浅析预应力张力工艺质量控制

　　摘要：本文结合贵阳环城高速公路南环线工程项目实践，探讨了在预应力混凝土构件中预应力张拉工艺控制要点，重点是如何建立准确有效的预应力措施。
　　
　　关键词：预应力，张拉，质量控制
　　
　　预应力充分发挥了高等级混凝土的抗压性能和高强度钢绞线的抗拉性能，以其良好的受力特性而在桥梁工程中得到广泛应用。在预应力混凝土结构中，预应力筋的张拉应力控制，直接影响到预应力的效果。结构中有效预应力值距设计值过大或过小对结构的受力状态和使用安全都是不利的。预应力张拉工艺质量控制的好坏，是能否建立准确的、符合设计要求的有效预应力值的关键。
　　笔者根据贵阳环城高速公路南环线工程项目凉水井大桥及葛家寨大桥T梁施工实践，探讨了在预应力混凝土构件中预应力张拉工艺控制要点：
　　1 张拉机具设备选择
　　预应力张拉，一般都采用液压拉伸机，以高压油泵为驱动力的液压千斤顶，完成对预应力束的张拉、锚固和千斤顶的回程动作。千斤顶有单作用、双作用、三作用和连续顶推千斤顶。
　　张拉机具设备及仪表应妥善管理和维护，千斤顶与压力表应经当地技术监督部门配套校验，确定张拉力与油压表之间的关系曲线。压力表的最小刻划精度应在1MPa以内，否则易造成张拉应力控制不准确。对长期不用的张拉千斤顶，应在使用前全面校验。使用期间出现下列情况亦应校正千斤顶：①当千斤顶使用超过6个月或200次以后；②千斤顶发生故障修理后；③调换压力表；④仪表受到碰撞或出现不正常现象。
　　2 张拉前的准备工作
　　
　　(])对施工人员进行技术交底，掌握张拉程序和操作控制要点。
　　(2)对后张法构件，同条件养生试件混凝土强度及弹性模量达到设计要求。
　　(3)预应力材料及锚具经有资质的检测机构检验合格。
　　(4)现场采取必要的安全防范措施。
　　
　　3张拉力与张拉程序
　　
　　3．1张拉控制应力
　　施工规范中，σcon为张拉时的控制应力值，理解上应与设计规范中预应力钢筋锚下的张控制应力相吻合，包括各项预应力损失值，对后张法构件系指梁体内锚下钢筋应力(张拉而锚同时)。
　　按照没汁规范，预应力钢筋的张拉控制应力值σcon应符合下述规定：
　　(1)钢丝、钢绞线σcon≤0．7ｆpk。
　　(2)精轧螺纹钢筋σcon≤0．90ｆpk。
　　其中，ｆpk为预应力钢筋抗拉强度标准值。先张法和后张法构件在进行超张拉或计人锚口摩擦损失等任何情况下，钢筋中最大控制应力(千斤顶油泵上反映的数值)对钢丝和钢绞小心超过0．8ｆpk；，，对精轧螺纹钢筋不应超过0．95ｆpk。
　　3．2张拉程序
　　从20世纪90年代初开始，我国广泛应用夹片式锚具的预应力锚固体系，这类锚具在张千斤顶回油放松力筋时，由于限位板的作用夹片会同时回缩而形成良好的自锚性能。对目普遍使用的高强度、低松弛预应力钢绞线，一般不需采用超张拉工艺。预应力筋张拉时，应调整到初应力σcon，该值宜为张拉控制应力σcon的10％～15％。
　　3．2．1先张法
　　可采用穿心式千斤顶单根张拉或大吨位千斤顶与活动横梁组合同时张拉多根预应力筋种方法。后种方法应调整多根力筋初应力基本一致，张拉过程中应使活动横梁与固定横梁
　　终保持平行，并抽查力筋的预应力值，其偏差绝对值不得超过按一个构件全部力筋预应力总的5％’。
　　张拉程序为1：
　　夹片式锚具低松弛钢绞线0→初应力→σcon(持荷2min锚固)
　　钢筋0→初应力→1.05σcon(持荷2min)→0.9σcon(锚固)→σcon
　　3．2．2后张法
　　预应力筋张拉顺序应符合设计要求，设计无规定时，可采取分批、分阶段对称张拉,以保证张拉的合力作用线处在构件核心截面以内，防止构件截面产生过大的偏心受压和边缘拉九曲线预应力筋或长度≥25m的直线预应力筋与孔道壁的摩阻力较大，宜两端张拉。刮一端锚固、另一端张拉会使摩阻力集中在一端的锚夹具和千斤顶上，使实际预应力可能达不到要求，对长度小于25m的直线预应力钢绞线或直线精轧螺纹钢筋可在一端张拉。
　　后张法张拉程序为1：
　　夹片式锚具低松弛钢绞线0→初应力→σcon(持荷2min锚固)
　　钢筋、钢筋束0→初应力→1．05σcon(持荷2min)→σcon(锚固)
　　
　　4预应力筋张拉理论伸长值的计算与取值
　　
　　预应力筋的理论伸长值△L(mm)计算公式为：
　　L=(PpL)/(ApEp)
　　其中，预应力筋的平均张拉力：
　　Pp=P[1-ｅ]/(kx+u)
　　
　　以上两式中：P——预应力筋张拉端的拉力，N；
　　L——预应力筋的长度，mm；
　　Ap-预应力筋的截面面积，nun2；
　　Ep-预应力筋的弹性模量，MPa；
　　x—从张拉端至计算截面的孔道长度，可近似取该段管道在构件纵轴上的投影
　　长度；
　　θ—从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，rad；
　　κ—孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数，1／m；
　　μ—预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数。
　　(1)以上两式中，弹性模量c，的取值是否准确对理论伸长值的计算影响较大。由于目前生产厂家供应的预应力筋存在弹性模量偏差较大的现象’，这就要求材质的均匀性应得到保证。目前，按江苏省高速公路建设指挥部《工程施工质量检验标准》，钢绞线弹性模量为(195±10)GPa，即使符合要求的材料弹性模量偏差也可能达到5％，例如，某桥进场的两批钢绞线经检验，弹性模量分别为195GPa和203GPa。因此，对材料的弹性模量值应通过试验测定，将实测值代人计算，方可使结果相对准确。
　　(2)对后张法构件摩擦系数“值与材料类型、特征、孔道成型情况都有很大关系。设计规范中给出了用于预应力损失估算的参考“值，为获得比较准确的摩擦系数值，施工规范’指出最好对孔道摩阻进行现场测试，并提供了孔道摩阻损失的测定方法。实际卜，对于夹片式锚具根据此方法测定的摩阻损失，σu=σcon[1—e]，便可计算出实际的(μθ+kx)值，以此值代入伸长值计算公式较为可靠。
　　(3)理论伸长值计算时，对预应力钢筋的长度L取值除锚固点之间的距离外，应加上伸人千斤顶缸体内的锚固长度，因为张拉时千斤顶外伸，前锚工具夹片之间的钢绞线都被张拉伸长，并反映到油缸行程中(实测伸长值)，对于短束影响较大。
　　(4)目前张拉千斤顶较多采用限位器控制构件工作夹片行进，使锚固时的锚具回缩值在6mm左右，设计计算预应力损失时已计人该项数值。由于张拉力户值对应张拉时的控制应力，，，此时锚具并未回缩，处于持荷状态，因此理论伸长值AL与回缩值无关。这一点对于实测伸长值校核同样如此。
　　5预应力筋实测伸长值及校核
　　(1)预应力筋从调整到初应力后再正式分级张拉，实际伸长值也从初应力时开始量测，总伸长值除量测的数值外，还应加上初应力以下的推算值，以与理论伸长值对应。由于最初张拉时各根(束)预应力筋的松紧、弯直程度不一致，因此，初应力以下的伸长值不宜采用量测方法，而采用相邻级的伸长值进行推算。如，初应力为10％，。，时，其伸长值可采用由10％张拉到20％的伸长值，，
　　(2)当预应力筋伸长值超过千斤顶张拉行程时，应采用分级张拉(倒顶)。倒顶时要注意两点：
　　①倒顶时的分级张拉力应控制其伸长值在千斤顶张拉行程以内，对压力表刻划精度为1MPa的，分级应力百分比不必是整数，而最好采用对应压力表上某一刻划线的应力值，这样在倒顶时便于准确控制，减小实测伸长值累计误差。
　　②张拉到分级应力日寸，千斤顶回油锚固，由于夹片回缩，预应力值降低。开始下一级张拉时，先张拉到JL对应的油表值，此时量测的伸长值应作为减数计人总累计伸长值。
　　(3)目前，预应力筋张拉采用应力控制、伸长值校核，即“双控”。实测伸长值与理论伸长值的差值应符合没计要求，设汁未规定的，按6％以内控制。工程实践中，预应力筋的实际伸长值与计算值之间难免会存在一定的误差，这是由于：
　　①力筋实际弹性模量与计算取值不一致，即使采取抽样检验，其数值也会有偏差。
　　②千斤顶输出力不准确，尤其是使用一段时期而尚未须重新校验，或千斤顶张拉力与油表值对应曲线内差存在误差。
　　③由于施工因素的影响，各个构件孔道摩阻损失存在差异。
　　④预应力筋的截面面积存在偏差，厂家为保证强度满足要求，力筋的面积普遍偏大一些。施工中当伸长值偏差较大时，应暂停张拉，查明原因并采取调整措施。因此，伸长值的校核可以综合反映张拉力是否足够，孔道摩阻是否偏差较大，以及预应力筋是否存在异常现象等。
　　
　　6其他注意事项
　　6．1先张法预应力放张
　　先张法构件放张的原则，就是要防止在放张过程中构件发生翘曲、裂纹及预应力筋断折现象。放张时混凝土强度及放张J顷序应符合设计要求，设计未明确时混凝土强度应达75％以上，应分级、对称交错放张，保持预应力筋放松速度均匀、渐变。对先张法预应力空心板梁，严禁骤然放松，否则易造成板梁迅速滑动，同时由于预加力冲击影响，板梁骤然起拱、翘曲，产生板端底部混凝土磕裂，甚至顶板出现拉裂，对斜交角度较大的板梁危害更加明显。
　　6．2后张法预应力孔道压浆
　　后张孔道压浆的目的，主要是防止预应力筋锈蚀，并使凝结后的水泥提供有效的粘结力来传递预应力。孔道压浆越早越好，以防止力筋锈蚀及松弛。施工中要使纯水泥浆满足高强度指标是比较困难的，而且实际梁体受力后，水泥浆挠曲粘结应力也很低’。但也要具备一定的粘结强度和剪切强度。根据国际预应力协会(FIP)建议，压浆强度也不应低于30MPd。要求压入孔道内的水泥浆在结硬后应有可靠的密实性，充满整个管道，这是最重要的，因此，对压浆工艺应予高度重视，以保证水泥浆的密实度，从而提高结构的耐久性。
　　
　　参考文献
　　1交通部．公路桥涵施工技术规范(JTJ04t一2000)．北京：人民交通出版社
　　2交通部．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62—2004)．北京：人民交通出版社
　　3•交通部．公路桥涵施工技术规范实施手册．北京：人民交通出版社