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摘要：分析阐述混凝土预应力梁锚下应力检测原理和检测方法，采用现场拉拔法对A0大桥7-2号预制箱梁的锚下有效应力进行专项质量检测，检测结果符合地方标准要求。
关键词：锚下有效预应力；检测；混凝土；质量
前言
预应力施工技术在当今桥梁建设中占有重要的地位，已经成为了桥梁施工中的关键课题。如果预制混凝土梁的有效预应力过大，可能会导致梁的变形过大，如果预制梁的有效预应力过小，容易导致梁体出现下挠。预应力筋的应力大小与不均匀度将影响梁体的线性和预应力筋自身的使用寿命。
1检测原理
预制梁的施工分为三个阶段：第一阶段为钢筋的绑扎、立模，混凝土的浇筑、养护；第二阶段为预应力筋的安装、张拉；第三阶段为孔道灌浆、预应力筋的切割、封锚等。对预制梁锚下预应力检测，采用现场反张拉法进行检测。为了达到高精度检测，一般采用在第二阶段，预应力筋张拉后，且未割断钢绞线和灌浆前，采用反张拉法进行检测。
反张拉法检测预应力筋锚下应力的原理：拉拔试验是一次对预应力筋进行再次张拉的过程，对已张拉未灌浆的预应力筋进行张拉，从而确定并计算预应力筋的锚下有效应力。预应力筋在张拉后若不尽快灌浆，可能会发生锈蚀，且预应力筋可能会松弛，而现场反张拉法锚下应力自动检测试验一般只能在张拉后灌浆前进行检测。
现场反张拉法锚下应力自动检测对已经张拉的预应力筋进行再次张拉，当锚下真实预应力（启动点A）、补偿孔道反向摩阻影响段内正向摩阻和克服孔道反向摩阻的力值和试验的张拉力达到平衡后，即预应力筋所受预应力即恢复到施工张拉锚固前，即达到检测张拉松动点，如图1 所示B点的状态。对预应力筋施加张拉力，预应力筋的受力状态恢复到施工时的张拉锚固状态，继续张拉，达到图1所示的BC段，此时，施工（或理论计算）的P-S曲线的斜率和检测过程中BC的斜率相同。再根据此斜率，寻找检测过程中的张拉松动点B，即可对预应力筋的锚下预应力标准值进行计算[1]。
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图1 预应筋梁锚下应力检测原理图
图1中的反张拉法锚下预应力检测的张拉应变P-S曲线，可以分为以下过程：
1）张拉力应变P-S曲线OA段，即当反张拉法检测张拉力Pj小于检测张拉启动张拉力PA时，而SA为检测张拉系统受力后的变形；
2）张拉力应变P-S曲线AB段，即当反张拉法检测张拉力Pj在PA、PB之间时，表示锚固损失，即SB-SA表示预应力筋在张拉力作用下克服钢铰线和孔道间反向摩阻的变形量。
3）张拉力应变P-S曲线BC段，即当反张拉法检测张拉力Pj在PB、PC之间时，SC-SB表示预应力筋在张拉力的作用下的变化量。
张拉力应变P-S曲线OE段表示施工张拉阶段张拉力和应变关系。
根据检测的张拉力应变P-S曲线图，当张拉控制力达到松动点B过后，寻找检测张拉的松动点B的方法的原理是发张拉检测张拉力应变P-S曲线和原现场施工时的张拉力应变P-S曲线的斜率相等。检测张拉的BC段和施工现场张拉的OE段斜率相等，BC段为表示预应力筋在张拉力的作用下的变化，使得预应力筋恢复到施工张拉时的变形状态，是检测张拉力补偿反向摩阻影响段内的正向摩阻、克服孔道反向摩阻、和平衡预应力筋锚下真实预应力。将张拉施工的张拉力应变P-S曲线斜率保持不变平移至反张拉检测的张拉力应变P-S曲线的C点，张拉施工的张拉力应变P-S曲线和反张拉检测的张拉力应变P-S曲线相交于B点，B点对应的张拉力PB为检测张拉松动力。
检测张拉启动张拉力即为锚下预应力，可以通过已经确定的张拉松动点B进行计算：
P=PA=PB-△PFM=Pj-△Pj-B-△PFM
PA-------检测张拉启动力；PB-------检测张拉松动力；Pj-------检测张拉力；△Pj-B-------锚索变形△（Sj-SB）所对应的张拉力；△PFM-------孔道反向摩阻。
2 检测方法及实施
锚固损失指放张锚固后，因预应力筋回缩和锚具、梁体变形引起的预应力损失。而锚下有效预应力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。锚下有效预应力分为张拉锚固后的（只经过锚固损失）和长期营运中的（经过梁体徐变、预应力筋松弛等一切损失后）两种。
2.1 计算方法
根据《公路桥涵施工技术规范》[2]实施手册第7.6.3条可查到预应力筋理论伸长值计算公式：
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-------预应力筋理论伸长值（mm）；L---------预应力筋的长度（mm）；AP--------预应力筋的截面积（mm2）；EP---------预应力筋的弹性模量（N/mm2）；PP--------预应力筋的平均张拉力（N）；
2.2 检测方法
利用现场反拉法检测预应力筋的锚下预应力，一般情况下，只能在已经张拉未灌浆前且未割断预应力筋时进行拉拔试验检测。采用现场检测，对已张拉预应力筋进行反张拉检测，通过施加短期分计荷载，通过力和位移关系来判断和检测预应力筋工作预应力损失情况是否满足设计预应力要求，具体做法参照《锚杆喷射混凝土支护技术规范》。详细过程：通过穿心千斤顶、测力计、油泵和油泵的配套油压表，采取分级加载的方法进行检测，对预应力筋施加应力直至达到预应力筋工作有效预应力1.0倍设计荷载为止。使用电动油泵输出油压，并结合现场控制千斤顶和测力计测试数据输出荷载，以实现试验的加载和卸载。所留预应力筋的外露长度宜大于100cm。具体分以下步骤[3]：（1）将已张拉未灌浆的预应力筋、工具锚板、夹片和限位板等设备部件清洗干净；（2）在工具锚夹片上涂上黄油等润滑油，放入工具锚的楔形孔内，并预紧，量取反张拉段预应力筋的长度；（3）安装好位移计，固定在千斤顶上，将千斤顶、油泵和油管等设备连接，所有设备安装调试好过后即施加预应力；（4）对预应力筋施加的拉力按照荷载分级加载的步骤，通过采用油压表计算和测力计同时控制的原则施加的荷载，逐渐增大直到设计荷载。采取0.1倍设计张拉控制力进行再次预紧，位移回到0点，继续进行发张拉直到0.2倍设计张拉控制力，最后加载到1.0倍设计张拉控制力。在加载试验检测过程中，记录每级荷载下作用下锚头的位移和测力计读数，以进行计算。（5）反张拉完成后，将千斤顶卸压，取下千斤顶、测力计、位移计、工具锚板、限位板和夹片等检测设备。
2.3 检测现场实施
（1）预应力孔道锚下预应力检测条件
预制梁预应力孔道锚下应力检测时，孔道预应力筋已张拉，未截断，且孔道灌浆前进行预应力筋反张拉检测，并已搭设好反张拉平台，准备好穿心千斤顶、配套油压表、油泵等设备。
(2) 现场检测条件
为了对预制箱梁的张拉质量进行检测和控制，2019年9月1日对A0大桥右7-2号箱梁从上至下8个孔道（即N1左、N2左、N3左、N4左，N1右、N2右、N3右、N4右）的锚下预应力状态进行了检测。A0大桥右7-2号箱梁于2019年8月24日浇筑，于2019年8月31日张拉，梁长30m，孔道数8孔，预应力筋采用fpk=1860MPa、公称直径为15.2mm的低松弛钢绞线。
3 检测结果分析
3.1 相关规范和设计对锚下有效应力的要求
公路工程行业标准[4]《桥梁预应力及索力张拉施工质量检测验收规程》中对预应力施工有如下要求：后张法管道安装位置偏差、摩阻大小及张拉控制精度等合格率不得低于85%；有效预应力、有效拉力大小和不均匀度合格率不得低于90%。
对于实测锚下有效应力偏大或者偏小的预应力筋，可以进行补张拉，但是其超过范围应不大于5%，数量不大于10%，否则必须进行退锚并重穿预应力筋进行张拉。
有效预应力控制
对于fpk=1860MPa 、公称直径为15.2mm的单根钢绞线，张拉锚固后锚下有效预应力大小应满足规范要求。有效预应力同束不均匀度允许偏差为±5%，各束有效预应力同断面不均匀度允许偏差为2%。
3.2锚下预应力检测结果
A0大桥右幅7-2号箱梁N1左、N2左、N3左、N4左、N1右、N2右、N3右和N4右孔道钢绞线为5、4、4、4、5、4、4、4束。右幅7-2号箱梁N1左、N2左、N3左、N4左、N1右、N2右、N3右和N4右孔道经过反张拉检测并计算，其锚下预应力检测拉力及计算有效预应力-位移曲线图如图3所示，其检测结果如下：
表2箱梁锚下预应力检测结果
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图3 A0大桥右7-2号梁锚下预应力检测拉力及计算有效预应力-位移曲线图
4 结论
（1）A0大桥右7-2箱梁所检测的8个孔道，有效预应力偏差超出±5%不合格的孔道数有0个，结果合格，符合公路工程行业地方标准要求，其预应力施工质量可控、良好。
（2）预应力张拉施工完成后，对于施工过程中发生的质量问题，未经处理，不得进行验收。张拉施工质量应符合设计文件、国家和行业标准要求。
（3）对于检测过程中有效预应力偏小的预应力筋，可以对其进行补张拉；对于有效预应力偏大的预应力筋严禁进行放张，因为在张拉过程中夹片会对预应力筋造成夹痕等微损伤，在放张后，有损伤的区域进入受力区，可能导致预应力筋过早的出现疲劳损害，甚至发生断裂危险。
（4）有效预应力检测是预应力质量控制的重要部分，但检测只是手段，应强调对施工过程的质量控制，完善合理的施工工艺的建立和严格按照施工工艺进行操作控制，是保证预应力施工质量的的关键。
（5）对于张拉施工，建议加强自动张拉控制，特别是张拉到最后一级时，必须达到不少于5分钟持荷时间。
参考文献：
[1]程建军等.后张法混凝土桥梁预应力施加质量检测方法的研究[J].铁道建筑，2011（5）：19-21
[2]JTG/T F50-2011 公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2011.
[3]陈四一.轻轨李子坝群锚挡墙轴力及抗拔检测与分析[D].重庆：重庆交通大学，2006
[4]CQJTG/T F81-2009桥梁预应力及索力张拉施工质量检测验收规程[S].北京：人民交通出版社，2009