0 引言

　　悬索桥的跨度在4大桥型中居首，其加劲梁通常纵向设置预应力钢绞线，预应力通长束的长度也通常很长，提升了预应力张拉施工难度。

　　预应力张拉施工质量严重影响桥梁的安全性能^{[1,2,3,4,5,6,7,8,9]}。磁通量传感器^[10]和基于振弦原理的穿心式压力传感器均可测试锚下预应力，但测试成本高、测试样本少。拉脱法^{[11,12,13,14]}作为一种预应力无损检测技术，不仅可准确测试钢绞线锚下有效预应力，且易实施，山东大学课题组^[15,16]在拉脱法方面也开展了深入研究，探讨了拉脱法测试判别标准及修正方法。实际工程中不能反复退锚钢绞线，同时拉脱法需有张拉工作长度，拉脱法只能测试施工期的锚下预应力，不能做长期观测。

　　云南月亮湾悬索桥的钢绞线张拉长度达461m，其钢绞线长度为桥梁工程中世界第一。如何保证超长预应力张拉过程中有效预应力大小成为施工中需解决的关键问题。鉴于上述科研和工程难题，本研究首次提出一种智能锚具，研究了智能锚具的制作、安装工艺，验证了智能锚具在桥梁工程中应用的技术可行性。

　　1 工程概况

　　月亮湾大桥工程包括主桥及两岸接线工程，主桥采用单跨混凝土梁悬索桥设计，是世界第一跨混凝土加劲梁悬索桥，主缆跨径布置为130m+465m+140m，中跨矢跨比1/10，主缆横桥向中心间距为11.5m，吊索顺桥向标准间距为6m，其桥型布置如图1所示。同时，拥有桥梁工程中世界最长预应力钢绞线，均采用标准强度f_pk=1 860MPa的高强低松弛钢绞线，钢绞线横截面上的分布如图2所示。

　　

　　图1 主桥总体布置(单位:cm)  

　　 

　　

　　图2 横截面钢绞线分布  

　　 

　　2 智能锚具制作及安装工艺

　　2.1 应变片精确定位

　　为了准确得到张拉过程中锚具的微应变，将OVM15-15工作锚具外壁平均分为10等分，共计安装10个应变测点;将应变测点布置于锚具外壁相邻2个锥孔中线位置，应变测点在锚具的高度1/2位置(见图3)。

　　

　　图3 测试锚具应变片布置示意  

　　 

　　2.2 应变片粘贴

　　在选定位置画出十字线，用砂纸打磨结构表面;接着用脱脂棉球蘸无水酒精清洁锚具表面，清洁2～3遍直至表面洁净;采用120电阻式应变片，在应变片粘贴处涂一薄层胶水，将应变片贴至锚具对应位置处，同时盖上聚氯乙烯薄膜，持续反复轻轻滚压以便将多余的胶水和气泡挤出;在应变片引出线附近粘贴端子，同时在引线下方粘贴1层绝缘胶布，用电烙铁将应变片引出线与测量导线进行锡焊，如图4所示。利用万用表检查应变片电阻，确定应变片无短路、断路现象。

　　

　　图4 粘贴应变片  

　　 

　　2.3 防水及防撞保护装置

　　对应变片进行防水绝缘处理，应变片表面涂抹环氧胶，并缠紧防水胶带(见图5)。

　　

　　图5 多重防水保护  

　　 

　　在锚具最外侧安装金属保护套，同时设计和完成了外层铁皮保护层的连扣细部装置(见图6)，防止应变片剐蹭损伤，同时防止锚具安装过程中可能产生的撞击对应变片及焊接点造成损坏。

　　2.4 安装测试锚具

　　将智能锚具安装至预拉钢束位置，随后按顺序依次安装工作夹片、限位板、张拉用千斤顶、压力环、工具锚及工具锚夹片，现场操作过程如图7所示。

　　3 测试数据及分析

　　3.1 智能锚具标定

　　现场每级荷载张拉后，均采集智能锚具上10个测点的应变，并同步采集穿心式压力环读数，测试结果如图8所示。

　　由图8得到的15孔智能锚具的标定公式为:

　　

　　 

　　

　　图6 防撞击装置  

　　 

　　

　　图7 测试锚具及张拉设备安装  

　　 

　　

　　图8 智能锚具标定数据  

　　 

　　式中:F为预应力荷载(k N);s为智能锚具厚度方向中间位置的应变(με)。

　　分析图9可看出，智能锚具的应变测试均值和压力传感器的读数呈线性关系，可通过智能锚具的应变感知测试预应力钢绞线的预应力。

　　3.2 分级张拉施工的测试数据

　　四川侧采用单端张拉。张拉控制等级为30%,60%,70%,80%,90%,100%，张拉到预定张拉力等级的同时，即可开展测试。智能锚具应变和压力环读数的采样频率为5min/次，直到智能锚具应变变化率曲线趋于平稳后千斤顶回油，进行下一等级张拉施工。

　　

　　图9 预应力随时间变化曲线  

　　 

　　对四川侧的智能锚具和压力环进行同步采集，具体测试结果如表1和图9所示。

　　  

　　表1 四川侧稳压过程张拉力变化 

　　 

　　 

　　

　　表1 四川侧稳压过程张拉力变化

　　分析表1和图9可得到以下结论。

　　1)在每级张拉荷载后，由于钢绞线的松弛，会产生预应力损失。

　　2)稳压过程中四川侧张拉力随时间而衰减，最大衰减率出现在张拉30%荷载等级，稳压20min后，变化率为-0.96%;最小衰减率出现在张拉至80%荷载等级，稳压40min后，变化率为-0.11%。

　　3)对于云南侧继续张拉施工提出建议，按75%,90%,100%3个等级施加预应力。

　　3.3 稳压时间

　　为了进一步探讨不同张拉荷载下461m超长预应力钢绞线的张拉持荷时间，对云南侧和四川侧在不同荷载下不同时间的预应力变化率进行整理(见图10)。

　　图10中图例的F_yn代表“云南侧”，F_sc代表“四川侧”。由图10得到以下结论:张拉60%与70%，稳压时间20min;张拉80%，稳压时间40min;张拉90%，稳压时间50min;张拉100%，稳压时间60min。可以认为，张拉荷载等级越大所需稳压时间越长。

　　规范^[17]规定:预应力张拉需持荷5min。对于本研究的461m超长束，稳压5min明显不满足要求，张拉100%设计张拉荷载时，建议保证60min的稳压时间。

　　

　　图1 0 预应力变化率随稳压时间变化曲线  

　　 

　　3.4 超长孔道的摩阻力

　　单侧张拉时，四川侧张拉60%设计张拉荷载后，每隔10%荷载等级同步测试四川侧和云南侧的锚下预应力(见图11)。

　　

　　图1 1 单侧张拉测试结果  

　　 

　　分析图11可看出:

　　1)单侧张拉工况下，张拉侧的荷载要大于固定侧的荷载。

　　2)随着张拉等级的增加，张拉侧减去固定侧的荷载差值也增大。分析其原因:孔道摩阻损失计算时含有几个参数，即孔道长度L、孔道每延米偏差系数k、孔道和钢绞线的摩擦系数μ、孔道的空间角度θ，其中L,k，θ均为超长预应力钢绞线的几何参数，与张拉荷载等级无关。而孔道和钢绞线的摩擦系数μ固定时，如果张拉荷载越大，则钢绞线侧向挤压波纹管的压力值越大，进而会导致孔道摩阻力增大。即孔道摩阻损失与张拉荷载等级呈线性正相关的特性。

　　3)进一步分析张拉等级为100%时张拉侧和固定侧的预应力差值，可看出对于461m超长预应力钢绞线，孔道摩阻预应力损失达839.68k N，该值占总张拉荷载的28.7%。背景桥梁实际采用对称张拉工艺，则对称张拉时初始张拉荷载至少为14.35%，才能保证预应力钢绞线中间位置受力。

　　4)建议桥梁实际张拉施工按1.03倍张拉荷载张拉。

　　3.5 锚下预应力的温度影响测试

　　桥梁横跨四川省和云南省交界处的金沙江，桥址位置的日夜温差变化较大。为了探讨大气温度对加劲梁的预应力影响，基于本研究提出的智能锚具测试技术，首次开展461m预应力钢绞线锚下预应力温度影响测试。具体测试结果如图12,13所示。

　　

　　图1 2 锚下预应力衰减率随时间变化曲线  

　　 

　　

　　图1 3 温度-预应力衰减关系  

　　 

　　分析图12和图13可看出:

　　1)锚下预应力衰减率与温度之间呈现典型的线性正相关特性。

　　2)温差变化10℃，锚下预应力的变化率达到9%，混凝土加劲梁悬索桥的预应力受温度影响显著。

　　4 结语

　　1)首次提出智能锚具的加工及安装工艺。

　　2)通过穿心式压力传感器对智能锚具进行了测试标定，给出15孔智能锚具的标定公式;数值有限元分析同样表明智能锚具的标定公式准确。

　　3)对于本研究的461m超长预应力钢绞线，桥梁施工规范的稳压5min施工条文明显不满足要求，张拉100%设计张拉荷载时，需60min稳压时间。

　　4) 461m超长预应力钢绞线的孔道摩阻预应力损失达839.68k N，该值占总张拉荷载的28.7%。背景桥梁实际采用对称张拉工艺，则对称张拉时初始张拉荷载至少为14.35%，才能保证预应力钢绞线中间位置受力。

　　5)锚下预应力与温度之间呈现典型的线性正相关特性;温差变化10℃，锚下预应力的变化率达到9%,465m混凝土加劲梁悬索桥的预应力受温度影响显著。