纵向精轧螺纹钢有效预应力测试与研究

张 涛， 王 超， 姬 鹏

(1.河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南 郑州 450000；2.河南省交院工程检测科技有限公司，河南 郑州 450000；3.河南水建集团有限公司，河南 郑州 450008)

0 引 言

高强度精轧螺纹钢筋由于施工工艺简单、操作简便而得到广泛使用，常作为桥梁结构的竖向预应力筋用于混凝土箱梁腹板中。在混凝土结构高强度预应力钢筋的施工中，由于对其锚固及锚固过程中的应力损失常常不能有效控制，故造成一些混凝土结构的竖向预应力不能满足设计要求甚至失效，这也是目前我国许多箱形预应力混凝土结构腹板出现裂纹的主要原因之一[1,2]。

精轧螺纹钢一般多用于竖向预应力，在同类桥梁中，纵横向的预应力筋一般均为钢绞线，而本项目主梁的纵向预应力设计为32mm精轧螺纹钢，由此带来的问题是：

(1)精轧螺纹钢用于竖向预应力时，无须进行钢筋连接，而用于主梁纵向预应力时，在每节主梁内都必须以连接器进行连接，在预应力张拉环节中可能出现连接器脱落现象。

(2)工期紧张，精轧螺纹钢数量多，张拉时间有限，质量控制困难。

(3)精轧螺纹钢的预应力损失较大，技术尚不成熟。

(4)为了悬浇施工安全，预应力系统必须有足够的可靠证，即满足规范。

鉴于此，由于预应力在挂篮悬浇施工中的重要性，测试精轧螺纹钢的有效预应力是否达到规范要求就显得尤为重要，为了保证精轧螺纹钢的有效预应力满足规范及设计要求，开展了有效预应力监测工作，得到了预应力损失的发展规律，并提出复张拉和适度超张等措施。

1 工程概况

洛河文昌大桥(以下简称本工程)主桥采用(100+100)m独塔单索面斜拉桥，塔、梁、墩为固结体系，索纵向间距5 m，桥面全宽40 m，主桥主梁采用预应力混凝土箱梁，斜腹板单箱五室，梁高2.8 m，主梁采用C55清水混凝土。标准节段箱梁顶板厚0.3 m，中箱室厚0.6 m，边箱室底板厚0.3 m。箱梁底板水平，横坡2%。箱梁内纵向预应力为PS930级精轧螺纹钢，横向预应力包括桥面横向预应力和横隔预应力，采用1860钢绞线。

洛宁县文昌桥悬臂施工预应力筋采用符合PSB930级精轧螺纹钢，公称直径32 mm，fpk=930 MPa，每节段共200根精轧螺纹钢，分节段张拉与锚固，锚具及连续器采用配套的YGM(32)精轧螺纹钢锚具及YGL(32)连接器。张拉控制应力为0.9fpk，经计算，锚下张拉力应为67.3 kN，根据《桥梁预应力及索力张拉施工质量检测验收规程》(CQJTG/T F81-2009)中6.2.2条要求，精轧螺纹钢有效预应力允许偏差±5%，即单根有效预应力范围639.4～706.7kN。

2 测试方案

预应力损失的影响因素是复杂的，不仅有瞬时的，也有长期效应的影响，其中锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的初期损失占比较大，此因素对预应力损失的影响最大，应引起高度重视[3]。在实际悬壁浇筑施工过程中，工程是不断向前推进，工序按照流水施工安排，若监测时间长必然会造成后续工程窝工，且影响总工期。挂篮悬浇节段由若干工序组成，精轧螺纹钢张拉后有压浆、索力张拉、挂篮移动等，这些工序也会影响精轧螺纹钢的受力状况，并干扰正常的监测数据。根据现场混凝土试验台监测数据，精轧螺纹钢管道压浆后1个月内锚下预应力损失接近于0，监测即要保证适当的精度，也不能影响正常施工，仅对纵向精轧螺纹钢预应力束压浆前阶段进行锚下有效预应力监测。监测程序如下：

(1)按照设计位置安装力传感器，并连接好综合测试仪。

(2)对张拉过程进行监测。

(3)预应力张拉并锚固后，测试预应力值，可统计各精轧螺纹钢由锚具变形、钢筋回缩等造成的预应力损失。若锚固后所测有效预应力不满足规范要求，需要重新张拉后拧紧螺母，直至锚固后有效预应力满足规范要求。

洛宁县文昌桥采用悬臂对称施工，共划分16个悬浇段，在每个悬浇节段选择1束精轧螺纹钢进行有效预应力测试。监测方法：在预应力筋螺母与锚碇板间安装压力传感器，安装位置如图1a所示，选用JMZX-3108HAT智能穿心式力传感器及配套的JMZX-3006综合测试仪作为张拉力监测设备，设备如图1b所示。

图1 压力传感器安装位置示意

3 监测数据与分析

在主梁1#节段进行初次测试，精轧螺纹钢采用一次张拉，监测时间2 d，未压浆，精轧螺纹钢有效预应力监测数据如图2所示。

图2 1#节段J10有效预应力测试

从图1看出，在锚固后0～5 h有效预应力明显减小，在5～15 h逐渐稳定，锚固后18 h时进行了斜拉索三张，有效预力再次发生较明显变化，之后逐渐稳定。

由于1#节段有效预应力损失较大，在主梁2#、3#节段尝试二次复张拉工艺，监测时间2 d，未压浆，未张拉索力，精轧螺纹钢有效预应力监测数据如图3、图4所示。

图3 2#节段J10精轧钢有效预应力测试

图4 2#节段J15精轧钢有效预应力测试

钢束预应力总损失中占主要部分的一项为张拉锚固时由于锚具变形、锚固不到位导致钢筋回缩和接缝压缩引起的损失(约占初张拉控制力的3%)，即锚固后瞬间损失。且从精轧螺纹钢有效预应力的实测数据可看出，钢束预应力损失集中在张拉锚固后数小时内，24 h后已基本趋于稳定。同时，也可以看出，虽然油泵油表张拉读数相同，但锚下有效预应力还是相差较大，比如2#节段J10锚下有效预应力初值673.7 kN，2#节段J15锚下有效预应力初值715.2 kN，差值41.5 kN，这是由于工作螺母拧紧度不同造成的。

由此可见，精轧螺纹钢预应力筋的张拉工艺要求较高，但目前精轧螺纹钢多用在竖向预应力，实际施工精度要求并不高且缺少相关的科学研究。当被用作悬浇钢束时，保证施工安全就显得尤为重要，应当提高精轧螺纹钢预应力施工的精准度与均匀性。

4 提高质量的工程措施[3,4]

根据监测成果及现场施工经验总结，采取以下措施可提高预应力施工质量：

(1)采用复张拉工艺，可以明显减少锚固后的初期损失。

(2)锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的初期损失较大，要求适度超张拉，超张值约3%～4%。

(3)根据监测数据，锚固后预应力损失80%集中在前5个小时内，其余持续时间内，损失占比较小。

(4)其他工序影响预应力测试的准确性，应在监测结束再开展下一施工工序。

(5)张拉过程应遵循“对称张拉，跳槽张拉”的方法。

(6)精轧螺纹钢张拉过程中，人为因素影响较大，需要并规范张拉、锚固工艺，组织固定人员完成预应力张拉作业，定期进行培训、技术交底。

(7)确保锚垫板施工位置的准确性，保证螺母与锚垫板贴合良好。

(8)由于费用因素，不可能对每一根精轧钢筋均进行有效预应力测试，建议在设计阶段，将力传感器等费用列入工程量清单，计入综合单价。

(9)对精轧螺纹钢的机械连接采取全数检查方式，以力矩扳手逐根验收，确保所有钢筋连接质量符合要求。

5 结束语

本文阐述了洛宁县文昌桥纵向有预应力的监测方法和结论，并根据监测数据和施工过程总结了施工质量的保证措施，桥梁建成后线形和应力控制良好，足以说明本监测成果及改进方法是有效的。虽然施工良好，但进行经验总结，仍发现一些缺点：

(1)由于成本限制，未对每根螺纹钢配制压力环，从而未能更好地控制有效预应力。

(2)精轧螺纹钢控制应力较钢绞线小，因此数量更多，施工时间较长。

(3)各节段间使用了大量的连接器，个别连接器质量差造成连接效果不佳，甚至出现个别螺纹钢拉脱。