公路水运工程预应力张拉有效应力检测指南DB34／T 3177-2018.pdf

ICS 93.080 P 66 DB34 安徽省地方标准 DB 34/T 31772018 公路水运工程预应力张拉有效应力 检测指南 Test guide for effective stress of prestressed tension in road water transportation engineering 文稿版次选择 2018-08-08发布 2018-09-08实施安徽省质量技术监督局 发布 DB34/T 31772018 I 目 次 前言.II1 范围.12 规范性引用文件.13 术语和定义.14 基本要求.25 检测方法.25.1 一般规定.25.2 检测设备.25.3 锚圈口摩阻损失测试.35.4 孔道摩阻损失测试.45.5 张拉有效应力检测.56 检测指标.66.1 一般规定.66.2 有效应力控制指标.76.3 有效应力检测报告.7附录 A（资料性附录）锚下有效预应力检测汇总表.8附录 B（资料性附录）单根复张法检测原理.9附录 C（资料性附录）公路水运工程预应力张拉有效应力检测指南.11 DB34/T 31772018 II 前 言 本标准按照 GB/T 1.12009 给出的规则起草。本标准由安徽省交通运输厅提出并归口。本标准起草单位：安徽省交通建设工程质量监督局、上海同济检测技术有限公司、安徽省公路桥梁工程有限公司、安徽省交通建设有限责任公司、湖南联智桥隧技术有限公司。本标准主要起草人：高学华、戚斌、卞国炎、姚鸿梁、孙学军、储根法、王乐远、宋爽、王琛、孟平丛、钱申春、程晓东。DB34/T 31772018 1 公路水运工程预应力张拉有效应力检测指南 1 范围 本标准规定了公路水运工程预应力张拉有效应力检测的基本要求、检测方法和检测指标。本标准适用于公路水运工程新建、改建和加固工程中张拉有效应力检测。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 5223 预应力混凝土用钢丝 GB/T 5224 预应力混凝土用钢绞线 GB/T 14370 预应力筋用锚具、夹具和连接器 GB/T 20065 预应力混凝土用螺纹钢筋 JTG/T F50 公路桥涵施工技术规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 锚固应力损失 anchorage stress loss 预应力筋张拉锚固后，因预应力筋回缩、锚具和梁体变形等原因引起的预应力损失。3.2 锚下有效预应力 effective prestress under anchorage 预应力筋张拉锚固后，实际张拉控制应力扣除相应损失后，预应力筋锚下留存的应力。3.3 有效预应力检测 effective prestress detection 预应力筋张拉锚固后，对锚下有效预应力大小及其不均匀度的检测评定。3.4 有效预应力同束不均匀度 unevenness of effective prestress in the same bunch 同一束预应力筋中各单根预应力筋锚下有效预应力最大值和最小值的偏差程度。DB34/T 31772018 2 3.5 复张法 against method 对张拉完成的预应力筋进行二次张拉，张拉过程中实时监测预应力筋的张拉力与伸长值，通过其相关关系判断锚下有效应力的一种方法。4 基本要求 4.1 进行有效应力检测的预应力筋应满足 GB/T 14370、GB/T 20065、GB/T 5223、GB/T 5224 的要求。4.2 预应力张拉有效应力检测除应符合本指南的要求外，应符合 JTG/T F50 的要求。4.3 预应力张拉有效应力检测前应编制预应力张拉有效应力专项检测方案并经过审批，需要变更的方案在变更后应再经审批。4.4 预应力张拉有效应力检测应由具有相关资质的单位和人员实施，检测人员的配备应满足工程施工与现场检测的需求，并应在进场前对其进行岗前培训和技术、安全交底。5 检测方法 5.1 一般规定 5.1.1 预应力张拉有效应力检测应使用复张法进行检测，宜采用单根检测的方法进行检测。5.1.2 检测采用规范、统一、信息完整的现场记录表，记录表格式见附录 B。5.1.3 复张法检测应在预应力筋已张拉、未注浆、钢绞线未切割的状态下进行。5.2 检测设备 5.2.1 有效应力检测仪器 5.2.1.1 有效应力检测仪器包含加载系统与数据采集分析系统两部分。各部分组成如下：a)加载系统包含：穿心式千斤顶、油泵、高压油管、锚夹具、锚垫板、限位板等。b)数据采集分析系统包含：测力传感器（油压传感器或应力传感器）、位移传感器、数据采集分析仪。5.2.1.2 有效应力检测仪器的技术指标应满足如下要求：a)加载系统应具备连续加载的能力，并能对加载速度进行调整，加载系统的额定出力应不小于被测预应力筋有效应力的 1.2 倍。b)测力传感器测试精度不低于 0.5FS（FS 为满量程误差），位移传感器测试精度不低于 0.5FS。5.2.1.3 有效应力检测仪器应定期到法定计量单位进行校准，其中油压传感器校准时间间隔不大于 6个月。应力传感器校准时间间隔不大于 12 个月。5.2.2 摩阻测试仪器 5.2.2.1 摩阻测试仪器包含测力传感器（油压传感器或应力传感器）、数据采集仪及数据分析系统。5.2.2.2 测力传感器测试精度不低于 0.5FS。5.2.2.3 测力传感器应定期到法定计量部门进行校准，其中油压传感器校准时间间隔不大于 6 个月。应力传感器校准时间间隔不大于 12个月。DB34/T 31772018 3 5.3 锚圈口摩阻损失测试 5.3.1 锚圈口摩阻损失测定 采用张拉千斤顶为加压装置，可用静载锚固试验机在小型试件上用一根直孔道钢筋混凝土柱进行试验，试验可采用单端张拉的方式，测试分为加压端、封闭端，被测锚夹具应安装于加压端。测试方式如图1 所示。图1 锚圈口摩阻损失测试图 5.3.2 测试准备 测试准备工作应按下列要求进行：a)为了保证试验结果的精度，需要待试验试件的混凝土养护完成后进行。b)搭设牢固可靠的脚手架或操作平台以及悬挂传感器、千斤顶所需的支架。便于操作人员进行传感器、千斤顶的安装及定位。c)按照图 1 的要求安装测试设备，所有设备安装应牢固可靠。千斤顶、锚夹具、压力传感器及预应力筋应严格对中，测试钢绞线的延长线方向上应设置防护挡板。5.3.3 测试方法 锚圈口摩阻测试按下列要求进行：a)对加压端千斤顶进行加压，加压至张拉控制应力的 15，持荷 30 s。b)将加压端千斤顶加压至张拉控制应力，加压速率不大于con25%/min。数据稳定后读取加压端、封闭端的应力值。c)加压端测试应力为 Na 时，封闭端测试应力为 Nb，则锚圈口摩阻力见公式（1）：0ab-N NN.(1)式中：0N 锚圈口摩阻；aN 加压端测试应力；bN 封闭端测试应力。克服锚圈口摩阻力的超张拉系数见公式（2）：DB34/T 31772018 4 baNNn 0.(2)式中：0n 克服锚圈口摩阻力的超张拉系数。注：测试反复进行 3 次，取得的平均值即为测定值。5.4 孔道摩阻损失测试 5.4.1 孔道摩阻测试 应在现场结构物孔道上进行测试，采用张拉千斤顶为加压装置。测试采用单端张拉的方式，分为加压端、封闭端进行测试，测试模型如如图2 所示。图2 孔道摩阻测试图 5.4.2 测试准备 测试准备工作应按下列要求进行：a)孔道摩阻损失测试在试件混凝土达到设计要求的强度后进行。b)测试前应预留足够长度的钢绞线，两端应考虑传感器的长度。c)搭设牢固可靠的支架或操作平台以及悬挂传感器、千斤顶所需的支架。便于操作人员进行传感器、千斤顶的安装及定位。5.4.3 测试方法 孔道摩阻测试按下列要求进行：a)根据图 2 的要求安装传感器、锚具、锚垫板、千斤顶。传感器，锚具，千斤顶，管道要求同心。b)封闭端千斤顶主缸进油空顶 150 mm 后锁定，两端预应力筋应均匀楔紧于千斤顶上，两端装置对中。c)梁的两端千斤顶同时加压，加压至张拉控制应力的 15，持荷 30 s。d)封闭端千斤顶进行封闭，张拉端千斤顶加压至张拉控制应力。加油速率不大于con25%/min。e)加压端测试拉力为aN 时，封闭端测试拉力为bN，则孔道摩阻损失见公式（3）：kabNNN.(3)式中：DB34/T 31772018 5 kN 孔道摩阻力；aN 主动端测试拉力；bN 被动端测试拉力。如此反复进行 3 次，取两端压力差的平均值。仍按上述方法，加压端封闭端交换，取两端 3次压力差的平均值。将上述两次压力差平均值再次平均，即为孔道摩阻力的测定值。5.5 张拉有效应力检测 5.5.1 锚下有效预应力的测试 宜采用单根钢绞线复张法，复张法检测的基本原理见附录B。5.5.2 检测准备 锚下有效应力检测准备应按下列要求进行：a)张拉有效应力测试应在施工现场进行测试，测试时为了保证试验结果的精度，需要待试件结构混凝土养护完成后进行。b)复张法检测应在预应力筋已张拉、未注浆、钢绞线未切割的状态下进行，钢绞线的外露长度不小于 300 mm。c)搭设牢固可靠的支架或操作平台以及悬挂传感器、千斤顶所需的支架，便于操作人员进行传感器、千斤顶的安装及定位。5.5.3 现场试验 锚下有效应力检测应按下列要求进行：a)在工作锚上安装限位板。b)在限位板上安装千斤顶，采用体外复张的方法，施加与锚下有效预应力方向相反的张拉力。c)建立伸长量-张拉力曲线，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（斜率为正），应停止加载，曲线上突变点对应的拉力数值即为锚下有效预应力数值；如出现张拉力突然变小（斜率为负），应减缓加载速度进行加载，当张拉力再次增加（斜率变正值）时停止加载，曲线上的点对应的拉力数值为锚下有效预应力，在图 3 所示的力-伸长量曲线中，有效应力点即为锚下有效预应力。DB34/T 31772018 6 图3 锚下有效预应力的确定 d)根据伸长量与张拉力的关系，可确定锚下有效预应力数值，及其相应的伸长量与张拉力曲线。5.5.4 张拉有效应力的确定 锚下有效应力的确定应按下列要求进行：a)对预应力筋的外露段施加与锚下有效预应力方向相反的张拉力，采集并记录伸长量和张拉力值，建立伸长量-张拉力曲线。b)计算伸长量-张拉力曲线的斜率。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（斜率为正），曲线上突变点对应的拉力数值即为锚下有效预应力数值；如出现张拉力突然变小（斜率为负），应减缓加载速度进行加载，当张拉力再次增加（斜率变正值）时曲线上的突变点所对应的拉力数值为锚下有效预应力。d)对软件判定结果存在疑问时，应进行人工复核。5.5.5 有效预应力同束不均匀度计算方法 有效预应力同束不均匀度是同一束中各单根钢绞线锚下有效预应力最大值和最小值的偏差程度，其计算方法见公式（4）：max minmax100%bPPUP.(4)式中：Ub 同一束钢绞线锚下有效预应力的同束不均匀度。P 同一束钢绞线内的单根钢绞线有效预应力。Pmax 同一束钢绞线中锚下有效预应力最大的一根钢绞线应力值。Pmin 同一束钢绞线中锚下有效预应力最小的一根钢绞线应力值。6 检测指标 6.1 一般规定 6.1.1 预应力张拉施工前应进行摩阻测试。6.1.2 张拉施工前，应对不同孔道进行两孔以上的摩阻测试。DB34/T 31772018 7 6.1.3 孔道摩擦系数 和孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数 k应根据摩阻测试确定 6.1.4 预应力筋锚下有效预应力检测应在张拉锚固后进行，检测频率宜不小于表 1 的规定。如检测中出现不合格情况，应根据不合格梁板（孔道）的数量加倍进行检测。表1 有效应力检测频率 类别 检测频率 预应力筋 一般预应力筋 3 预应力筋 体外筋、环形筋、竖向筋、负弯矩段筋 3 边、中跨合龙段预应力筋 3 注：检测频率对于预制梁指梁板总数的百分率，对于其它梁指钢绞线孔道总数的百分率。6.2 有效应力控制指标 对 pk=1860 MPa，公称直径为 15.2 mm 的钢绞线，单根预应力筋与梁板（断面）的张拉有效应力控制指标见表2 和表3。表2 预应力筋张拉有效预应力大小的控制要求 设计张拉控制应力（MPa）张拉方式 钢绞线长度（m）张拉力标准值（kN）允许偏差（）0.7 pk 单端 30 170 5 0.7 pk 双端 30 168 5 单端 25 165 5 双端 163 5 单端 20 155 5 双端 153 5 0.75 pk 单端 30 183 5 双端 178 5 单端 25 178 5 双端 173 5 单端 20 168 5 双端 163 5 注：对于 20 m 以下的短梁，锚下有效预应力标准值应该以相关规范计算的理论值作为标准参考值。表3 梁板（断面）张拉有效预应力控制指标 项目 允许偏差 不均匀度 有效预应力同束不均匀度 5 大小 单根钢绞线有效预应力大小 5 整束平均有效预应力大小 5 6.3 有效应力检测报告 有效应力检测报告应包含检测概况、检测依据、检测仪器、检测方法、检测数据及检测结论，检测数据应包含锚下有效应力的大小及锚下有效预应力同束不均匀度，检测数据表格可参照附录A。DB34/T 31772018 8 A A 附 录 A（资料性附录）锚下有效预应力检测汇总表 表A.1 锚下有效预应力检测汇总表 建设单位 报告编号 项目名称/标段 结构名称/梁号 主要仪器设备及编号 检测日期 检测依据 检测人 束号 根（索）号 实测值（kN）单根偏差 束号根（索）号 实测值（kN）单根偏差 实测 偏差（）同束不 均匀度（）评定实测 偏差（）同束不均匀度（）评定 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 检测根数 合格根数 合格率（）结论 检测结论：注1：标准值为XXkN；注2：“”代表无效值，不参与计算和结果评定。检测：复核：检测日期：DB34/T 31772018 9 B B 附 录 B（资料性附录）单根复张法检测原理 锚下有效应力测试采用单根钢绞线复张法作为钢绞线应力检测研究的主要方法。复张法的基本原理是对露在体外的钢绞线单根进行张拉（见图B.1），同时测试张拉力和钢绞线位移量。图B.1 复张法工作体系图 对已经施加预应力的钢绞线而言，它被梁体表面处的工作锚分成内外两部分（长度为 L1 的外部段与长度为 L2 的内部段，L2 远大于 L1）。F内 即为梁体内段钢绞线的应力，该应力通过工具锚传递给整个预应力构件；F外 为梁体外段钢绞线的应力值。钢绞线锚固后，F内 F设计值，F外=0。为测定 F内，通过特定机具对梁体外部的钢绞线施加某一应力，使 F外 缓慢增大至 F内。如图B.2 所示，该过程会出现三种状态：a)稳态 I（F 外 F 内），外部应力小于内部应力，外部应力无法拉动内部钢绞线，工作夹片未发生滑动，钢绞线仍被工作锚分为内外两个部分。如图 B.2 下半部分所示的 F-S 曲线（力-位移曲线），该段曲线的斜率 k1 应为 L1 段钢绞线对应的弹性系数。b)非稳态（F 外 F 内），外部应力接近内部应力，工作夹片与工作锚正开始发生相对滑动，由于F 外 除了要克服 F 内 外，还要克服工作夹片与工作锚间的摩擦力，因此 F-S 曲线上往往会出现一个尖峰（F 外 F 内+F 夹片摩阻），该尖峰过后，工作夹片完全从工作锚中滑出，F 外 也对应下降至F内，开始进入稳态 II。c)稳态 II（F 外=F 内），外部应力等于内部应力，工作夹片已完全滑出，内外部钢绞线成为一个整体。如图 B.2 下半部分所示的 F-S 曲线，该段曲线的斜率 k2 应为 L1 段与 L2 段钢绞线串联而成的整束钢绞线的弹性系数。DB34/T 31772018 10 图B.2 复张法检测受力图 由于同质（相同材料，相同截面积）弹性体的弹性系数与其长度成反比，同时对于预应力梁板而言，图B.2 的（L1+L2）远大于 L1，因此弹性系数 k1 远大于 k2。基于该特性，通过最小二乘法便可以自动捕捉图B.2 中所示的非稳态与稳态 II 的交界点，即所谓的有效应力拐点。综上所述，通过测量复张过程中的外力可以捕捉到施工后预应力构件内钢绞线的内部有效应力。DB34/T 31772018 11 C C 附 录 C（资料性附录）公路水运工程预应力张拉有效应力检测指南 条 文 说 明 6 检测指标 6.1 预应力筋锚下有效应力检测若出现不合格情况，按表1 的检测频率加倍进行检测。6.2 公称直径为 15.2 mm 的钢绞线，是目前预应力工程中应用最广泛、效果最佳的预应力筋。钢绞线锚下张拉应力的损失主要为摩阻损失与回缩损失，孔道摩阻、穿束方法等因素对锚下有效应力的影响较小。因此锚下有效应力标准值应为：kn sFFFF.(C.1)sEA LFL.(C.2)式中：kF 锚下有效应力标准值；F 张拉控制应力；nF 摩阻损失；sF 锚具回缩损失；E 钢绞线的弹性模量；A 钢绞线截面积；L 为钢绞线锚固回缩值；L 为钢绞线长度。对于后张法，由于梁型的区别，摩阻损失 nF 通常按 5的张拉控制应力 F 进行取值。同时根据现场试验及张拉数据，在后张法施工中钢绞线锚固回缩值 L 单端通常按 46 mm 进行取值。通过大量工程实践检测，根据检测数据进行数理统计分析得出，对于长度 30 m 以上，公称直径为15.2 mm 的单根钢绞线，当设计张拉控制应力为 0.7 时，双端张拉时对应的锚下有效预应力应为 168 kN；当设计张拉控制应力为 0.75 时，对应的锚下有效预应力为 178 kN。对于短于这个长度的钢绞线，按照公式（C.1）及（C.2）进行综合分析应力损失，得出对应的锚下有效应力取值；对于其它型号的钢绞线，其有效预应力标准值根据设计的张拉控制应力，通过试验、计算确定。对于大小允许偏差，按照 JTG/T F50 的规定，预应力筋在锚下的有效预应力与设计张拉控制应力偏差不超过 5。对于不均匀度允许偏差，按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计标准 JTG DB34/T 31772018 12 D62-2004 的规定，张拉应力最大值为 0.80，其对应屈服强度为 0.85，留有 5考虑各单根绞线受力不均匀度。_