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0 引言

預(yù)應(yīng)力度作為預(yù)應(yīng)力橋梁的核心結(jié)構(gòu)體系，一旦預(yù)應(yīng)力度不夠，預(yù)應(yīng)力橋梁即將提前開裂，或者出現(xiàn)下?lián)?，因此，工程師們特別關(guān)注錨下有效預(yù)應(yīng)力。雖然現(xiàn)階段普遍采用智能張拉工藝，但是實(shí)際錨下有效預(yù)應(yīng)力并不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，各省(區(qū))質(zhì)檢站、建設(shè)單位都在進(jìn)行錨下有效預(yù)應(yīng)力的檢測(cè)活動(dòng)。作為一項(xiàng)檢測(cè)，必須要有可靠的計(jì)量方法和測(cè)量方案，能夠進(jìn)行力值傳遞，能夠作為評(píng)定工程質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)通用的技術(shù)手段為反拉法，通過這些年的檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)同為反拉法也有不同的取值方法，且不同的取值方法得到的檢測(cè)數(shù)據(jù)相差較大，有時(shí)候一根鋼絞線的有效預(yù)應(yīng)力值可以相差12 kN，那么對(duì)于檢測(cè)精度要求1%、評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)值的5%的錨下有效預(yù)應(yīng)力來(lái)講(5%的區(qū)間約為10 kN)實(shí)在相差太大。在進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)的過程中，發(fā)現(xiàn)最為嚴(yán)重的情況下誤差在目標(biāo)值的10%，即750 kN的目標(biāo)值檢測(cè)結(jié)果為825 kN，最好的情況為757 kN。出現(xiàn)這種情況的根源在于錨下有效預(yù)應(yīng)力的取值沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備廠家設(shè)計(jì)一個(gè)檢測(cè)取值標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致出現(xiàn)了所謂的“拐點(diǎn)法”、“平衡法”、“最小應(yīng)力跟蹤法”、“夾片位移法”等方法，且有的采用力傳感器測(cè)量、有的采用頂上的油壓傳感器、有的采用油泵處的油壓傳感器，在前面智能張拉設(shè)備研究中筆者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)油泵處的油壓傳感器采集力值精度較低。本文針對(duì)液壓傳感器在頂上的錨下有效預(yù)應(yīng)力設(shè)備進(jìn)行錨下有效預(yù)應(yīng)力取值的理論和試驗(yàn)研究，所得結(jié)論可以為后續(xù)錨下有效預(yù)應(yīng)力的檢測(cè)和錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)儀的開發(fā)提供參考，以促進(jìn)錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)的健康發(fā)展。

1 反拉法的基本原理

反拉法即是采用千斤頂將已經(jīng)錨固的鋼絞線進(jìn)行第二次張拉，張拉過程中拾取錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)值。

Fy=Fz+Fm

(1)

式中：Fy為錨下有效預(yù)應(yīng)力;Fz為檢測(cè)千斤頂?shù)姆磸埨χ?Fm為工作夾片與工作錨或者限位板的摩阻力。

檢測(cè)工作原理如圖1所示。

其中拐點(diǎn)法和平衡法認(rèn)為，當(dāng)反張拉到一定的程度，F(xiàn)m就會(huì)到達(dá)0值，此時(shí)，我們需要的錨下有效預(yù)應(yīng)力就是檢測(cè)千斤頂?shù)膹埨χ怠?/p>

圖1 反拉法工作原理Figure 1 The working principle of anti-tension method

即:

Fy=Fz

(2)

而最小應(yīng)力跟蹤法和夾片位移法認(rèn)為工作夾片與工作錨和限位板之間的摩阻始終存在，最小應(yīng)力跟蹤法認(rèn)為工作夾片移動(dòng)0.2 mm對(duì)應(yīng)的反張拉力值減掉摩阻力，即為錨下有效預(yù)應(yīng)力值。夾片位移法則認(rèn)為不同的錨夾具廠家對(duì)應(yīng)的工作夾片位移應(yīng)該不同，取值應(yīng)當(dāng)進(jìn)行試驗(yàn)確定。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

采用單獨(dú)兩套力傳感器系統(tǒng)進(jìn)行力值試驗(yàn)驗(yàn)證，即在工作錨下放置單獨(dú)的穿心式力傳感器，然后按照實(shí)際張拉控制應(yīng)力進(jìn)行張拉錨固，在錨固外面一側(cè)進(jìn)行錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)，檢測(cè)值與工作錨下的測(cè)力傳感器進(jìn)行對(duì)比，查看力值是否準(zhǔn)確。試驗(yàn)在實(shí)體梁上進(jìn)行，選擇最下直孔道進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)為了保證能夠方便進(jìn)行下一組試驗(yàn)，在孔道一端安裝力傳感器墊塊、力傳感器、工作錨、工作夾片，另外一端直接安裝墊塊、力傳感器、千斤頂、工具錨，先同步張拉到張拉控制應(yīng)力，未安裝工作錨一端不回頂卸載，安裝工作錨一端回油卸載。然后進(jìn)行檢測(cè)。單根檢測(cè)完后，進(jìn)行整束檢測(cè)。試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)圖見圖2。

試驗(yàn)流程如下：①試驗(yàn)準(zhǔn)備(準(zhǔn)備好張拉設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、力傳感器等材料和設(shè)備，選擇好實(shí)體梁試驗(yàn)孔道)；②試驗(yàn)安裝(單根和多根鋼絞線孔道一端安裝力傳感器墊塊、力傳感器、千斤頂、工具錨和工具夾片，另外一端安裝力傳感器墊塊、力傳感器、工作錨、工作夾片、限位板、千斤頂、工具錨和工具夾片)；③張拉卸載(有工作錨一端全部卸載，沒工作錨一端千斤頂停止供油鎖定即可)；④拆除張拉設(shè)備；⑤進(jìn)行單根鋼絞線錨下應(yīng)力檢測(cè)(獲得單根修正值)；⑥整束預(yù)應(yīng)力檢測(cè)(檢驗(yàn)修正值正確與否)；⑦試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理；⑧獲得試驗(yàn)結(jié)果。

圖2 錨下有效預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭DFigure 2 The test model of under-anchor effective prestress

3 單根檢測(cè)試驗(yàn)過程及試驗(yàn)數(shù)據(jù)

選取平衡法、最小應(yīng)力跟蹤法和夾片位移法進(jìn)行試驗(yàn)，每種方法在同一根鋼絞線上連續(xù)試驗(yàn)12次，去掉偏差絕對(duì)值最大的2個(gè)數(shù)值，再計(jì)算每次試驗(yàn)與工作錨下測(cè)力傳感器的力值差值作為其檢測(cè)精度，并計(jì)算其檢測(cè)重復(fù)性，重復(fù)性計(jì)算公式按照式(3)進(jìn)行。

(3)

3.1 拐點(diǎn)法或平衡法的試驗(yàn)結(jié)果

拐點(diǎn)法或平衡法認(rèn)為錨下有效預(yù)應(yīng)力應(yīng)為下圖中的B’點(diǎn)，原因?yàn)闄z測(cè)過程中第一個(gè)階段為OA段，此時(shí)檢測(cè)千斤頂與工作錨尚未充分接觸，力小位移大；第二個(gè)階段為AB段，充分接觸之后力值與位移值成線形比例關(guān)系；B點(diǎn)為夾片松動(dòng)的階段點(diǎn)，BB’段為夾片松動(dòng)后應(yīng)力下降階段；B’C段為位移上升、力值上升階段,見圖3。

圖3 拐點(diǎn)法的檢測(cè)原理示意圖Figure 3 The test schematic diagram of inflection-point method

表1 拐點(diǎn)跟蹤法檢測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)Table1 Thedetectionresultsanddataoftheinflection-pointtrackingmethod檢測(cè)次數(shù)檢測(cè)結(jié)果值/kN工作錨下測(cè)力傳感器力值/kN檢測(cè)差值/kN檢測(cè)精度/%1189.4182.473.82187.2180.17.13.93185.6177.97.74.34188.5181.66.93.85176.8172.54.32.56184.3175.395.17180.2175.84.42.5875.3166.98.45.09181.7172.49.35.410175.5168.27.34.3平均值182.5175.37.14.1檢測(cè)重復(fù)性/%5.35

表1中數(shù)據(jù)可以看出，檢測(cè)結(jié)果值始終較工作錨下的測(cè)力傳感器的力值要大4～10 kN，平均值為7.1 kN；檢測(cè)精度約為2.2%～5.4%，平均值為4.1%；檢測(cè)過程中工作錨下測(cè)力傳感器力值的大小一直在變化，基本上是越變?cè)叫?。最后的力值與最初的力值相差14.2 kN，按照比例約為7.8%,單根錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)照片見圖4。

圖4 單根錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)照片F(xiàn)igure 4 The test photo of under-anchor effective prestress forthe single anchor

3.2 最小應(yīng)力跟蹤法試驗(yàn)結(jié)果

最小應(yīng)力跟蹤法認(rèn)為工作夾片啟動(dòng)的瞬間即可獲取錨下有效預(yù)應(yīng)力值，而這個(gè)瞬間一般定為工作夾片滑動(dòng)0.2 mm，即圖5中的B點(diǎn)，圖5中的階段劃分與圖3的解釋基本一致。OA段為接觸階段；AB段為加力階段；B點(diǎn)為松動(dòng)點(diǎn)，BC段為松動(dòng)后上升階段。試驗(yàn)取值錨口摩阻按照錨具廠家給定的4.3%考慮,見圖5。

圖5 最小應(yīng)力法原理示意圖Figure 5 The schematic diagram of minimum-stress method

表2中數(shù)據(jù)可以看出，檢測(cè)精度平均值在2.3%，且實(shí)際檢測(cè)過程中工作夾片位移很難控制在0.2 mm，平均值大約在0.43 mm，檢測(cè)值去掉最大最小之后的極大值與極小值之間還相差10.2 kN，檢測(cè)重復(fù)性4.6%。其最大的難點(diǎn)在于0.2 mm夾片位移過小，基本沒動(dòng)就進(jìn)行了取值，且現(xiàn)實(shí)中夾片位移很難控制。

表2 最小應(yīng)力法檢測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)Table2 Thetestresultsanddataoftheminimum-stressmethod檢測(cè)次數(shù)檢測(cè)結(jié)果值/kN工作錨下測(cè)力傳感器力值/kN檢測(cè)差值/kN檢測(cè)精度/%夾片位移/mm1185.4182.431.60.22186.1182.33.82.10.33187.31825.32.90.44185.7181.742.20.35177.9181.5-3.62.016184.9181.13.82.10.27182.5180.81.70.90.58177.1180.5-3.41.90.99184.4179.84.62.60.310186.5178.38.24.60.2平均值183.8181.02.72.30.43檢測(cè)重復(fù)性/%4.6

3.3 夾片位移法試驗(yàn)結(jié)果

夾片位移法針對(duì)不同的廠家取值略有差別，本次試驗(yàn)的工作夾片位移采用0.5 mm，取值在工作夾片發(fā)生0.5 mm位移時(shí)進(jìn)行拾取。試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)曲線如圖6、圖7所示。試驗(yàn)取值錨口摩阻按照錨具廠家給定的4.3%考慮。

圖6 錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)儀Figure 6 The under-anchor effective prestress detector

圖7 錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)曲線圖Figure 7 The test curve of under-anchor effective prestress

表3中數(shù)據(jù)顯示檢測(cè)精度0.6%，檢測(cè)重復(fù)性1.18%，最大值與最小值的差別為1.5 kN，檢測(cè)平均差值1.1 kN。

單根檢測(cè)的結(jié)果對(duì)比如表4所示。

單根檢測(cè)中對(duì)比顯示夾片位移法檢測(cè)結(jié)果最優(yōu)，最小應(yīng)力法次之，拐點(diǎn)法檢測(cè)精度較差。

表3 夾片位移法法檢測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)Table3 Thetestresultsanddataoftheclip-displacementmethod檢測(cè)次數(shù)檢測(cè)結(jié)果值/kN工作錨下測(cè)力傳感器力值/kN檢測(cè)差值/kN檢測(cè)精度/%檢測(cè)次數(shù)檢測(cè)結(jié)果值/kN工作錨下測(cè)力傳感器力值/kN檢測(cè)差值/kN檢測(cè)精度/%1183.4182.410.57182.3181.40.90.52183.2182.30.90.58182.6181.31.30.73182.8182.10.70.49182.5181.11.40.84183.11821.10.610181.9180.61.30.75182.4181.60.80.4平均值182.7181.621.10.66182.5181.41.10.6檢測(cè)重復(fù)性/%1.18

表4 3種檢測(cè)方法的結(jié)果對(duì)比Table4 Thecomparisonoftheresultsofthreedetectionmeth-ods序號(hào)檢測(cè)方法檢測(cè)精度/%檢測(cè)重復(fù)性/%體系穩(wěn)定情況1拐點(diǎn)法4.15.3力值波動(dòng)大,極差15.5kN,越來(lái)越小2最小應(yīng)力法2.34.6波動(dòng)較小,極差4.1kN3夾片位移法0.61.18波動(dòng)很小,極差1.8kN

4 整束檢測(cè)結(jié)果

本試驗(yàn)采用5根鋼絞線一孔的空心板梁進(jìn)行試驗(yàn)，先將工作錨下力傳感器的力值張拉到750 kN，即整束錨下有效預(yù)應(yīng)力值為750 kN，在同一孔每種方法檢測(cè)1次，然后進(jìn)行比較，檢測(cè)原理圖見圖2，檢測(cè)照片見圖8。

圖8 整束錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)照片

Figure 8 The test photo of under-anchor effective prestress for the whole anchor

拐點(diǎn)法檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

表5中數(shù)據(jù)顯示檢測(cè)總體力值為825 kN，與最初的750 kN相比，檢測(cè)精度為10%。而實(shí)存錨下有效預(yù)應(yīng)力為738 kN，較最開始的750 kN，下降了12 kN，且檢測(cè)過程中基本上都是檢測(cè)一次，力值下降一點(diǎn)，呈連續(xù)下降趨勢(shì)。

最小應(yīng)力法檢測(cè)結(jié)果如表6所示。

表5 拐點(diǎn)法整束檢測(cè)結(jié)果Table5 Thetestresultsofthewholebeambytheinflection-pointmethod檢測(cè)序號(hào)檢測(cè)結(jié)果/kN檢測(cè)結(jié)果總和/kN精度/%錨下預(yù)應(yīng)力值/kN1167750216374431708251075641657455160738

表6 最小應(yīng)力法檢測(cè)結(jié)果Table6 Thetestresultsoftheminimum-stressmethod檢測(cè)序號(hào)檢測(cè)結(jié)果/kN檢測(cè)結(jié)果總和/kN精度/%錨下預(yù)應(yīng)力值/kN1154750215775231547722.974841567465151746

表中數(shù)據(jù)顯示檢測(cè)總體力值為772 kN，與最初的750 kN相比，檢測(cè)精度為2.9%。而實(shí)存錨下有效預(yù)應(yīng)力為746 kN，較最開始的750 kN，下降了4 kN，且檢測(cè)過程中基本上都是檢測(cè)一次，力值下降一點(diǎn)，呈連續(xù)下降趨勢(shì)。

夾片位移法檢測(cè)結(jié)果如表7所示。

表7 夾片位移法檢測(cè)結(jié)果Table7 Thetestresultsoftheclip-displacementmethod檢測(cè)序號(hào)檢測(cè)結(jié)果/kN檢測(cè)結(jié)果總和/kN精度/%錨下預(yù)應(yīng)力值/kN1152750215074931537570.974941487495154748

表中數(shù)據(jù)顯示檢測(cè)總體力值為757 kN，與最初的750 kN相比，檢測(cè)精度為0.9%。而實(shí)存錨下有效預(yù)應(yīng)力為748 kN，較最開始的750 kN，下降了2 kN，且檢測(cè)過程中基本上都是檢測(cè)一次，力值下降一點(diǎn)，呈連續(xù)下降趨勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

錨下有效預(yù)應(yīng)力作為評(píng)價(jià)預(yù)應(yīng)力施加是否合格的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，現(xiàn)階段全國(guó)范圍內(nèi)都進(jìn)行檢測(cè)，但是方法并不統(tǒng)一，檢測(cè)的可靠性、準(zhǔn)確性尚不明確。本文通過對(duì)工程界常用的拐點(diǎn)法、最小應(yīng)力跟蹤法和夾片位移法進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)拐點(diǎn)法不考慮錨口摩阻是不正確的，必須考慮，檢測(cè)過程中未對(duì)夾片進(jìn)行限制，導(dǎo)致其回縮值較大，從而導(dǎo)致錨下力值不斷變??；最小應(yīng)力跟蹤法考慮了錨口摩阻，但是夾片僅僅位移0.2 mm即進(jìn)行有效預(yù)應(yīng)力的拾取，可能夾片并未真正啟動(dòng)，檢測(cè)精度約在3%左右，錨下預(yù)應(yīng)力的減小較少，對(duì)預(yù)應(yīng)力影響較小，但重復(fù)性較差；夾片位移法考慮了錨口摩阻，根據(jù)不同廠家的夾片特性給予了不同的夾片位移，一般為0.3～1 mm，檢測(cè)精度基本在1%以內(nèi)，錨下有效預(yù)應(yīng)力減小較少，重復(fù)性較好。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析，錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)采用夾片位移法為最好，而拐點(diǎn)法不建議采用。