shè)計要求的有效預(yù)應(yīng)力值的關(guān)鍵。

1 張拉機具設(shè)備選擇

預(yù)應(yīng)力張拉，一般都采用液壓拉伸機，以高壓油泵為驅(qū)動力的液壓千斤頂，完成對預(yù)應(yīng)力束的張拉、錨固和千斤頂?shù)幕爻虅幼?。千斤頂有單作用、雙作用、三作用和連續(xù)頂推千斤頂。表1、表2列出常用的OVM體系YCW系列和YC系列單作用穿心千斤頂?shù)囊?guī)格和性能。

表1 YC系列千斤頂技術(shù)性能表

張拉機具設(shè)備及儀表應(yīng)妥善管理和維護，千斤頂與壓力表應(yīng)經(jīng)當?shù)丶夹g(shù)監(jiān)督部門配套校驗，確定張拉力與油壓表之間的關(guān)系曲線。壓力表的最小刻劃精度應(yīng)在1 MPa以內(nèi)，否則易造成張拉應(yīng)力控制不準確。對長期不用的張拉千斤頂，應(yīng)在使用前全面校驗。使用期間出現(xiàn)下列情況亦應(yīng)校正千斤頂：（1）當千斤頂使用超過6個月或200次以后；（2）千斤頂發(fā)生故障修理后；（3）調(diào)換壓力表；（4）儀表受到碰撞或出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象。

2 張拉前的準備工作

（1）對施工人員進行技術(shù)交底，掌握張拉程序和操作控制要點；

（2）對后張法構(gòu)件，同條件養(yǎng)生試件混凝土強度及彈性模量達到設(shè)計要求；

（3）預(yù)應(yīng)力材料及錨具經(jīng)有資質(zhì)的檢測機構(gòu)檢驗合格；

（4）現(xiàn)場采取必要的安全防范措施。

3 張拉力與張拉程序

3.1 張拉控制應(yīng)力

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[1]中σcon為張拉時的控制應(yīng)力值，理論上應(yīng)與設(shè)計規(guī)范中預(yù)應(yīng)力鋼筋錨下的張拉控制應(yīng)力相吻合，包括各項預(yù)應(yīng)力損失值，對后張法構(gòu)件系指梁體內(nèi)錨下鋼筋應(yīng)力（張拉而未錨固時）。

按照設(shè)計規(guī)范[2]，預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制應(yīng)力值σcon應(yīng)符合下述規(guī)定：

（1）鋼絲、鋼絞線 σcon≤0.75fpk。

（2）精軋螺紋鋼筋 σcon≤0.90fpk。

其中，fpk為預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強度標準值。先張法和后張法構(gòu)件在進行超張拉或計入錨圈口摩擦損失等任何情況下，鋼筋中最大控制應(yīng)力（千斤頂油泵上反映的數(shù)值）對鋼絲和鋼絞線不應(yīng)超過0.8fpk，對精軋螺紋鋼筋不應(yīng)超過0.95fpk。

3.2 張拉程序

從上世紀90年代初開始，我國廣泛應(yīng)用夾片式錨具的預(yù)應(yīng)力錨固體系。這類錨具在張拉千斤頂回油放松力筋時，由于限位板的作用夾片會同時回縮而形成良好的自錨性能。對目前普遍使用的高強度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，一般不需采用超張拉工藝。預(yù)應(yīng)力筋張拉時，應(yīng)先調(diào)整到初應(yīng)力σ0，該值宜為張拉控制應(yīng)力σcon的10%～15%。

表2 YCW系列A型千斤頂技術(shù)性能表

3.2.1先張法

可采用穿心式千斤頂單根張拉或大噸位千斤頂與活動橫梁組合同時張拉多根預(yù)應(yīng)力筋兩種方法。后一種方法應(yīng)調(diào)整多根力筋初應(yīng)力至基本一致，張拉過程中應(yīng)使活動橫梁與固定橫梁始終保持平行，并抽查力筋的預(yù)應(yīng)力值，其偏差絕對值不得超過按一個構(gòu)件全部力筋預(yù)應(yīng)力總值的5%。張拉程序為[1]：

夾片式錨具低松弛鋼絞線：0→初應(yīng)力→σcon（持荷2 min錨固）

鋼筋：0→初應(yīng)力→1.05σcon（持荷 2 min）→0.9σcon→σcon（錨固）

3.2.2后張法

預(yù)應(yīng)力筋張拉順序應(yīng)符合設(shè)計要求，設(shè)計無規(guī)定時，可采取分批、分階段對稱張拉，以保證張拉的合力作用線處在構(gòu)件核心截面以內(nèi)，防止構(gòu)件截面產(chǎn)生過大的偏心受壓和邊緣拉力。曲線預(yù)應(yīng)力筋或長度大于等于25 m的直線預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩阻力較大，宜兩端張拉。否則，一端錨固、另一端張拉會使摩阻力集中在一端的錨夾具和千斤頂上，使實際預(yù)應(yīng)力可能達不到要求。對長度小于25 m的直線預(yù)應(yīng)力鋼絞線或直線精軋螺紋鋼筋可在一端張拉。

后張法張拉程序為[1]：

夾片式錨具低松弛鋼絞線：0→初應(yīng)力→σcon（持荷2 min錨固）

鋼筋、鋼筋束：0→初應(yīng)力→1.05σcon（持荷2 min）→σcon（錨固）

4 預(yù)應(yīng)力筋張拉理論伸長值的計算與取值

預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長值△L（mm）計算公式為：L=（PPL）/（APEP）

其中，預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力 PP=P（1-e-(kx+uθ））/（kx+uθ）

式中：L——預(yù)應(yīng)力筋的長度，mm；

AP——預(yù)應(yīng)力筋的截面面積，mm2；

EP——預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量，MPa；

P——預(yù)應(yīng)力筋張拉端的拉力，N；

x——從張拉端至計算截面的孔道長度，可近似取該段管道在構(gòu)件縱軸上的投影長度；

θ——從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，rad；

k——孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)，1/m；

u——預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦系數(shù)。

（1）從上式中可看出，彈性模量EP的取值是否準確對理論伸長值的計算影響較大。由于目前生產(chǎn)廠家供應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋存在彈性模量偏差較大的現(xiàn)象，這就要求材質(zhì)的均勻性應(yīng)得到保證。按江蘇省高速公路建設(shè)管理部門編制的《工程施工質(zhì)量檢驗標準》，鋼絞線彈性模量為（195±10）GPa，即使符合要求的材料彈性模量偏差也可能達到5%，例如，某橋進場的兩批鋼絞線經(jīng)檢驗，彈性模量分別為195 GPa和203 GPa。因此，對材料的彈性模量值應(yīng)通過試驗測定，將實測值代入計算，方可使結(jié)果相對準確。

（2）對后張法構(gòu)件摩擦系數(shù)u值與材料類型、特征、孔道成型情況都有很大關(guān)系。設(shè)計規(guī)范中給出了用于預(yù)應(yīng)力損失估算的參考u值，為獲得比較準確的摩擦系數(shù)值，施工規(guī)范[1]指出最好對孔道摩阻進行現(xiàn)場測試，并提供了孔道摩阻損失的測定方法。實際上，對于夾片式錨具根據(jù)此方法測定的摩阻損失σL1=σcon[1-e-（kx+uθ）]，便可計算出實際的（uθ+kx）值，以此值代入伸長值計算公式較為可靠。

（3）理論伸長值計算時，對預(yù)應(yīng)力鋼筋的長度L取值除錨固點之間的距離外，應(yīng)加上伸入千斤頂缸體內(nèi)的錨固長度，因為張拉時千斤頂外伸，前錨工具夾片之間的鋼絞線都被張拉伸長，并反映到油缸行程中（實測伸長值），對于短束影響較大。

（4）目前張拉千斤頂較多采用限位器控制構(gòu)件工作夾片行進，使錨固時的錨具回縮值在6 mm左右，設(shè)計計算預(yù)應(yīng)力損失時已計入該項數(shù)值。由于張拉力P值對應(yīng)張拉時的控制應(yīng)力σcon，此時錨具并未回縮，處于持荷狀態(tài)，因此理論伸長值△L與回縮值無關(guān)。這一點對于實測伸長值校核同樣如此。

5 預(yù)應(yīng)力筋實測伸長值及校核

（1）預(yù)應(yīng)力筋從調(diào)整到初應(yīng)力后再正式分級張拉，實際伸長值也從初應(yīng)力時開始量測，總伸長值除量測的數(shù)值外，還應(yīng)加上初應(yīng)力以下的推算值，以與理論伸長值對應(yīng)。由于最初張拉時各根（束）預(yù)應(yīng)力筋的松緊、彎直程度不一致，因此，初應(yīng)力以下的伸長值不宜采用量測方法，而采用相鄰級的伸長值進行推算。如，初應(yīng)力為10%σcon時，其伸長值可采用由10%張拉到20%的伸長值。

（2）當預(yù)應(yīng)力筋伸長值超過千斤頂張拉行程時，應(yīng)采用分級張拉（倒頂）。倒頂時要注意兩點：a.倒頂時的分級張拉力應(yīng)控制其伸長值在千斤頂張拉行程以內(nèi)，對壓力表刻劃精度為1 MPa的，分級應(yīng)力百分比不必是整數(shù)，而最好采用對應(yīng)壓力表上某一刻劃線的應(yīng)力值，這樣在倒頂時便于準確控制，減小實測伸長值累計誤差；b.張拉到達分級應(yīng)力時，千斤頂回油錨固，由于夾片回縮，預(yù)應(yīng)力值降低。開始下一級張拉時，先張拉到σk對應(yīng)的油表值，此時量測的伸長值應(yīng)作為減數(shù)計入總累計伸長值。

（3）目前，預(yù)應(yīng)力筋張拉采用應(yīng)力控制、伸長值校核，即“雙控”。實測伸長值與理論伸長值的差值應(yīng)符合設(shè)計要求，設(shè)計未規(guī)定的，按6%以內(nèi)控制。在工程實踐中，預(yù)應(yīng)力筋的實際伸長值與計算值之間難免會存在一定的誤差，這是由于：a.預(yù)應(yīng)力筋實際彈性模量與計算取值不一致，即使采取抽樣檢驗，其數(shù)值也會有偏差；b.千斤頂輸出力不準確，尤其是使用一段時期而尚未重新校驗，或千斤頂張拉力與油表值對應(yīng)曲線內(nèi)差存在誤差；c.由于施工因素的影響，各個構(gòu)件孔道摩阻損失存在差異；d.預(yù)應(yīng)力筋的截面面積存在偏差，廠家為保證強度滿足要求，力筋的面積普遍偏大一些。施工中當伸長值偏差較大時，應(yīng)暫停張拉，查明原因并采取調(diào)整措施。因此，伸長值的校核可以綜合反映張拉力是否足夠，孔道摩阻是否偏差較大，以及預(yù)應(yīng)力筋是否存在異?，F(xiàn)象等。

6 其它注意事項

（1）先張法預(yù)應(yīng)力放張。先張法構(gòu)件放張的原則，就是要防止在放張過程中構(gòu)件發(fā)生翹曲、裂紋及預(yù)應(yīng)力筋斷折現(xiàn)象。放張時混凝土強度及放張順序應(yīng)符合設(shè)計要求，設(shè)計未明確時混凝土強度應(yīng)達75%以上，應(yīng)分級、對稱交錯放張，保持預(yù)應(yīng)力筋放松速度均勻、漸變。對先張法預(yù)應(yīng)力空心板梁，嚴禁驟然放松，否則易造成板梁迅速滑動，同時由于預(yù)加力沖擊影響，板梁驟然起拱、翹曲，產(chǎn)生板端底部混凝土磕裂，甚至頂板出現(xiàn)拉裂，對斜交角度較大的板梁危害更加明顯。

（2）后張法預(yù)應(yīng)力孔道壓漿。后張孔道壓漿的目的，主要是防止預(yù)應(yīng)力筋銹蝕，并使凝結(jié)后的水泥提供有效的粘結(jié)力來傳遞預(yù)應(yīng)力?？椎缐簼{越早越好，以防止力筋銹蝕及松弛。施工中要使純水泥漿滿足高強度指標是比較困難的，而且實際梁體受力后，水泥漿撓曲粘結(jié)應(yīng)力也很低。但也要具備一定的粘結(jié)強度和剪切強度。根據(jù)國際預(yù)應(yīng)力協(xié)會（FIP）建議，壓漿強度也不應(yīng)低于30 MPa。要求壓入孔道內(nèi)的水泥漿在結(jié)硬后應(yīng)有可靠的密實性，充滿整個管道，這是最重要的，因此，對壓漿工藝應(yīng)予高度重視，以保證水泥漿的密實度，從而提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

[1]JTJ041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].