后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)值的計(jì)算與量測(cè)

李久寶,高亮亮

(1.黑龍江省龍建路橋第五工程有限公司;2.黑龍江省龍建路橋第六工程有限公司)

1 前 言

后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線在張拉過(guò)程中,張拉伸長(zhǎng)值在理論值與實(shí)際量測(cè)值之間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)差值,這個(gè)差值往往會(huì)超過(guò)規(guī)范所要求的限值,在各種操作都規(guī)范及鋼絞線材質(zhì)沒(méi)有問(wèn)題的條件下,這種問(wèn)題的產(chǎn)生一種原因是理論計(jì)算不正確,比如各個(gè)參數(shù)的選取不符合實(shí)際;另一種原因是因?yàn)閷?shí)際量測(cè)的不符合要求,沒(méi)有考慮各種因素的影響。本文從這兩個(gè)方面進(jìn)行了比較全面的分析和總結(jié),以方便在施工中做出行之有效的控制辦法,保證工程的質(zhì)量。

2 后張法鋼絞線理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算

后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線在張拉過(guò)程中,主要受到以下兩方面的因素影響:一是管道彎曲影響引起的摩擦力,二是管道偏差影響引起的摩擦力,導(dǎo)致鋼絞線張拉時(shí),錨下控制應(yīng)力沿著管壁向梁跨中逐漸減小,因而每一段的鋼絞線的伸長(zhǎng)值也是不相同的。

《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2000)中關(guān)于預(yù)應(yīng)筋伸長(zhǎng)值的計(jì)算按照以下公式

式中:ΔL為各分段預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長(zhǎng)值,mm;PP為各分段預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力,注意不等于各分段的起點(diǎn)力與終點(diǎn)力的平均值,N;L為預(yù)應(yīng)力筋的分段長(zhǎng)度,mm;AP為預(yù)應(yīng)力筋的截面面積,mm2;EP為預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量,MPa;P為預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力,將鋼絞線分段計(jì)算后,為每分段的起點(diǎn)張拉力,即為前段的終點(diǎn)張拉力,N;θ為從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和,分段后為每分段中各曲線段的切線夾角和,rad;x為從張拉端至計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度,整個(gè)分段計(jì)算時(shí)x等于L,m;k為孔道每束局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)(1/m),管道彎曲及直線部分全長(zhǎng)均應(yīng)考慮該影響;μ為預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的磨擦系數(shù),只在管道彎曲部分考慮該系數(shù)的影響。

從公式(1)可以看出,鋼絞線的彈性模量 Ep是決定計(jì)算值的重要因素,它的取值是否正確,對(duì)計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值的影響較大。Ep的理論值為(1.9～1.95)×105MPa,而將鋼絞線進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn),彈性模量則常出現(xiàn) Ep′=(1.96～2.04)×105MPa的結(jié)果,這是由于實(shí)際的鋼絞線的直徑都偏粗,而進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)并未用真實(shí)的鋼絞線面積進(jìn)行計(jì)算,采用的是偏小的理論值代入公式進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)公式Ep=可知,若 Ap偏小,則得到了偏大的 Ep′值,雖然 Ep′并非真實(shí)值,但將其與鋼絞線理論面積相乘所計(jì)算出的ΔL卻是符合實(shí)際的,所以要按實(shí)測(cè)值 Ep′進(jìn)行計(jì)算。

公式(2)中的 k和μ是后張法鋼絞線伸長(zhǎng)量計(jì)算中的兩個(gè)重要的參數(shù),這兩個(gè)值的的大小取決于多方面的因素:管道的成型方式、表面特征是光滑的還是有波紋的、表面是否有銹斑,波紋管的布設(shè)是否正確,偏差大小,彎道位置及角度等等,各個(gè)因素在施工中的變動(dòng)很大,還有很多是不可能預(yù)先確定的,因此,摩擦系數(shù)的大小很大程度上取決于施工的精確程度。在工程實(shí)施中,最好對(duì)孔道磨擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)定,并對(duì)施工中影響磨擦系數(shù)的方面進(jìn)行認(rèn)真的檢查,如波紋管的三維位置是否正確等等,以確保摩擦系數(shù)的大小基本一致。

進(jìn)行分段計(jì)算時(shí),靠近張拉端第一段的終點(diǎn)力即為第二段的起點(diǎn)力,每段的終點(diǎn)力與起點(diǎn)力的關(guān)系如下式

式中:Pz為分段終點(diǎn)力,N;Pq為分段的起點(diǎn)力,N;θ、x、k、μ為意義同上。

其他各段的起終點(diǎn)力可以從張拉端開(kāi)始進(jìn)行逐步的計(jì)算。

3 計(jì)算實(shí)例

下面以某橋現(xiàn)澆箱梁的一束縱向鋼絞線的伸長(zhǎng)量計(jì)算為例,進(jìn)一步說(shuō)明伸長(zhǎng)量的計(jì)算方法。

鋼束大樣圖及 N4坐標(biāo)表如表 1。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),已知以下參數(shù)見(jiàn)表 2。

表 1 鋼束大樣圖及N4坐標(biāo)表

表 2 參數(shù)

根據(jù)鋼絞線要素(表 1),可以計(jì)算出各分段長(zhǎng)度,根據(jù)公式計(jì)算出伸長(zhǎng)量,采用計(jì)算一半鋼絞線的伸長(zhǎng)值然后乘以二的方法,見(jiàn)表 3。

4 張拉時(shí)鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)量的測(cè)量方法

鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)量的測(cè)量方法有多種多樣,目前使用較多的是直接測(cè)量張拉端千斤頂活塞伸出量的方法,這樣的測(cè)量方法存在一定的誤差,這是因?yàn)楣ぞ咤^端夾片張拉前經(jīng)張拉操作人員用鋼管敲緊后,在張拉到 10%σk時(shí)因鋼絞線受力,夾片會(huì)向內(nèi)滑動(dòng),張拉到 20%σk時(shí),夾片又會(huì)繼續(xù)向內(nèi)滑動(dòng),這樣通過(guò)測(cè)量千斤頂?shù)纳扉L(zhǎng)量而得到的 10%～20%σk的伸長(zhǎng)量比鋼絞線的實(shí)際伸長(zhǎng)值長(zhǎng) 1～2mm,若以 10%～20%σk的伸長(zhǎng)量作為 0%～10%σk的伸長(zhǎng)量,哪么在 0%～20%σk的張拉控制段內(nèi),鋼絞線的伸長(zhǎng)量就有 2～3mm的誤差。

表 3 伸長(zhǎng)值

從 20%σk張拉到 100%σk時(shí),鋼絞線的夾片又有 2～3mm的滑動(dòng),按最小值滑動(dòng)量計(jì)算單端鋼絞線的伸長(zhǎng)量就有 3～4mm的誤差,兩側(cè)同時(shí)張拉時(shí)共計(jì)有約 6～8mm的誤差(誤差值的大小取決于工具錨夾片打緊程度)。對(duì)于單項(xiàng)張拉的 N1、N2橫隔梁鋼鉸線的理論伸長(zhǎng)量按 7.87cm計(jì)算,4mm的測(cè)量誤差為 5.1%,已接近達(dá)到 ±6%的理論值與實(shí)測(cè)值的允許的偏差值。因此用測(cè)量千斤活塞的方法一般測(cè)出來(lái)的值都是偏大的。

因此,對(duì)于鋼束實(shí)際伸長(zhǎng)值的測(cè)量,建議采用量測(cè)鋼絞線絕對(duì)伸長(zhǎng)值的方法,而不使用量測(cè)千斤頂活塞伸出量的方法,后者測(cè)得的伸長(zhǎng)值須考慮工具錨處鋼束回縮及夾片滑移等影響,尤其是在鋼絞線較長(zhǎng),必須進(jìn)行分級(jí)張拉時(shí),更為繁瑣,若直接通過(guò)測(cè)量千頂活塞的伸出量,則誤差累計(jì)更大。使用一個(gè)標(biāo)尺固定在鋼絞線上,不論經(jīng)過(guò)幾個(gè)行程,均以此來(lái)量測(cè)分級(jí)鋼絞線的長(zhǎng)度,累計(jì)的結(jié)果就是初應(yīng)力與終應(yīng)力之間的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值。

5 結(jié)束語(yǔ)

理論伸長(zhǎng)值計(jì)算中,鋼絞線采取的是兩端張拉,所以在進(jìn)行伸長(zhǎng)量計(jì)算時(shí)是計(jì)算一半鋼絞線的伸長(zhǎng)值然后乘以二的方法;而對(duì)于非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),在計(jì)算鋼絞線的伸長(zhǎng)值時(shí),計(jì)算原則是從兩側(cè)向中間分段計(jì)算,至跨中某一點(diǎn)時(shí)鋼絞線的受力基本相等即可,而不是簡(jiǎn)單的分中計(jì)算。

鋼絞線的分段原則是將整根鋼絞線根據(jù)設(shè)計(jì)線形分成曲線連續(xù)段及直線連續(xù)段,而不能將直線段及曲線段分在同一段內(nèi)。

預(yù)應(yīng)力筋的伸長(zhǎng)量計(jì)算方法有多種,常用的平均力法及簡(jiǎn)化計(jì)算法在很多工程施工中也能夠滿(mǎn)足精度要求,通過(guò)測(cè)量千斤頂活塞伸出量再進(jìn)行換算的方法也可以用于實(shí)際施工中,這里我們僅是將現(xiàn)行規(guī)范中精確計(jì)算法及施工中誤差較小的一種測(cè)量方法作了簡(jiǎn)單的介紹,希望能起到拋磚引玉的作用。由于我們水平有限,不足之處,尚請(qǐng)批評(píng)指正。