有效预应力检测试验研究

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有效预应力检测试验研究

洪剑锋

（中机中联工程有限公司，重庆󰀃400039）

摘 要：本文明确了有效预应力对桥梁的作用，通过试验分析传统有效预应力测试方法存在的问题，进行新的试验研究。试验原理是根据弹模效应与最小应力跟踪，在其使用前要与高精度压力传感器进行拉力精度检测确保其精确度。通过检测精度标定试验证明，经拉力精度标定后的检测精度高、可靠性强，锚下有效预应力能准确体现。关键词：有效预应力；测试技术；精度试验；检测精度中图分类号：TU757󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃文献标志码：A󰀃DOI:10.19537/j.cnki.2096-27.2019.03.105

有效预应力是指预应力筋张拉锚固后，实际张拉控制应力扣除锚固损失和弹性压缩损失，预应力筋锚下留存的应力。有效预应力的大小和均匀性是保证预应力筋使用寿命的关键，而预应力筋的应力分布及其变化又会直接影响预应力结构的承载能力，因此及时准确地了解和掌握其应力状态，才能正确评价结构的整体性能。

现行规范对预应力张拉施工中有效预应力的检测有明确的要求，但由于缺乏高效可靠的检测手段，无法准确了解锚固后锚下有效预应力。现有的一些传统检测手段（如应变片法和传感器法）在现场操作性、经济实用性和准确可靠性等方面存在较大不足。本文分析传统测试技术存在的问题，通过试验研究建立新型的测试技术，能准确的测出锚下有效预应力。

1 传统测试技术试验研究

应变片法和传感器法是目前较传统的有效预应力检测方式。

1.1 应变片试验研究

应变片法是利用贴在预应力筋上的应变片与预应力筋的同步变化关系，以通过应变片的电阻变化来反映预应力筋的应力的变化。

（1）精度分析。措施：取一束合格的钢绞线（11m长），选择7个截面贴应变片，间距1m，每一截面上的不同钢绞线各贴一片，即6片，总计42片。标定：两端施力（按20kN、40kN、60kN、80kN进行加载），用I级（0.3%）标准传感器标定。结果：应变片示值显示钢绞线同一断面上相对误差超过20%；七个截面中，各截面六个应变片示值的平均值相对误差达5%～10%。因此，由试验可以得出使用应变片进行钢绞线预应力的测试结果，精度是比较低的。

（2）可靠性分析。在专用平弯梁体模型上，将钢绞线穿入孔道，并在梁体侧面开孔洞引出应变片的接线，其它2个截面应变片的接线沿钢绞线从端部引出，进行试验。在张拉中发现，应变片损坏率超过80%，并且钢绞线某些截面应变片全部损坏，这说明单索有效预应力使用应变片测试的方法是不可靠的。1.2 传感器试验研究

通过在锚下（锚圈下）埋设空心式传感器来检测整束有效预应力，它在预应力工程中应用较为广泛。传感器以轮幅式最佳，精度、稳定性、可靠性及抗偏载能力

作者简介：洪剑锋（1984—），男，工程师，研究方向：桥梁与隧道工程。

󰀃󰀃文章编号：2096-27（2019）03-0217-02 较强，但价格昂贵、体积大，不便于安装；而钢弦式压力传感器价格较低，故应用较广，但对安装要求较高（垂直度、同轴度要求高），否则测试误差很大；割断单根钢绞线安装拉力传感器的方法存在以下问题：（1）价格高；（2）不可能所有绞线都割断；（3）不安全因素增加，故不可取。

对于埋设传感器测有效预应力的测试精度，根据在某研究院进行的压力传感器的正载、偏载（偏心3～5cm）试验，结果表明，利用此种方法测有效预应力，安装时的垂直度与同轴度必须十分精确，否则测试误差很大，而目前的安装水平无法保证精确的垂直度与同轴度。

2 新测试技术试验研究

2.1 测试技术核心

为了能准确测出预应力筋锚下有效预应力，通过试验研究，形成预应力检测控制系统，包含一体化系统（含前置箱、泵站、组合阀、三通接头、比例压力阀、电磁阀）、计算机系统（含检测软件）和千斤顶系统（含位移传感器和油压传感器）。测试系统的原理是根据弹模效应和最小应力跟踪，检测出锚下有效预应力的准确数据。2.2 检测精度试验

（1）拉力精度试验。在现场检测张拉力精度，使用时在一根绞线上，依次按同一轴线安上锚具（带夹片）、精度为0.5％FS的国家技术监督局认可的压力传感器、测力千斤顶。设置要标定的量程，并选择6到8个停顿点，启动仪器实施张拉，在压力传感器和计算机上会同时显示千斤顶的张拉力，通过对计算机显示压力作线性修正，使每个停顿点的压力传感器显示值与测试仪拉力显示值保持一致，其误差不超过1%，这就实现了拉力精度的检测。检测后可重复张拉几次，以检验仪器重复精度。

按上述方式安装操作，选6个停顿点进行标定，如表1所示为测试仪器的检测数据。

表1 测试仪器标定数据

第一次标定（kN）

第二次标定（kN）第三次标定（kN）停顿点

传感器测试仪传感器测试仪传感器测试仪读数显示读数显示读数显示150.751.650.651.349.550.2279.780.480.180.979.980.93120.5121.1120.7121.0119.7120.74151.2150.6150.5151.4149.5150.25

181.1180.5181.0181.6181.0181.56

201.0

201.0

200.0

200.8

200.6

200.0

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2019年第3期

（2）检测精度试验。检测精度检测是在标定用的群锚下安装一个高精度压力传感器（5‰FS），它可以显示整束钢绞线的有效预应力。此外，由于传感器的安装条件非常苛刻：第一，要保持垂直（其承力面与受力方向垂直）；第二，要保持同轴（其中心线与合力作用线保持同轴），在工地现场无法做到，因此只能在实验室用标准模拟装置进行。

传感器的安装有两种方式，一种将传感器安装在锚杯下，此种方式安装的测试数据未计入折弯损失，锚下有效预应力测试结果偏大；另一种是将传感器安装在锚垫板下，此种方式安装计入了折弯损失，锚下有效预应力测试结果比前一种小。由于锚下有效预应力是扣除了各种损失，预应力筋锚下留存的应力，在实际检测中应采用第二种安装方式。在试验中采用两种方式安装是为了验证检测系统的结果的精确性。

①传感器安装在锚杯下。传感器直接安装在锚杯下，反力架前端安装液压千斤顶，用来施力和退锚，反力架后端安装工具锚锁定。按照上述方式安装，测试一根长18m的钢绞线。钢绞线安装在反力架上，后端用扁锚锁定。测试单根绞线有效预应力，对比测试仪数据与传感器显示的误差。反复进行12次，可得到测试仪的重复精度以及单根绞线多次测试有效预应力的变化情况。

如表2所示，为检测试验结果，测试精度和重复精度均在1%范围内，多次测试后有效预应力最大误差为0.95kN，小于1kN。

②传感器安装在锚垫板下。将传感器安装在锚垫板下，为了便于传感器安装的垂直度、同轴度，多设置了一个水泥墩，水泥墩是梁体切割下来的一个部分，带有锚垫板和螺旋弹簧，前端安有工作锚，后端（即锚垫板下）埋有0.5级高精度传感器，使锚具穿入绞线后与传感器之间保持同轴，与绞线保持垂直。反力架后端是液压千斤顶，此千斤顶用来施力和今后退锚。千斤顶后面还安装有工具锚。

按照上述方式安装，测试一束有7根钢绞线的预应力束，锚下传感器测得的有效预应力合力大小为1202kN。

测试按单根进行，经过每根全部测试后，计算机系统自动累加，对比其累加的合力与锚下传感器所显示出合力的误差。试验反复两次，对比两次试验数据，可得出测试仪的重复精度。最后对同一根绞线进行5次测试，观察其锚下有效预应力的变化情况。

如表3所示，为进行的检测结果，第一次测试合力与传感器读数误差2.36‰，第二次测试合力与传感器读数误差1.77‰,测试精度和重复精度均达到5‰范围内。

如表4所示，为进行同一根绞线多次重复精度标定试验，由数据可见绞线经5次测试，对比每次测试的有效预应力值，最大偏差为0.48kN，小于1kN。

表4 检测精度标定试验数据（三）

测试次数测试结果（kN）

1174.14

2174.25

3174.44

4174.17

5174.62

最大误差0.48

3 结束语

通过以上试验可以看出，应变片和传感器法测锚下有效预应力精度低、可靠性差。而新型检测技术，无论传感器安装在锚杯下或者安装在锚垫板下，经过精度试验的检测数据与传感器读数之间的误差很小，重复测试结果相近，检测精度很高（测试精度和重复精度在1%范围内，同一绞线多次测试重复精度小于1kN），可较准确的反应有效预应力数据。

参考文献：

[1]CQJTG F81-2009,桥梁预应力及索力张拉施工质量检测验

收规程[S].[2]王继成.桥梁预应力及索力张拉测控技术[M].北京:人民

交通出版社,2010.[3]李冬. 后张有粘结预应力结构监测与分析[D].阜新:辽宁

工程技术大学,2013.[4]阎丽斌.预应力工程施工中有效预应力控制与检测[J].山

西建筑,2005(23):122-123.

表2 检测精度标定试验数据（一）

测试次数

1

传感器读数（kN）测试仪读数（kN）

测试精度

117.8117.671.10‰

2117.7117.481.87‰

3117.7116.797.73‰

4117.6116.727.48‰

5117.5117.371.11‰

6117.5117.480.17‰

7117.7116.797.73‰

8117.6116.727.48‰

9117.5117.371.11‰

10117.5117.510.09‰

11117.4116.4.34‰

12117.4117.581.53‰

表3 检测精度标定试验数据（二）

绞线编号

1

第一次测试仪器读数（kN）第二次测试仪器读数（kN）两次测试相对误差（重复精度）

168.168.522.19‰

2171.70171.0.93‰

3170.60170.781.05‰

4172.42172.681.51‰

5173.09173.944.‰

6170.25170.903.80‰

7172.08171.513.31‰

合力1199.161199.870.59‰