縱向精軋螺紋鋼有效預應力測試與研究

張 濤， 王 超， 姬 鵬

(1.河南省交通規劃設計研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000；2.河南省交院工程檢測科技有限公司，河南 鄭州 450000；3.河南水建集團有限公司，河南 鄭州 450008)

0 引 言

高強度精軋螺紋鋼筋由于施工工藝簡單、操作簡便而得到廣泛使用，常作為橋梁結構的豎向預應力筋用于混凝土箱梁腹板中。在混凝土結構高強度預應力鋼筋的施工中，由于對其錨固及錨固過程中的應力損失常常不能有效控制，故造成一些混凝土結構的豎向預應力不能滿足設計要求甚至失效，這也是目前我國許多箱形預應力混凝土結構腹板出現裂紋的主要原因之一[1,2]。

精軋螺紋鋼一般多用于豎向預應力，在同類橋梁中，縱橫向的預應力筋一般均為鋼絞線，而本項目主梁的縱向預應力設計為32mm精軋螺紋鋼，由此帶來的問題是：

(1)精軋螺紋鋼用于豎向預應力時，無須進行鋼筋連接，而用于主梁縱向預應力時，在每節主梁內都必須以連接器進行連接，在預應力張拉環節中可能出現連接器脫落現象。

(2)工期緊張，精軋螺紋鋼數量多，張拉時間有限，質量控制困難。

(3)精軋螺紋鋼的預應力損失較大，技術尚不成熟。

(4)為了懸澆施工安全，預應力系統必須有足夠的可靠證，即滿足規范。

鑒于此，由于預應力在掛籃懸澆施工中的重要性，測試精軋螺紋鋼的有效預應力是否達到規范要求就顯得尤為重要，為了保證精軋螺紋鋼的有效預應力滿足規范及設計要求，開展了有效預應力監測工作，得到了預應力損失的發展規律，并提出復張拉和適度超張等措施。

1 工程概況

洛河文昌大橋(以下簡稱本工程)主橋采用(100+100)m獨塔單索面斜拉橋，塔、梁、墩為固結體系，索縱向間距5 m，橋面全寬40 m，主橋主梁采用預應力混凝土箱梁，斜腹板單箱五室，梁高2.8 m，主梁采用C55清水混凝土。標準節段箱梁頂板厚0.3 m，中箱室厚0.6 m，邊箱室底板厚0.3 m。箱梁底板水平，橫坡2%。箱梁內縱向預應力為PS930級精軋螺紋鋼，橫向預應力包括橋面橫向預應力和橫隔預應力，采用1860鋼絞線。

洛寧縣文昌橋懸臂施工預應力筋采用符合PSB930級精軋螺紋鋼，公稱直徑32 mm，fpk=930 MPa，每節段共200根精軋螺紋鋼，分節段張拉與錨固，錨具及連續器采用配套的YGM(32)精軋螺紋鋼錨具及YGL(32)連接器。張拉控制應力為0.9fpk，經計算，錨下張拉力應為67.3 kN，根據《橋梁預應力及索力張拉施工質量檢測驗收規程》(CQJTG/T F81-2009)中6.2.2條要求，精軋螺紋鋼有效預應力允許偏差±5%，即單根有效預應力范圍639.4～706.7kN。

2 測試方案

預應力損失的影響因素是復雜的，不僅有瞬時的，也有長期效應的影響，其中錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的初期損失占比較大，此因素對預應力損失的影響最大，應引起高度重視[3]。在實際懸壁澆筑施工過程中，工程是不斷向前推進，工序按照流水施工安排，若監測時間長必然會造成后續工程窩工，且影響總工期。掛籃懸澆節段由若干工序組成，精軋螺紋鋼張拉后有壓漿、索力張拉、掛籃移動等，這些工序也會影響精軋螺紋鋼的受力狀況，并干擾正常的監測數據。根據現場混凝土試驗臺監測數據，精軋螺紋鋼管道壓漿后1個月內錨下預應力損失接近于0，監測即要保證適當的精度，也不能影響正常施工，僅對縱向精軋螺紋鋼預應力束壓漿前階段進行錨下有效預應力監測。監測程序如下：

(1)按照設計位置安裝力傳感器，并連接好綜合測試儀。

(2)對張拉過程進行監測。

(3)預應力張拉并錨固后，測試預應力值，可統計各精軋螺紋鋼由錨具變形、鋼筋回縮等造成的預應力損失。若錨固后所測有效預應力不滿足規范要求，需要重新張拉后擰緊螺母，直至錨固后有效預應力滿足規范要求。

洛寧縣文昌橋采用懸臂對稱施工，共劃分16個懸澆段，在每個懸澆節段選擇1束精軋螺紋鋼進行有效預應力測試。監測方法：在預應力筋螺母與錨碇板間安裝壓力傳感器，安裝位置如圖1a所示，選用JMZX-3108HAT智能穿心式力傳感器及配套的JMZX-3006綜合測試儀作為張拉力監測設備，設備如圖1b所示。

圖1 壓力傳感器安裝位置示意

3 監測數據與分析

在主梁1#節段進行初次測試，精軋螺紋鋼采用一次張拉，監測時間2 d，未壓漿，精軋螺紋鋼有效預應力監測數據如圖2所示。

圖2 1#節段J10有效預應力測試

從圖1看出，在錨固后0～5 h有效預應力明顯減小，在5～15 h逐漸穩定，錨固后18 h時進行了斜拉索三張，有效預力再次發生較明顯變化，之后逐漸穩定。

由于1#節段有效預應力損失較大，在主梁2#、3#節段嘗試二次復張拉工藝，監測時間2 d，未壓漿，未張拉索力，精軋螺紋鋼有效預應力監測數據如圖3、圖4所示。

圖3 2#節段J10精軋鋼有效預應力測試

圖4 2#節段J15精軋鋼有效預應力測試

鋼束預應力總損失中占主要部分的一項為張拉錨固時由于錨具變形、錨固不到位導致鋼筋回縮和接縫壓縮引起的損失(約占初張拉控制力的3%)，即錨固后瞬間損失。且從精軋螺紋鋼有效預應力的實測數據可看出，鋼束預應力損失集中在張拉錨固后數小時內，24 h后已基本趨于穩定。同時，也可以看出，雖然油泵油表張拉讀數相同，但錨下有效預應力還是相差較大，比如2#節段J10錨下有效預應力初值673.7 kN，2#節段J15錨下有效預應力初值715.2 kN，差值41.5 kN，這是由于工作螺母擰緊度不同造成的。

由此可見，精軋螺紋鋼預應力筋的張拉工藝要求較高，但目前精軋螺紋鋼多用在豎向預應力，實際施工精度要求并不高且缺少相關的科學研究。當被用作懸澆鋼束時，保證施工安全就顯得尤為重要，應當提高精軋螺紋鋼預應力施工的精準度與均勻性。

4 提高質量的工程措施[3,4]

根據監測成果及現場施工經驗總結，采取以下措施可提高預應力施工質量：

(1)采用復張拉工藝，可以明顯減少錨固后的初期損失。

(2)錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的初期損失較大，要求適度超張拉，超張值約3%～4%。

(3)根據監測數據，錨固后預應力損失80%集中在前5個小時內，其余持續時間內，損失占比較小。

(4)其他工序影響預應力測試的準確性，應在監測結束再開展下一施工工序。

(5)張拉過程應遵循“對稱張拉，跳槽張拉”的方法。

(6)精軋螺紋鋼張拉過程中，人為因素影響較大，需要并規范張拉、錨固工藝，組織固定人員完成預應力張拉作業，定期進行培訓、技術交底。

(7)確保錨墊板施工位置的準確性，保證螺母與錨墊板貼合良好。

(8)由于費用因素，不可能對每一根精軋鋼筋均進行有效預應力測試，建議在設計階段，將力傳感器等費用列入工程量清單，計入綜合單價。

(9)對精軋螺紋鋼的機械連接采取全數檢查方式，以力矩扳手逐根驗收，確保所有鋼筋連接質量符合要求。

5 結束語

本文闡述了洛寧縣文昌橋縱向有預應力的監測方法和結論，并根據監測數據和施工過程總結了施工質量的保證措施，橋梁建成后線形和應力控制良好，足以說明本監測成果及改進方法是有效的。雖然施工良好，但進行經驗總結，仍發現一些缺點：

(1)由于成本限制，未對每根螺紋鋼配制壓力環，從而未能更好地控制有效預應力。

(2)精軋螺紋鋼控制應力較鋼絞線小，因此數量更多，施工時間較長。

(3)各節段間使用了大量的連接器，個別連接器質量差造成連接效果不佳，甚至出現個別螺紋鋼拉脫。