預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量評(píng)估方法研究

預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量評(píng)估方法研究

0質(zhì)量控制的必要性在承受外部負(fù)荷之前，對(duì)受拉和壓模塊上的鋼梁施加預(yù)制拉應(yīng)力，以提高組件的剛性和耐用性。這是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全。然而，由于施工過程復(fù)雜、技術(shù)難度高、操作困難，其質(zhì)量保證是一個(gè)必須面對(duì)的問題?，F(xiàn)有大量在役橋梁調(diào)查和檢測(cè)結(jié)果表明,相當(dāng)部分的橋梁質(zhì)量隱患來源于預(yù)應(yīng)力張拉施工的質(zhì)量控制不利,而當(dāng)前國(guó)內(nèi)外針對(duì)張拉施工質(zhì)量比較缺乏有效的過程控制手段、方法及配套檢測(cè)設(shè)備。JTG/TF50-2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》1平板施工的一般質(zhì)量缺陷1.1預(yù)應(yīng)力張拉不同步穿束不規(guī)范有兩種情況。(1)采用整束穿束的方法,未進(jìn)行梳理、綁扎、定位、排序就進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉,導(dǎo)致部分鋼絞線張拉不同步、扭曲、在張拉過程中受力不均勻1.2雙控施加張拉力根據(jù)JTG/TF50-2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中要求,在實(shí)施張拉應(yīng)力時(shí)必須采用“雙控”,即要在兩端同步、均勻的施加張拉力,又要核對(duì)兩端的伸長(zhǎng)量不能超標(biāo)。但由于施工過程中,并非采用“智能張拉設(shè)備”而用人工操控液壓設(shè)備施加預(yù)應(yīng)力,引發(fā)不同步、張拉力不準(zhǔn)確、張拉速度過快、持荷時(shí)間不達(dá)標(biāo)、用一端張拉代替兩端同步張拉等問題。1.3影響承載能力的因素材料或器具不合格也會(huì)嚴(yán)重影響預(yù)應(yīng)力。如夾片式錨具的尺寸和夾片長(zhǎng)度無序、夾片的絲牙存在缺陷、夾片破裂等影響承載能力;再如鋼絞線的質(zhì)量及力學(xué)性能不達(dá)標(biāo)影響整體構(gòu)件的承載力等問題。1.4預(yù)應(yīng)力張拉控制1)制作預(yù)應(yīng)力筋時(shí)應(yīng)對(duì)整束和束中單根鋼絞線進(jìn)行編號(hào),每根鋼絞線編號(hào)兩端相同、位置相同;每根均可前后拖動(dòng),不得扭轉(zhuǎn)。2)保證材料、器具質(zhì)量符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T14370-2015《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》3)施加預(yù)應(yīng)力時(shí),張拉控制過程及標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格按JTG/TF50-2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求,采用智能張拉設(shè)備,對(duì)構(gòu)件兩端同步張拉,實(shí)現(xiàn)“雙控”(雙控指控制張拉力,同時(shí)監(jiān)控伸長(zhǎng)量),較好地實(shí)現(xiàn)力的傳遞,提高施工效率。2施工質(zhì)量檢測(cè)利用科學(xué)的錨下有效應(yīng)力檢測(cè)方法,可以檢測(cè)出上述施工過程中的“詬病”,有效檢測(cè)施工質(zhì)量。目前檢測(cè)方法較為有效的就是“復(fù)張法”或稱“反拉法”,該方法在部分地方標(biāo)準(zhǔn)中有提及,如重慶市公路工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、云南省地方標(biāo)準(zhǔn)等。2.1預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力張拉應(yīng)力為張拉控制應(yīng)力和錨圈口摩阻損失之和,其值必須小于預(yù)應(yīng)力筋的屈服極限,此時(shí)預(yù)應(yīng)力筋處于彈性狀態(tài),經(jīng)多次張拉后能夠恢復(fù)到初始狀態(tài)。在設(shè)計(jì)、施工過程中要根據(jù)具體的錨具變形、摩阻損失情況來調(diào)整張拉應(yīng)力。確定張拉應(yīng)力時(shí)必須考慮預(yù)應(yīng)力筋束有效預(yù)應(yīng)力的不均勻度,最大張拉應(yīng)力不允許超過其屈服強(qiáng)度的0.94倍對(duì)于端部設(shè)有錨圈的錨具,張拉控制應(yīng)力小于張拉應(yīng)力;對(duì)于端部不設(shè)錨圈的錨具,張拉控制應(yīng)力等于張拉應(yīng)力。張拉控制應(yīng)力是張拉時(shí)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋錨下所施加的最大應(yīng)力值;錨下有效預(yù)應(yīng)力是錨固后張拉控制應(yīng)力扣除各種預(yù)應(yīng)力損失之后的值。2.2力和錨口的拉拔力為了檢測(cè)錨下有效預(yù)應(yīng)力值,采用“反張法”對(duì)每孔中單根鋼絞線逐一進(jìn)行檢測(cè),最后對(duì)所有鋼絞線的錨下有效預(yù)應(yīng)力求和得到該孔的錨下有效預(yù)應(yīng)力。測(cè)試前,將千斤頂安裝于錨口外部預(yù)留的一段裸露的鋼絞線上,千斤頂反頂于錨口處。液壓系統(tǒng)的進(jìn)、出油口與千斤頂相應(yīng)油口連接,千斤頂上的位移傳感器及液壓系統(tǒng)中的油壓傳感器與主機(jī)的相應(yīng)接口相連(見圖1),主機(jī)控制液壓系統(tǒng)對(duì)該鋼絞線施加反向張拉力的同時(shí),對(duì)其所受的拉力值及油缸頂出的位移值進(jìn)行同步測(cè)量,實(shí)際測(cè)試曲線如圖2所示。反張法檢測(cè)開始時(shí),反拉力從0開始慢慢增大。由于各個(gè)部件設(shè)備存在間隙,F-S曲線在OA段前段上升較平緩。隨著反拉力繼續(xù)增加,外露部分的鋼絞線開始被拉伸,位移增量體現(xiàn)了該工作段鋼絞線的彈性變形。隨著反拉力繼續(xù)增加至AB段末端,反拉力達(dá)到與錨下有效預(yù)應(yīng)力和錨口摩擦力之和,即B點(diǎn)。反拉力持續(xù)作用,當(dāng)完成克服此合力的一瞬間,此時(shí)的平衡被打破,錨口兩端的力重新自調(diào)整,曲線瞬間下降,如圖2中BC段,該階段夾片與錨具之間的摩擦力逐漸消失;當(dāng)摩擦力為0時(shí),錨口內(nèi)外拉力平衡,C點(diǎn)以后的張拉都可以認(rèn)為已經(jīng)克服了夾片摩阻進(jìn)入二次張拉。因此,可以將C點(diǎn)作為錨下有效應(yīng)力值的判據(jù)。為了更好地說明這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程,進(jìn)一步看清楚微觀下這個(gè)力平衡系統(tǒng)是如何從“力平衡”-“打破平衡”-“自恢復(fù)平衡”的過程,筆者在前卡式千斤頂前端加裝了一個(gè)高精度微型位移傳感器,如圖3所示,重復(fù)上述張拉過程。微型高精度位移傳感器的功能是測(cè)量夾片的物理運(yùn)動(dòng)情況(見圖4),曲線1為前卡式千斤頂前端加裝的微型位移傳感器的曲線L-t,用于測(cè)量夾片的位移情況;曲線2為前卡式千斤頂?shù)膹埨εc時(shí)間的F-t曲線。所有傳感器均連接到設(shè)備的主控端的不同傳感器通道上。對(duì)應(yīng)圖2的F-S曲線中的OA、AB、BC3個(gè)階段,圖4中盡管是F-t曲線,但F-S的曲線形態(tài)與F-t的曲線形態(tài)是完全一致的,也就同樣分成OA、AB、BC3個(gè)階段。S在整個(gè)張拉過程中是正向增長(zhǎng)的變量,且單位時(shí)間內(nèi)增加的幅度不盡相同。同理t也是正向增長(zhǎng)的變量,二者均為正向增加,增長(zhǎng)率>0,所以曲線的形態(tài)主要決定于F。若F增加了,F-t、F-S曲線斜率>0;若F減小了,F-t、F-S曲線斜率<0。將兩條曲線:F-t和L-t(L是千斤頂前端的微型位移傳感器的伸長(zhǎng)量)同時(shí)繪制在一個(gè)坐標(biāo)系中,橫坐標(biāo)軸為時(shí)間t,縱坐標(biāo)分別為力、位移,得到張拉過程實(shí)際的雙曲線(見圖4)。要說明的一點(diǎn)是:L的起始點(diǎn)是多少并不重要,重點(diǎn)關(guān)心它的變化情況。從圖中不難看出F-t曲線中的峰值點(diǎn)B,對(duì)應(yīng)L-t曲線上的一個(gè)突變點(diǎn),它代表夾片瞬間產(chǎn)生較大的位移突變,說明夾片被瞬間拉出。如果檢測(cè)人員身處現(xiàn)場(chǎng),也可以聽到“當(dāng)”的一聲,夾片出位的巨大響聲。因此,進(jìn)一步證明了:在B點(diǎn)峰值之前所施加的反張力還沒有達(dá)到錨口摩擦力與錨下有效應(yīng)力之和時(shí),外部張拉值一直上漲,直到B點(diǎn)處,錨口內(nèi)外的力值相等,當(dāng)外部施加的反張力再稍微增加一點(diǎn),夾片開始移動(dòng),檢測(cè)力值瞬間開始下降,當(dāng)降到C點(diǎn)的曲線谷底時(shí),摩擦力為零,反張力與錨下有效應(yīng)力值相等,整個(gè)系統(tǒng)重新處于平衡狀態(tài)。BC段是實(shí)測(cè)反張拉下降的階段,也是系統(tǒng)在克服錨口摩擦力的階段,又是夾片從松動(dòng)瞬間慢慢克服它與錨具摩擦力的階段。C點(diǎn)之后,鋼絞線進(jìn)入二次張拉階段,夾片自然也隨著鋼絞線開始有了正常的同步位移。2.3錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)應(yīng)用前述2.2的檢測(cè)方法,通過儀器設(shè)備的測(cè)量,可直接獲得單根鋼絞線的錨下有效應(yīng)力值。那么,同孔所有其它鋼絞線也可以同理測(cè)得。以此為基礎(chǔ),就可以計(jì)算出如下結(jié)果。1)錨下有效預(yù)應(yīng)力。C點(diǎn)處為單根鋼絞線錨下有效應(yīng)力值,同孔多根求和,即為該孔整束鋼絞線錨下有效應(yīng)力值。2)錨下有效預(yù)應(yīng)力損失率。實(shí)測(cè)錨下有效預(yù)應(yīng)力與設(shè)計(jì)錨下有效預(yù)應(yīng)力值之間的變化率式中:σ3)(有效預(yù)應(yīng)力)同束不均勻度。同束預(yù)應(yīng)力鋼絞線在不同位置有效預(yù)應(yīng)力的不均勻程度,檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示;需要說明的是,同束有效預(yù)應(yīng)力的檢測(cè)是預(yù)應(yīng)力檢測(cè)控制中最重要的部分。4)(有效預(yù)應(yīng)力)同斷面不均勻度。同斷面,不同束預(yù)應(yīng)力鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力的不均勻程度,檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。3預(yù)應(yīng)力值實(shí)測(cè)分析圖5是貴陽某工程現(xiàn)澆梁及紹興某工程預(yù)制梁的部分檢測(cè)數(shù)據(jù)。如圖5所示,曲線1、2為貴陽某工程現(xiàn)澆梁某孔單根鋼絞線實(shí)測(cè)曲線,其實(shí)測(cè)錨下有效預(yù)應(yīng)力值分別為183.4kN、181.9kN。曲線3、4為紹興某工程預(yù)制梁某孔單根鋼絞線實(shí)測(cè)曲線,其實(shí)測(cè)錨下有效預(yù)應(yīng)力值分別為1