桥梁预应力张拉应力损失与质量控制探究

陈汛

（广东省南粤交通粤湛高速公路管理中心，广东 广州 524557）

预应力技术在桥梁工程中的应用较为普遍，施工质量直接影响到桥梁的安全性、可靠性和使用寿命。然而，有效预应力过大将造成钢绞线的疲劳或断裂，影响单根绞线使用寿命；过小则有效预应力不足，会造成梁体下挠、开裂等现象。预应力失控将导致灾难性的后果。

一、案例

广东某桥梁采用20mPC小箱梁,主要设计参数如下。

预应力钢绞线：弹性模量Ep=1.95×105MPa，松驰系数ζ＝0.3；锚具：锚具变形、钢筋回缩取6mm（一端）；管道摩擦系数：u＝0.25；管道偏差系数：κ＝0.0015。

施加预应力应采用张拉力与引伸量双控。预制梁内正弯矩钢绞线锚下张拉控制应力为0.75fpk=1395MPa，且不大于0.8fpk。锚口摩阻损失按3%考虑，即钢绞线锚外张拉控制应力为1437MPa。

预应力施工采用自动智能控制张拉系统，两端同时张拉。当预应力钢绞线张拉达到设计张拉力时，实际引伸量值与理论引伸量值的误差应控制在±6%以内。实际引伸量值应排除钢绞线的非弹性变形影响。

在实际预应力施工时，按广东省桥梁预应力张拉检测要求对前三片预制梁进行锚下预应力检测。普遍结果显示，按0.75fpk及3%锚口摩阻损失控制施加张拉应力时，锚下预应力普遍不足；按0.79fpk及5%锚口摩阻损失控制施加张拉应力时，锚下预应力满足要求，但钢绞线引申量大于设计引申量6%。张拉控制应力的计算如式（1）所示。

表1 钢绞线设计引伸量一览表（单位：mm）

式中，F张拉控制应力为张拉施加控制应力；F锚下应力为预应力筋的有效预应力；F孔道损为张拉过程中受孔道摩阻力损失应力；F锚口损为张拉过程中受锚圈口阻力损失应力；F回缩损为张拉完成回顶时，钢绞线回缩造成的损失应力。

由于实际预应力施工过程中存在孔道摩阻、锚圈口阻力及回缩应力损失大于设计的情况，为保证锚下应力满足设计要求，张拉控制应力需要超张，从而导致钢绞线引伸量大于设计引伸量6%。

二、数据验证

在不调整锚具、夹片、千斤顶及钢绞线的情况下，假定钢绞线回缩造成应力损失为固定，为验证该工程实际孔道摩阻及锚圈口摩阻对应力损失造成的影响，采用《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）中的预应力损失测试方法验证。

（一）孔道摩阻试验（数据）

孔道摩阻试验测试步骤为，梁的两端装千斤顶后同时充油；甲端封闭、乙端张拉，反复测试3次取两端压力差的平均值；乙端封闭、甲端张拉，反复测试3次取两端压力差的平均值；将上述两次压力差平均值再次平均，即为孔道摩阻力的测定值。

（二）锚圈口摩阻损失测试（数据）

锚圈口摩阻损失测试步骤为：两段同时充油，甲端封闭作为被动端，乙端作为主动端，张拉至控制吨位。设乙端控制吨位为Na时，甲端相应吨位为Nb，则锚圈口摩阻力：No=Na-Nb，克服锚圈口摩阻力的超张拉系数：no=。乙端封闭，甲端张拉，同样按上述方法测试3次，取平均值。两次NO和no的平均值再予以平均，即为测定值。

（三）预应力筋理论伸长量

根据上述实验得出的孔道摩阻力测定值，推算工程实际管道摩擦系数。根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011），预应力筋平均张拉力如式（2）所示。

式中，Pp为预应力筋的平均张拉力（N）；P为预应力筋张拉端的张拉力（N）；k为每米孔道局部偏差对摩擦的影响系数；u为预应力筋与孔道壁的摩擦系数；x为从张拉端至计算截面的孔道长度（m）；θ为从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad）。预应力筋张拉理论伸长量的计算如式（3）所示。

式中ΔL为预应力筋的理论伸长值（mm）；L为预应力筋的长度（mm）；Ap为预应力筋的截面积（mm2）。

三、数据对比

由测定的孔道、锚口摩阻力与设计，理论伸长量与设计伸长量分别对比考虑：如孔道、锚口摩阻力与设计相差不大，则钢绞线回缩应力损失较大（换垫板、夹片、工作垫板）；如理论伸长量比设计伸长量长，则实际伸长量超与理论伸长量比例下降。

四、结语

在预应力构件施工中，结构实际的预应力损失往往大于理论值，而预应力超张或锚下预应力不足，将对结构的使用性能、安全及寿命产生巨大影响。为避免该情况，应在预应力构件施工过程中加强管控。

工程开工时，应开展预应力施工试验，测试工程实际锚口摩阻、管道摩阻等，以便修正预应力张拉相关系数。施工材料如混凝土、钢绞线、锚具、波纹管等应按图纸要求严格控制相关指标，并加强过程检测及设备标定，确保施工质量稳定。施工时，应保证预应力管道、锚杯等定位准确，采用梳编穿束减少管道摩阻影响。预应力张拉时，应按照规程认真操作，保证施工过程安全及张拉质量。