0 引言

　　预应力技术已广泛应用于土木工程中，如悬索桥、拉索塔架楼面结构等。尤其是在桥梁工程中，预应力结构以其刚度大、坚固耐久、抗裂性能好等优点，使预应力技术广泛应用于桥梁建设中^[1,2]。预应力施工过程中，张拉过程是预应力结构最重要的环节之一。

　　预应力张拉过程的关键是保证张拉力达到设计值。张拉控制应力设立过高或过低将直接影响预制构件的结构性能检验，特别是使抗裂检验出现异常^[3];周正茂等^[4]提出利用倒退分析法得到预应力钢绞线的初张力;罗佳意等^[5]分析了张拉伸长量的主要影响因素，建立波纹管内钢绞线排列的简化模型，分析了钢绞线伸长状态及具体行为;卓新等^[6]提出求解初始张力为0状态下索的施工控制张拉力值的计算方法;卓新等^[7]还提出计算预应力空间网格结构中索的施工张拉力控制值的张力补偿计算法;方志等^[8]基于实测数据提出一种适合我国中部地区同时考虑箱梁竖向和横向温差的温度梯度模式;雷俊卿等^[9]通过有限元模型分析与实测数据对比得出桥梁关键部位在荷载作用下随施工阶段的应力变化路径与挠度。

　　但对于超长预应力张拉过程的分析还处于空白，需进一步分析。本研究基于云南省某大桥开展了长度为461m的超长预应力钢绞线张拉过程分析;并进行为期1d的温度与锚下有效预应力测试，分析温度对超长预应力钢绞线的影响。

　　1 工程概况

　　工程背景桥梁为位于云南省昭通市的单跨吊混凝土混板梁悬索桥，桥梁主跨465m，四川端主缆边跨为130m，云南端主缆边跨为140m。主梁采用预应力混凝土结构，采用哑铃形板式梁截面。主梁全宽13m(含风嘴)，梁截面中央高70cm，边主梁高95cm。主梁采用C55混凝土，标准梁长6m，预制梁段长5.5m，相邻梁段采用横向湿接缝连接。预制节段吊重129.3t。该桥梁为迄今世界最大混凝土加劲梁悬索桥(见图1a,1b)。

　　图1 月亮湾大桥  

　　研究对象为461m通长钢绞线，全桥共21束，每束共有15根钢绞线，预应力分布如图1c所示。

　　2 预应力检测

　　2.1 测试装置

　　本研究采用智能锚具方法对钢绞线的有效预应力进行测试，具体方法阐述如下。

　　在锚具表面侧面的中间位置均匀贴应变片，应变片贴至锚具后，将应变片表面涂抹环氧胶，并缠紧绝缘胶带，外侧安装金属保护套，最后在外部涂抹玻璃胶对其进行防水绝缘处理。使智能锚具长期测试锚下预应力，智能锚具如图2所示。

　　采用综合采集设备测试锚具应变，然后计算出钢绞线的预应力，测试系统如图3所示。

　　图2 智能锚具  

　　图3 智能锚具测试系统   

　　2.2 现场检测

　　张拉时采用先在钢绞线的两端进行张拉，随后在四川端进行单端张拉方案，从初始状态到张拉30%阶段采用两端张拉，从30%～100%均采用单端张拉，张拉端为四川侧方向，锚固端为云南侧方向。张拉控制力共分6个等级，分别为张拉至30%,60%,70%,80%,90%,100%。张拉至预定等级后，千斤顶保持稳压状态，每间隔5min读取应变测试数据，随时测定锚具应变变化率，待变化率曲线趋于平稳后千斤顶回油，进入下一张拉阶段，直到张拉工作完成。

　　3 测试结果及分析

　　四川端张拉后的测试初始值与稳压后的预应力值如表1与图4所示。

　　表1 四川端稳压过程中张拉力变化 

　　表1 四川端稳压过程中张拉力变化

　　云南端张拉后的测试初始值与稳压后的预应力值如表2与图5所示。

　　图4 张拉过程中四川端预应力变化曲线  

　　表2 云南端稳压过程中张拉力变化 

　　表2 云南端稳压过程中张拉力变化

　　图5 张拉过程中云南端预应力变化曲线  

　　综上可知，在分级张拉时，稳压过程中四川端张拉力随时间而衰减，最大衰减率出现在张拉至30%，稳压20min后变化率为-0.97%;最小衰减率出现在张拉至80%，稳压40min后变化率为-0.11%。云南端随时间变化张拉力逐渐增大，最大变化率出现在张拉至90%，稳压50min后变化率为4.18%;云南端最小变化率出现在张拉至30%，稳压20min后变化率为1%。

　　将设计理论值与张拉测试值进行对比绘制对比曲线，如图6所示。

　　图6 理论张拉力与实测张拉力对比曲线  

　　由图6可知，实测出的张拉力平均比张拉力理论值小347kN，平均单根钢绞线的有效预应力比理论值小23kN。分析其原因，由于油压表未标定，导致油压表读数比实际值偏大，从而导致实际张拉力小于理论张拉力。

　　由图7可知，张拉至60%与70%，稳压20min;张拉至80%，稳压40min;张拉至90%，稳压50min;张拉至100%，稳压60min。

　　图7 变化率随时间变化曲线  

　　JTG/T F50—2011《公路桥涵施工技术规范》^[10]中规定预应力张拉须持荷5min。对于长索及超长索张拉，稳压5min明显不满足要求，所以随着预应力钢绞线的增长稳压时间也应延长。稳压时间与预稳压时间的关系有待进一步研究。

　　《公路桥涵施工技术规范》中规定初始张拉力P₀宜为张拉控制应力P_con的10%～15%。但对于超长预应力钢绞线该范围的初始张拉力是否满足要求须进一步研究，张拉力变化曲线如图8所示。

　　图8 张拉力变化曲线  

　　由图8可知，张拉力在60%处斜率出现突变。如图8b所示，30%～60%张拉力变化率明显小于60%～100%张拉力变化率。这说明在张拉至60%后锚具应变率明显大于30%～60%应变率。分析原因:当张拉至控制应力的30%时，测试钢绞线未达到初张力，导致锚具应变的变化量小。所以规范中所规定的初张力范围不能指导超长预应力钢绞线的张拉施工。对于本研究中461m的预应力钢绞线的初始张拉力P₀至少为张拉控制应力的30%。

　　通过测试数据可指导其他通长预应力钢绞线的张拉施工，提高张拉质量。

　　4 温度相应对超长预应力钢绞线的影响分析

　　为研究温度效应对超长索有效预应力的影响，2019年2月28日对461m预应力钢绞线进行24h测试，测试时间段为2月28日16:00至3月1日16:00，测试时间间隔为10min/次，测量张拉力随温度变化。有效预应力-温度随时间变化曲线如图9所示。

　　图9 有效预应力-温度随时间变化曲线  

　　由图9可知，有效预应力变化与温度变化趋势相同，有效预应力随温度的增加而增大，温度衰减有效预应力也随之衰减。最低温度为11.5℃，出现时间为05:30，锚下预应力最小值出现在07:10，相比会出现滞后，最小预应力值出现在最低温度后的100min。分析原因:由于热辐射在空气与混凝土中的传播速度存在差异，所以有效预应力变化相对于温度变化有时间延迟。

　　为分析温度变化对有效预应力变化的影响，绘制有效预应力变化率与温度之间的关系曲线，并拟合出有效预应力与温度变化之间的拟合曲线，如图10所示。

　　图1 0 有效预应力变化率随温度变化曲线  

　　由图10可知，最大温差为11.7℃，最大温差下有效预应力变化率为11.8%。可看出温度变化对超长预应力钢绞线影响较大，根据所测试数据进行有效预应力变化率与温度的线性拟合，得出温度变化影响下对超长钢绞线的有效预应力变化率的修正公式如下:

　　式中:y为钢绞线锚下有效预应力变化率;ΔT为温差，即测试时刻温度与张拉完成时刻的温度差值(℃)。

　　通过以上分析可知，对于日夜温差较大地区，超长预应力张拉时应考虑温度变化对有效预应力的影响。

　　5 结语

　　1)基于现场实测数据可知，《公路桥涵施工技术规范》中规定的预应力张拉须持荷5min不能指导超长预应力钢绞线张拉。对于本研究中的461m超长预应力钢绞线张拉，持荷时间≥30min;且规范中规定的初始张力的范围同样不能指导超长预应力钢绞线的张拉施工。

　　2)超长预应力钢绞线受温度效应影响明显，本研究提出超长预应力钢绞线的温度效应下有效预应力变化修正公式。通过分析可知，对于日夜温差较大地区，超长预应力钢绞线张拉时应考虑温度效应的影响，为将温差变化对有效预应力变化的影响降至最低，建议在温度接近平均温度时刻对钢绞线进行张拉。