桥梁梁板锚下应力测试

预应力桥梁梁板锚下应力测试方法
一、 测试方法 我们采用的是现行新方法：全自动反拉测试法。即在测试锚下应
力的过程中全程自动控制、自动加压、自动测读、自动记录。这与传 统的测试方法相比，能把在测试过程中由于一些人为因素所造成的误 差降到最低，其测试结果精确度高，更能真实反映梁板锚下的实际张 拉力。这种方法的测试条件：1、对于后张法梁板，应在梁板张拉后 至波纹管未注浆之前，并且预留有足够的自由端，这样便于千斤顶及 测试位移传感器的安装；2、对于先张法空心板，测试应在张拉后且 未浇筑混凝土之前进行。锚固完毕并经检验确认合格后方可切除端头 多余的预应力筋。
(3) 反拉力 F 反持续反拉，钢绞线与夹片之间发生滑动，两者之 间的静摩擦力已经消失，转而为滑动摩擦力，内外钢绞线之间的应力 已经调整完毕，此时由于夹片已经被拉动，两者之间的滑动摩擦力较 小，预应力锚索为外露段与自由段共同受拉，反拉力与伸长量之间又 出现与锚索材料相关的特性，三个力之间的关系为：F 反>F 静摩+F0。 通过对以上三个状态的分析可知，想求得预应力锚索自由段的应力 F0，可以通过较为直观的反拉力来求得。在第二个阶段中出现了反拉 力与有效预应力之间的等式关系，但由于在反拉力大到与静摩擦力与 有效预应力平衡一瞬间，且此时的静摩擦力达到最小，而且不能计算 出钢绞线与夹片之间的摩擦力；当反拉力稍大于第二阶段的反拉力 时，钢绞线内外段预应力得以调整，仪器检测的应力和位移发生波动， 在 F-S 曲线图上将有所波动，当预应力调整完毕，内外钢绞线同时 受力，自由段钢绞线即将拉动时静摩擦力已经消失，而滑动摩擦力由 于没有滑动，摩擦力为零，此时的反拉力是锚索内外段调整后的应力， 因此不能作为有效预应力。综合以上因素，考虑到锚索钢绞线与锚夹 具之间的摩擦力相对较大的反拉力来说可以忽略不计，并且此时的反 拉力最小，因此可以采用第二阶段的反拉力作为最终的有效预应力， 即在图 1 这样的 F-S 曲线图上为 B 点所对应的应力。
图 1 采集的 F-S 曲线 (2) 反拉力 F 反继续增大，当反拉力增大到一定程度，使得：F 反=F 静摩+F0，此时由于锚索内外拉力非常接近，静摩擦力达到最小，
锚索在反拉力作用下达到一个平衡，锚索处在一个即将被拉动而没有 发生移动的状态，锚索的外露反拉段与自由段一同受力，锚索在这一 瞬间将调整受力。
锚索锚下预应力的反拉检测方法，其特征在于：包括以下步骤： ａ．对锚索的外露段施加与锚下预应力方向相反的拉力，采集并记录 拉伸位移数值和拉力数值，以拉伸位移为横坐标，拉力为纵坐标建立 拉伸位移和拉力二维坐标系，在二维坐标系内根据拉伸位移数值和拉 力数值建立拉伸位移－拉力曲线； ｂ．计算拉伸位移－拉力曲线 的斜率，斜率为拉伸位移－拉力曲线上一点纵坐标与横坐标的比值； ｃ．判断斜率变化情况，如果斜率稳定，继续施加拉力，如果斜率突 然变小，曲线上突变点对应的拉力数值即为锚下预应力数值。
不得少于 15%； 3、 连续梁、联系钢构桥等边、中跨合龙段预应力筋不得少于
20%； 4、 斜拉索、吊桥和系杆索不得少于 15%。
预应力张拉跟踪控制 在施工张拉过程中，利用全自动反拉测试装置对整个张拉过程进 行全程监控，以检验施工张拉应力的质量。
1、 张拉施工时，应对张拉全过程进行跟踪监控； 2、 张拉跟踪监控频率：对一般桥不宜少于 10%，对连续
二、 测试原理 从理论上说，在理想的情况下，外锚段锚具与夹片的摩擦合力
F1、夹片与钢绞线的摩擦合力 F2、锚索自由段所受的拉力 F3、索体
与粘接剂之间的摩擦和粘接合力 F4、应该均相等，这样锚索体结构 才能平衡，因此，需要检测出预应力锚索的预应力是否在合理范围之 内，只需求出以上其中任意一个即可。由于预应力锚索预应力的主要 受力体为钢绞线，在一定的受力范围内，可以将其看成弹塑性材料， 采用反拉法，通过监控锚索体的伸长量 S 和反拉的力 F，进一步拟合 成 F-S 曲线，在这过程中采用一定的分析方法推算出预应力锚索的 有效预应力。
在反拉过程中有三个关系： （1）反拉开始时，反拉力慢慢增大，反拉力 F 反小于锚索与夹片之 间的静摩力和有效预应力，各个部件设备间空隙进一步被排除，在 F-S 预应力曲线上斜率慢慢增大，如图 1 中的 OA 段，然后随着空隙 全部被压紧，受力关系为外露段钢绞线的受拉，曲线的斜率区域稳定， 如图 1 中的 AB 段。
F 大到将锚索外露段和自由段一同受力时，曲线出现拐点，斜率明显 变化，据此推算出锚索的有效预应力，同时发出警报停止加压反拉， 不破坏锚索结构。
五、 测试内容 1、 摩阻力测试 A、 在梁体的两端装千斤顶后，连通全自动反拉测试装置同时
加压，并保持一定数值约 4MPa； B、 甲端封闭，另外一端张拉。张拉时分级加压，直至张拉控
为被动端，乙端作为主动端，张拉至控制吨位。圈口摩阻力 就为两端读数的差值，如此反复进行 3 次，取平均值； B、 把乙端封闭，甲端为主动端张拉，重复上述试验 3 次。取平 均值。 3、 锚下应力测试方法
在工作锚上安装限位器，在限位器上安装千斤顶，在千斤顶上安 装工作锚，利用预应力的特性，采用体外反拉的方法，用与锚下预应 力方向相反的拉力，在二维坐标系内建立拉伸位移－拉力曲线，分析 曲线斜率变化过程，如果斜率稳定，继续施加拉力，如果斜率突然变 小，曲线上突变点对应的拉力数值即为锚下预应力数值。根据拉伸位 移与拉力关系，能够准确的测得锚下预应力数值，及其相对应的位移 －拉力曲线。
2．预警终止反拉的两个标准 反拉法检测预应力锚索的一个重要的特征就是对被检测锚索的 不破损，在反拉检测法中，通过对检测过程进行监控，可以达到不破 损的目的。预警方法是设定一个检测标准，对于被检测的锚索，根据 各种影响因素，最终确定一个认为合格的预应力标准值上下限，对有 效预应力小于下限的锚索判断为不合格，而对于有效预应力大于上限 的则判断为超张拉而判定为不合格。在检测过程中，当反拉力和位移 一直增大，一直没有减缓的趋势时，当反拉力达到了设定的合格标准
六、 检测频率 《公路涵施工技术规范 JTG/T F50-2011》中虽没有对检测频率 做明确说明，但可借鉴其他地方同行业标准。其中，《重庆市公路工 程行业标准》CQJTG/T F81-2009 中，第 6 章“张拉施工质量检测” 第 6.1.2 条对预应力、索力检测频率做了规定，即根据桥梁安全等级、 预应力筋、索工作形式的不同，检测频率应满足下列要求： 1、 检测以抽检为主，预应力筋不少于 10%； 2、 体外筋、环形筋、无粘结筋、竖向筋、负弯矩段预应力筋
制应力。如此反复 3 次，取两端压力差的平均值； C、 仍按上述方法，但乙端封闭，甲端张拉，取两端 3 次压力
差的平均值； D、 将上述两次压力差的平均值再次平均，即为孔道摩阻力的
测定值。 2、 锚圈口摩阻损失的测试
采用油压千斤的测试时，可在张拉台上或用一根直孔道钢筋 混凝土柱进行。两端均用锥形锚时，其测试步骤如下： A、 两端同时充油，游标数值均保持 4MPa；然后将甲端封闭作
梁桥、连续钢构桥不宜少于 20%，合龙段不宜少于 20%； 3、 多顶张拉同步性控制精度为±2%； 4、 张拉控制应力精度为±1.5% 5、 张拉至控制应力后，应保持足够的持荷时间。
测试原理图 三、 测试成果解释 1．数据整理与分析
锚下应力测试成果
张
孔 混凝
拉 后
试验 设计要 最大
实测 锚下
锚下
检
道 号
土龄 期
(天)
测 试 时
求张拉 张拉 力(kN) 力
有效 张拉
力
应力 损失
测 结 果
间
(kN) (kN)
(h)
N2 6
1
1551.备注 建议补张
位移－拉力曲线 7-6#梁板 N2 索锚下应力检测
完整的位移——拉力曲线应该包括三个阶段，第一阶段(OA 段) 为锚夹具与千斤顶之间的接触空隙位移，第二阶段(AB 段)为工作锚 与工具锚之间的伸长变形，第三阶段(BC 段)为大于实际施工锚下应 力测试值时梁体内部的锚索拉出值，其中第二阶段的拐点处即为实际 施工锚下应力。
值，系统就发出预警，以引起操作人员注意，当反拉力达到合格标准 的上限仍没有被拉动，马上停止反拉，则可以判定该锚索超载，有效 预应力被判定为不合格。
五、 判定标准 中华人民共和国行业推荐性标准《公路桥涵施工技术规范》JTJ/T F05-2011 第 7 章“预应力混凝土工程”7.12 条中有明确规定，即张 拉锚固后，预应力筋在锚下的有效预应力应符合设计张拉控制应力， 两者的相对偏差应不超过±5%，且同一断面中的预应力束其有效预应 力的不均匀度应不超过±2%。
三、检测设备及仪器 检测过程主要有两大系统，反拉实现系统和数据采集记录分析系 统。反拉系统实际就是张拉系统，包括了空心千斤顶、高压油泵、油 管、锚夹具、锚垫板和限位板等。如果是采用的逐根钢绞线检测法的 话，可以采用单孔手提式千斤顶，手压油泵，还需要锚索接长器。数 据采集记录分析系统主要是应力采集记录和位移采集记录，还需要辅 助的磁性吸附底座，计算机分析软件。其中应力采集可以采用应力传 感器，目前用的较多的经济且够精度要求的是数显示锚索测力计，可 以配合锚索应力记录仪实用，而数显式位移计能精确到 1/100mm。 四、检测工艺 设备安装布置：工作锚后依次安装锚垫板，空心千斤顶，限位板， 应力计，限位板，工具锚垫板，工具锚和工具锚夹片。磁性表座吸附 在千斤顶表面，如果表面不能稳定吸附，需要设置支撑平台，安置表 座，但需要保证稳定牢靠，在检测过程中不能有丝毫晃动。位移传感 器顶在限位板上，记录伸长的位移，将位移传感器和应力传感器引出 线分别接到记录仪后接入计算机系统。 检测前，为了使锚索体各股预应力钢绞线在张拉时受力均匀，采 用单孔千斤顶对预应力钢绞线进行逐股预紧，所有预应力钢绞线全部 预紧完毕，此时安装好位移传感器，通过油泵加压，位移传感器产生 位移，应力计受压量测出应力，位移传感器和应力传感器将数据传入 记录仪内，通过记录仪传输到计算机系统，进行实时采集数据并进行 分析，同时利用软件显示 F-S 曲线，监控曲线的斜率变化。当反拉力