拉脫法在檢測錨下有效張拉力的運用范文

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《公路雜志》2016年第10期

摘要：

為了對實際工程中的錨下有效張拉力進行檢測，基于拉脫法的工作原理，提出對測試數據的處理方法，即對采集數據中影響權重較大的數據采用6次高階多項式擬合曲線進行回歸分析。并提出對有效張拉力取值的判別標準，即對回歸分析曲線方程取一階導數，確定回歸分析方程斜率趨于0點的力，考慮預應力束內縮引起的損失，最終得到有效張拉力。該方法滿足工程檢測誤差要求，可以用于工程檢測，為土木工程中錨下有效張拉力檢測提供參考。

關鍵詞：

預應力；有效張拉力；工程檢測；拉脫法；回歸分析

預應力混凝土結構廣泛應用于我國土木工程結構中［1］，預應力束的工作應力及其變化直接影響到結構的安全。國內近20年來建設的預應力混凝土橋梁，部分在使用過程中出現跨中持續下撓過大，腹板底板開裂等現象［2］，分析主要原因為縱向預應力不足［3］。因此，對于預應力混凝土橋梁結構，錨下有效張拉力的檢測十分重要。國內外目前采用的檢測有效預應力的方法有無損檢測和局部破損檢測兩類。無損檢測方法［4，5］主要有超聲波檢測法、動力檢測法和錨端預應力檢測技術，但其精度普遍較低。局部破損檢測法主要有預應力直接檢測技術和應力釋放法［6］，由于步驟繁瑣，在工程檢測中運用較少。拉脫法為一種微損檢測方法，由Bruce［7］等提出，在日本及我國［8，9］也有學者開展了相關研究。本文基于拉脫法的工作原理，提出了對測試數據的處理方法、有效張拉力取值的判別標準，并用于實際工程檢測。

1工作原理

拉脫法是對在役的預應力束進行張拉檢測，通過張拉荷載和預應力束伸長量曲線或錨具和錨墊板脫開時刻判斷預應力束工作應力的方法［1］。使用拉脫法檢測，需要在預應力束外露段依次布置穿心式千斤頂、金屬墊塊、壓力傳感器、金屬墊塊、退錨器。荷載通過千斤頂施加，并使用壓力傳感器計量荷載大小，如圖1所示。判斷預應力束工作荷載時利用拐點法，需記錄預應力束伸長量，記錄預應力束伸長量采用課題組自主研發的高精度位移計。理想條件下拉脫法荷載～位移曲線應該呈現雙折線［1］。但在實際工程中，由于千斤頂間隙、預應力束未夾緊等原因，荷載～位移曲線無法呈現典型的雙折線特征［10］。

2拉脫法檢測應用

2．1檢測原則

（1）考慮到拉脫法為一種微損檢測方法（會對預應力束產生二次夾傷），因此取1％的梁體進行檢測。（2）現場每個梁體具有6個錨具，取2個錨具進行檢測。（3）每個錨具抽檢其中1根預應力束。

2．2現場檢測

2．2．1檢測流程

（1）每個錨具抽檢1根預應力束。（2）現場安裝預應力智能檢測主機、穿心式壓力傳感器和高精度位移計，并對每個錨具夾片進行噴漆。（3）實時同步采集，采用頻率設置為10Hz。（4）判別夾片是否滑出。（5）整理張拉力和延伸量的測試數據，基于本文提出的數據處理方法，判別錨下有效張拉力值。（6）對不合格的錨具進行標記，督促施工單位對不合格的錨具進行補張拉。

2．2．2檢測介紹

在國內某高速項目段梁場，基于拉脫法進行了有關預應力束張拉力的檢測。檢測前需要保證預應力束張拉完畢，但外露預應力束未進行切割且小箱梁未進行壓漿工作。為了保證檢測過程安全、檢測結果有效，錨具型號均為四孔錨具，每個錨具均只進行1根預應力束的檢測，其余3根預應力束則進行焊割，保證預應力束外露段在2cm左右，且對檢測過程無影響。本方法對于位移與力的檢測精度有較高要求，設置采樣頻率為10Hz，測試結果表明該采樣頻率滿足測試精度。位移計與壓力傳感器均為課題組自主研發，其中位移計檢測精度達0．01mm，量程100mm。壓力傳感器檢測精度達1N，量程25t。位移計及壓力傳感器的檢測精度基本保證了檢測數據的準確、有效，現場檢測圖如圖2所示。本次檢測共抽檢2根預應力束張拉力進行檢測。1號、2號預應力束張拉力檢測過程中，位移計檢測端頭與鋼板接觸。

3抽檢結果分析

1號、2號預應力束張拉力檢測圖如圖3、圖4所示。為了能夠及時有效地判斷預應力束夾片與錨具是否剝離，本課題組提出對夾片采用噴漆法，從而能夠有效提高判斷準確度。檢測示意圖如圖5所示。基于處理快速、有效的原則，需要對數據做如下處理：（1）對于通過壓力傳感器獲取的壓力值均換算成噸單位數據進行分析處理；（2）僅對影響權重較大的數據進行分析處理，本課題組將位移10mm以上的數據作為研究對象；（3）為了達到檢測精度，在進行回歸分析時，采用6次高階多項式進行擬合曲線［11］，并保留小數點后8位。基于上述數據處理方法，本課題組對1號、2號預應力束數據進行分析處理。對回歸分析曲線方程取一階導數，從而確定出回歸分析方程斜率趨于0點的力的大小，如圖6、圖7所示。得到1號預應力束張拉力為19．61t，2號鋼絞線張拉力為18．91t。對于后張法構件，當張拉結束進行錨固時，錨具將受到巨大的壓力并使錨具自身及錨下墊板壓密而變形，造成預應力鋼筋向內回縮，這些變形將使錨固后的預應力筋放松，因而引起預應力損失。為了更精確地判定實際張拉力的大小，考慮到預應力筋內縮引起的預應力損失會對檢測結果造成影響，在檢測結果計算出后，需要加上預應力筋內縮造成的預應力損失才能得到更接近實際張拉力的結果，如圖8所示。預應力筋內縮引起的預應力損失值用σ表示，按下式計算：σ＝Eε式中：E為預應力筋彈性模量，取1．96×105MPa；ε為預應力筋內縮產生的應變。對于ε，按照計算公式ε＝ΔL／L（其中ΔL按照規范［12］中的相關規定取6mm，L按照20m箱梁預應力筋外露端均定為1m計算取22m），可以得到ε＝0．272×10－3；因此可以計算得出σ＝53．31MPa。將預應力損失值化為力值F，按下式計算：F＝σA式中：A為預應力筋橫截面面積，為140mm2。計算結果F＝7463．4N。為了便于與實際測量結果做比較，將預應力損失值化為以噸位單位的值m按下式計算：m＝F×10－3／g式中：g為重力加速度，取9．8N／kg。計算結果m＝0．762t。則考慮到鋼筋內縮造成的預應力損失，2根預應力束的張拉力分別為20．372t和19．682t。理論值為19．6t，容許誤差為±5％，可以看出所測2根預應力束皆為合格。

4結語

（1）本文提出僅對采集數據中影響權重較大的數據進行分析處理，本課題組將位移10mm以上的數據作為研究對象。

（2）為了檢測精度，在處理數據時進行回歸分析時，采用6次高階多項式進行擬合曲線，并保留小數點后8位。

（3）本文所取判別標準為：對回歸分析曲線方程取一階導數，從而確定出回歸分析方程斜率趨于0點的力的大小，并考慮預應力筋內縮損失，得到有效張拉力。

（4）本文提出的方法及判別標準可以應用于工程檢測，可以為土木工程中的錨下有效預應力檢測提供參考。

參考文獻：

［1］付丹．預應力錨索工作應力的檢測方法研究［D］．北京：清華大學，2010．

［2］邵永軍，楊超．橋梁預應力錨索結構錨下預應力檢測技術探討［J］．公路交通科技：應用技術版，2013，（7）：44－46．

［3］林新元．箱梁施工期防裂技術及裂后評估理論和工程應用［M］．北京：人民交通出版社，2012．

［4］周家剛，尹新剛．在役預應力混凝土橋梁預應力檢測技術—現狀、技術難點與展望［J］．公路交通科技：應用技術版，2011，（6）：219－222．

［5］楊國立，李瑞鴿．預應力混凝土梁中預應力損失檢測方法的發展與展望［J］．四川建筑科學研究，2008，34（4）：113－116．

［6］郭琦．復雜預應力體系梁式結構有效預應力預測理論與方法研究［D］．西安：長安大學，2009．

［7］詹建輝．特大跨度連續剛構主梁下撓及箱梁裂縫成因分析［J］．中外公路，2005，25（1）：56－58．

[10］成劍波，姚晨，張峰．反拉法檢測預應力預應力束工作應力的模型試驗研究［J］．公路與汽運，2015，（3）：181－184．

［11］徐群．非線性回歸分析的方法研究［D］．合肥：合肥工業大學，2009．

［12］JTGD60－2004公路橋涵設計通用規范［S］．

作者:楊國強 徐向鋒 姚晨 高磊 單位:陜西省高速公路建設集團公司 山東交通學院 山東大學巖土與結構工程研究中心