拉脱法在检测锚下有效张拉力的运用范文

《公路杂志》2016年第10期

摘要：

为了对实际工程中的锚下有效张拉力进行检测，基于拉脱法的工作原理，提出对测试数据的处理方法，即对采集数据中影响权重较大的数据采用6次高阶多项式拟合曲线进行回归分析。并提出对有效张拉力取值的判别标准，即对回归分析曲线方程取一阶导数，确定回归分析方程斜率趋于0点的力，考虑预应力束内缩引起的损失，最终得到有效张拉力。该方法满足工程检测误差要求，可以用于工程检测，为土木工程中锚下有效张拉力检测提供参考。

关键词：

预应力；有效张拉力；工程检测；拉脱法；回归分析

预应力混凝土结构广泛应用于我国土木工程结构中［1］，预应力束的工作应力及其变化直接影响到结构的安全。国内近20年来建设的预应力混凝土桥梁，部分在使用过程中出现跨中持续下挠过大，腹板底板开裂等现象［2］，分析主要原因为纵向预应力不足［3］。因此，对于预应力混凝土桥梁结构，锚下有效张拉力的检测十分重要。国内外目前采用的检测有效预应力的方法有无损检测和局部破损检测两类。无损检测方法［4，5］主要有超声波检测法、动力检测法和锚端预应力检测技术，但其精度普遍较低。局部破损检测法主要有预应力直接检测技术和应力释放法［6］，由于步骤繁琐，在工程检测中运用较少。拉脱法为一种微损检测方法，由Bruce［7］等提出，在日本及我国［8，9］也有学者开展了相关研究。本文基于拉脱法的工作原理，提出了对测试数据的处理方法、有效张拉力取值的判别标准，并用于实际工程检测。

1工作原理

拉脱法是对在役的预应力束进行张拉检测，通过张拉荷载和预应力束伸长量曲线或锚具和锚垫板脱开时刻判断预应力束工作应力的方法［1］。使用拉脱法检测，需要在预应力束外露段依次布置穿心式千斤顶、金属垫块、压力传感器、金属垫块、退锚器。荷载通过千斤顶施加，并使用压力传感器计量荷载大小，如图1所示。判断预应力束工作荷载时利用拐点法，需记录预应力束伸长量，记录预应力束伸长量采用课题组自主研发的高精度位移计。理想条件下拉脱法荷载～位移曲线应该呈现双折线［1］。但在实际工程中，由于千斤顶间隙、预应力束未夹紧等原因，荷载～位移曲线无法呈现典型的双折线特征［10］。

2拉脱法检测应用

2．1检测原则

（1）考虑到拉脱法为一种微损检测方法（会对预应力束产生二次夹伤），因此取1％的梁体进行检测。（2）现场每个梁体具有6个锚具，取2个锚具进行检测。（3）每个锚具抽检其中1根预应力束。

2．2现场检测

2．2．1检测流程

（1）每个锚具抽检1根预应力束。（2）现场安装预应力智能检测主机、穿心式压力传感器和高精度位移计，并对每个锚具夹片进行喷漆。（3）实时同步采集，采用频率设置为10Hz。（4）判别夹片是否滑出。（5）整理张拉力和延伸量的测试数据，基于本文提出的数据处理方法，判别锚下有效张拉力值。（6）对不合格的锚具进行标记，督促施工单位对不合格的锚具进行补张拉。

2．2．2检测介绍

在国内某高速项目段梁场，基于拉脱法进行了有关预应力束张拉力的检测。检测前需要保证预应力束张拉完毕，但外露预应力束未进行切割且小箱梁未进行压浆工作。为了保证检测过程安全、检测结果有效，锚具型号均为四孔锚具，每个锚具均只进行1根预应力束的检测，其余3根预应力束则进行焊割，保证预应力束外露段在2cm左右，且对检测过程无影响。本方法对于位移与力的检测精度有较高要求，设置采样频率为10Hz，测试结果表明该采样频率满足测试精度。位移计与压力传感器均为课题组自主研发，其中位移计检测精度达0．01mm，量程100mm。压力传感器检测精度达1N，量程25t。位移计及压力传感器的检测精度基本保证了检测数据的准确、有效，现场检测图如图2所示。本次检测共抽检2根预应力束张拉力进行检测。1号、2号预应力束张拉力检测过程中，位移计检测端头与钢板接触。

3抽检结果分析

1号、2号预应力束张拉力检测图如图3、图4所示。为了能够及时有效地判断预应力束夹片与锚具是否剥离，本课题组提出对夹片采用喷漆法，从而能够有效提高判断准确度。检测示意图如图5所示。基于处理快速、有效的原则，需要对数据做如下处理：（1）对于通过压力传感器获取的压力值均换算成吨单位数据进行分析处理；（2）仅对影响权重较大的数据进行分析处理，本课题组将位移10mm以上的数据作为研究对象；（3）为了达到检测精度，在进行回归分析时，采用6次高阶多项式进行拟合曲线［11］，并保留小数点后8位。基于上述数据处理方法，本课题组对1号、2号预应力束数据进行分析处理。对回归分析曲线方程取一阶导数，从而确定出回归分析方程斜率趋于0点的力的大小，如图6、图7所示。得到1号预应力束张拉力为19．61t，2号钢绞线张拉力为18．91t。对于后张法构件，当张拉结束进行锚固时，锚具将受到巨大的压力并使锚具自身及锚下垫板压密而变形，造成预应力钢筋向内回缩，这些变形将使锚固后的预应力筋放松，因而引起预应力损失。为了更精确地判定实际张拉力的大小，考虑到预应力筋内缩引起的预应力损失会对检测结果造成影响，在检测结果计算出后，需要加上预应力筋内缩造成的预应力损失才能得到更接近实际张拉力的结果，如图8所示。预应力筋内缩引起的预应力损失值用σ表示，按下式计算：σ＝Eε式中：E为预应力筋弹性模量，取1．96×105MPa；ε为预应力筋内缩产生的应变。对于ε，按照计算公式ε＝ΔL／L（其中ΔL按照规范［12］中的相关规定取6mm，L按照20m箱梁预应力筋外露端均定为1m计算取22m），可以得到ε＝0．272×10－3；因此可以计算得出σ＝53．31MPa。将预应力损失值化为力值F，按下式计算：F＝σA式中：A为预应力筋横截面面积，为140mm2。计算结果F＝7463．4N。为了便于与实际测量结果做比较，将预应力损失值化为以吨位单位的值m按下式计算：m＝F×10－3／g式中：g为重力加速度，取9．8N／kg。计算结果m＝0．762t。则考虑到钢筋内缩造成的预应力损失，2根预应力束的张拉力分别为20．372t和19．682t。理论值为19．6t，容许误差为±5％，可以看出所测2根预应力束皆为合格。

4结语

（1）本文提出仅对采集数据中影响权重较大的数据进行分析处理，本课题组将位移10mm以上的数据作为研究对象。

（2）为了检测精度，在处理数据时进行回归分析时，采用6次高阶多项式进行拟合曲线，并保留小数点后8位。

（3）本文所取判别标准为：对回归分析曲线方程取一阶导数，从而确定出回归分析方程斜率趋于0点的力的大小，并考虑预应力筋内缩损失，得到有效张拉力。

（4）本文提出的方法及判别标准可以应用于工程检测，可以为土木工程中的锚下有效预应力检测提供参考。

参考文献：

［1］付丹．预应力锚索工作应力的检测方法研究［D］．北京：清华大学，2010．

［2］邵永军，杨超．桥梁预应力锚索结构锚下预应力检测技术探讨［J］．公路交通科技：应用技术版，2013，（7）：44－46．

［3］林新元．箱梁施工期防裂技术及裂后评估理论和工程应用［M］．北京：人民交通出版社，2012．

［4］周家刚，尹新刚．在役预应力混凝土桥梁预应力检测技术—现状、技术难点与展望［J］．公路交通科技：应用技术版，2011，（6）：219－222．

［5］杨国立，李瑞鸽．预应力混凝土梁中预应力损失检测方法的发展与展望［J］．四川建筑科学研究，2008，34（4）：113－116．

［6］郭琦．复杂预应力体系梁式结构有效预应力预测理论与方法研究［D］．西安：长安大学，2009．

［7］詹建辉．特大跨度连续刚构主梁下挠及箱梁裂缝成因分析［J］．中外公路，2005，25（1）：56－58．

[10］成剑波，姚晨，张峰．反拉法检测预应力预应力束工作应力的模型试验研究［J］．公路与汽运，2015，（3）：181－184．

［11］徐群．非线性回归分析的方法研究［D］．合肥：合肥工业大学，2009．

［12］JTGD60－2004公路桥涵设计通用规范［S］．

作者:杨国强 徐向锋 姚晨 高磊 单位:陕西省高速公路建设集团公司 山东交通学院 山东大学岩土与结构工程研究中心