關(guān)于預(yù)應(yīng)力束伸長值的研究

張勇

摘要： 本文介紹了橋梁預(yù)應(yīng)力束理論伸長值及實(shí)測伸長值的計(jì)算方法，并就偏差產(chǎn)生原因及注意事項(xiàng)進(jìn)行了分析、討論。

Abstract： This paper describes the calculation method of measured elongation values and theoretical elongation value of bridge

prestressed beam， and made anlysis on deviation causes and precautions.

關(guān)鍵詞： 理論伸長值；實(shí)測伸長值；偏差原因

Key words： theoretical elongation value；measured elongation values；cause of the deviation

中圖分類號：TU394 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）03-0031-03

0 引言

預(yù)應(yīng)力施工是橋梁施工中最關(guān)鍵的一環(huán)，預(yù)應(yīng)力施工控制的好壞關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的長久安全，但目前技術(shù)管理人員對預(yù)應(yīng)力施工的重要性理解不夠，對預(yù)應(yīng)力束張拉中“雙控”把關(guān)不到位，片面理解“以張拉力控制為主”，而忽視伸長值的校核作用，實(shí)測伸長值與理論伸長值偏差很大而不去查找原因，這樣就造成了張拉過程中存在的很多問題無法被發(fā)現(xiàn)，留下很大的質(zhì)量隱患，所以伸長值校核的作用顯得尤為重要。

目前很多施工人員不會正確進(jìn)行預(yù)應(yīng)力束理論伸長值的計(jì)算，且預(yù)應(yīng)力束實(shí)際伸長值量測考慮不全面、計(jì)算不準(zhǔn)確，有偏差的伸長值數(shù)據(jù)也起不到校核的作用。本文著重對預(yù)應(yīng)力束伸長值進(jìn)行分析、討論。

1 理論伸長值計(jì)算

1.1 三個公式

①理論伸長值計(jì)算公式：△LL=■?！鱈l━預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長值（mm）；Pp━預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力（N）；L━預(yù)應(yīng)力筋的長度（mm）；Ap━預(yù)應(yīng)力筋的截面面積（mm2）；Ep━預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量（N/mm2）；②平均張拉力計(jì)算公式：Pp=■；P━預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力（N）；Pp━預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力（N）；x━從張拉端至計(jì)算截面的孔道長度（m）；θ━從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和（rad）；k━孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)；μ━預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)；③尾端張拉力計(jì)算公式：PL=Pe-（kx+μθ）；Pl━預(yù)應(yīng)力筋每段尾端力（N）；其他符號與平均張拉力計(jì)算公式一致。

1.2 上述公式需要明確的問題 θ、κ、μ取值，按照設(shè)計(jì)規(guī)范定義：θ為張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，是將張拉端至計(jì)算截面作為一個整體進(jìn)行一次計(jì)算，是一種簡化計(jì)算，實(shí)際理論伸長值的計(jì)算與簡化計(jì)算有一定的偏差，需對預(yù)應(yīng)力束按直線、曲線進(jìn)行分段計(jì)算；κ、μ值取值采用兩種方法，一是采用經(jīng)驗(yàn)法直接從施工規(guī)范相應(yīng)表格上查取，二是通過現(xiàn)場管道摩阻試驗(yàn)確定。

1.3 理論伸長值的計(jì)算實(shí)例 以某高速公路一座連續(xù)剛構(gòu)梁縱向預(yù)應(yīng)力前期頂板束18C為例進(jìn)行理論伸長值計(jì)算，頂板束采用兩端對稱張拉，計(jì)算截面為跨中。κ、μ值采用經(jīng)驗(yàn)法從施工規(guī)范表格查取。

預(yù)應(yīng)力參數(shù)：采用270級，公稱直徑Φs15.2低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管，彈性模量Ep＝1.9×105MPa、抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1860MPa、鋼絞線有效截面面積Ap=140mm2、管道偏差系數(shù)κ＝0.0015、管道摩擦系數(shù)μ＝0.17（取大值）；張拉控制應(yīng)力f＝0.75fpk＝1395MPa。（圖1、表1、表2）

1.4 伸長值簡化計(jì)算和精確計(jì)算進(jìn)行比較 對某連續(xù)剛構(gòu)梁縱向預(yù)應(yīng)力前期頂板束3C-18C、腹板下彎束A2-A16分別進(jìn)行分段精確計(jì)算和整體簡化計(jì)算，計(jì)算過程與18C相同，不再進(jìn)行計(jì)算。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3、表4。

結(jié)論：由上述分段精確計(jì)算和整體簡化計(jì)算比較可知，簡化計(jì)算值較精確計(jì)算值是偏大的，對于相同部位管道，管道越長簡化計(jì)算的精度越小，偏離理論伸長值越大，理論計(jì)算腹板下彎束最大偏差1.6%，前期頂板束最大偏差0.79%，相對與規(guī)范要求的偏差不超過±6%，已不可忽略，故當(dāng)計(jì)算預(yù)應(yīng)力束理論伸長值是需按照管道分段進(jìn)行理論伸長值的計(jì)算。

2 現(xiàn)場實(shí)際伸長值的量測

2.1 鋼絞線實(shí)際伸長值計(jì)算公式 △Ls＝△L1＋△L2；△L1━從初應(yīng)力至最大張拉應(yīng)力間的實(shí)測伸長值；△L2━初應(yīng)力以下的推算伸長值，可采用相鄰級的伸長值。

以本項(xiàng)目為例，初始預(yù)應(yīng)力為10%σ，初應(yīng)力以下推算伸長值△L2取20%σ至10%σ的實(shí)測伸長值。

2.2 伸長值實(shí)測 目前預(yù)應(yīng)力束伸長值的測量較多的是采用直接測量千斤頂活塞伸出量的方法，千斤頂工作示意圖如圖2。

2.2.1 一頂?shù)轿簧扉L值有效值 預(yù)應(yīng)力束較短，預(yù)應(yīng)力束張拉到控制力，千斤頂活塞滿足一次到位行程要求，千斤頂在初應(yīng)力10%σ時活塞外露量a1，20%σ時活塞外露量a2，100%σ時活塞外露量a3，b為需要扣減的因素（后文再述說），則單端預(yù)應(yīng)力束伸長值有效值為：△Ls＝2×（a2－a1）＋（a3－a2）－b。

2.2.2 兩頂及多頂?shù)轿簧扉L值有效值 預(yù)應(yīng)力束較長，千斤頂一次活塞行程不滿足預(yù)應(yīng)力束總伸長值要求，需反復(fù)退頂張拉。假設(shè)分兩次張拉到位，0-60%σ為第一頂，60%σ-100%σ為第二頂。第一頂在初應(yīng)力10%σ時活塞外露量a1，20%σ時活塞外露量a2，60%σ時活塞外露量a3；第二頂初應(yīng)力為60%σ時活塞初始讀數(shù)為a4，100%σ時活塞外露量a5，c為需要扣減的因素（后文再述說），則單端預(yù)應(yīng)力束伸長值有效值為：△Ls＝[2×（a2－a1）＋（a3－a2）－c/]＋[（a5－a4）－c//]。

2.3 伸長值實(shí)測時需扣減因素b、c探討 筆者認(rèn)為目前預(yù)應(yīng)力束張拉伸長值實(shí)測及計(jì)算過程普遍存在很多不正確的作法，主要問題是現(xiàn)場技術(shù)人員對張拉原理一知半解，張拉伸長值的讀取隨意性較大，扣減因素未考慮全面且取值過分依賴經(jīng)驗(yàn)，未實(shí)測。

2.3.1 預(yù)應(yīng)力束伸長值扣減因素 需扣減因素主要包括工具錨夾片回縮、工作錨夾片回縮、預(yù)應(yīng)力束工作段長度伸長值、工具錨及工作錨夾片與預(yù)應(yīng)力束滑移、錨墊板處混凝土壓縮等。

2.3.2 試驗(yàn) 以某高速公路連續(xù)剛構(gòu)梁縱向預(yù)應(yīng)力后期底板束X7張拉為例進(jìn)行扣減因素實(shí)測，后期束X7為12根？準(zhǔn)15.2鋼絞線，設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力值為1395MPa，采用YCW400B穿心式千斤頂進(jìn)行張拉，一頂?shù)轿弧?/p>

①工具錨夾片回縮量b1。工具夾片隨著張拉力的施加會與鋼絞線一起回縮，但千斤頂活塞在張拉過程是不會隨著夾片回縮而回縮的，故工具夾片回縮量需計(jì)入預(yù)應(yīng)力伸長值扣減因素。通過試驗(yàn)，安裝工具夾片時用鋼管將夾片敲緊后，工具夾片與鋼絞線之間無滑移現(xiàn)象，夾片的回縮即為鋼絞線的回縮。通過實(shí)測，工具夾片初始外露量為15.6mm，張拉到控制應(yīng)力時工具夾片外露量為12.94mm，則工具夾片回縮為：b1＝15.6－12.94＝2.66mm。

②工作錨夾片回縮量b2。工作錨夾片回縮無法直接實(shí)測，比較正確的作法是：測量限位板深度及張拉到設(shè)計(jì)噸位值退頂后工作夾片外露長度，兩者之差即為工作錨夾片回縮量。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測：限位板凹槽槽深7.58mm，張拉到設(shè)計(jì)噸位退頂后工作夾片外露長度為2.5mm，則工作夾片回縮量為：b2＝7.58－2.5＝5.08mm。

③預(yù)應(yīng)力束工作段長度伸長值b3。后期束X7采用YCW400B穿心式千斤頂進(jìn)行張拉，現(xiàn)場實(shí)測工作段（工具夾片端頭至工作錨端頭）長度為44.5cm，在張拉應(yīng)力1395MPa作用下，計(jì)算工作段長度伸長值大小為b3＝3.27mm。

④工具錨及工作錨夾片與預(yù)應(yīng)力束滑移b4。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，用鋼管適當(dāng)敲緊的工具夾片與鋼絞線之間并無滑移現(xiàn)象。千斤頂回油過程工作夾片與鋼絞線的相對滑移值無法直接實(shí)測，但是能通過測量千斤頂回油前后千斤頂活塞伸長值大小間接求出。

通過現(xiàn)場試驗(yàn)，回油前活塞上標(biāo)線外露值大小為12.96mm，回油后活塞上標(biāo)線外露值大小為3.14mm，差值大小為：12.96－3.14＝9.82mm?；赜颓昂蠡钊麡?biāo)線外露差值組成為：工作夾片回縮＋鋼絞線工作段伸長＋工作錨夾片與鋼絞線相對滑移值，其中工作夾片回縮大小為5.08mm，工作段伸長值大小為3.27mm，則工作夾片與鋼絞線相對滑移大小為：b4＝9.82－5.08－3.27＝1.47mm。⑤錨墊板處混凝土壓縮b5。錨墊板處混凝土壓縮值的大小需根據(jù)混凝土的強(qiáng)度等級、張拉時混凝土的強(qiáng)度、混凝土密實(shí)程度等確定，無準(zhǔn)確值，通?？扇?-2mm。

2.3.3 伸長值扣減因素結(jié)論 ①一頂?shù)轿?。對縱向預(yù)應(yīng)力后期底板束X7張拉，張拉采用兩端對稱張拉，一頂?shù)轿?，張拉時單端伸長值扣減大小b＝b1＋b2＋b3＋b4＋b5＝2.66＋5.08＋3.27＋1.47＋1＝13.48mm。②兩頂及多頂?shù)轿弧＜僭O(shè)分兩級張拉到位，0-60%σ為第一頂，60%σ-100%σ為第二頂。第一頂在初應(yīng)力10%σ時活塞外露量a1，20%σ時活塞外露量a2，60%σ時活塞外露量a3；第二頂初應(yīng)力為60%σ時活塞初始讀數(shù)為a4，100%σ時活塞外露量a5，c為需要扣減的因素，則單端預(yù)應(yīng)力束伸長值有效值為：△Ls＝[2×（a2－a1）＋（a3－a2）－c/]＋[（a5－a4）－c//]，理論分析其中c/1＋c//1＝b1、c/2＋c//2＝b2、c/3＋c//3＝b3、c/4＋c//4＝b4、c/5＋c//5＝b5，則c＝b。

結(jié)論：預(yù)應(yīng)力束張拉時，實(shí)測伸長值有效值的計(jì)算不是簡單的千斤頂活塞外露量的差值，還需考慮預(yù)應(yīng)力損失引起的伸長值的減少及其他需扣減的因素，采用不同的張拉設(shè)備，扣減因素大小不同，需通過試驗(yàn)確定。用于本項(xiàng)目張拉的YCW400B穿心式千斤頂，前期按經(jīng)驗(yàn)單端扣減的伸長值取值為8mm，通過現(xiàn)場實(shí)測發(fā)現(xiàn)需扣減伸長值為13.48mm，與前期的經(jīng)驗(yàn)值有很大的差距；另：同一套張拉設(shè)備、同樣的設(shè)計(jì)終張力，伸長值扣減因素與預(yù)應(yīng)力束長短、需張拉幾頂無多大的關(guān)系，扣減值與一頂?shù)轿灰恢隆?/p>

3 影響預(yù)應(yīng)力束實(shí)測伸長值與理論伸長值偏差的原因

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們，不管實(shí)測伸長值的計(jì)算、量取有多么的精確，始終會與理論計(jì)算伸長值有偏差，究其原因可歸納如下：①預(yù)埋管道的偏差，管道定位不準(zhǔn)確，直接影響到管道的計(jì)算長度，也使κ、μ、θ都會發(fā)生變化，從而使實(shí)測伸長值與理論伸長值產(chǎn)生偏差；②κ、μ值的取值產(chǎn)生的偏差，從《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）取值為經(jīng)驗(yàn)值，與現(xiàn)場實(shí)際有偏差；另：連續(xù)剛構(gòu)施工每節(jié)段、每根管道的實(shí)際κ、μ值也不一樣，不可能對每根管道都進(jìn)行管道摩阻試驗(yàn)確定κ、μ實(shí)際值；故κ、μ的實(shí)際值與選取值是有偏差的；③預(yù)應(yīng)力束的彈性模量Ep及有效截面積Ap產(chǎn)生的偏差，用于現(xiàn)場使用的預(yù)應(yīng)力束彈性模量及有效截面積與設(shè)計(jì)要求或多或少都會有偏差，從而使實(shí)測伸長值與理論伸長值偏差；④張拉過程，分級應(yīng)力大小的控制精度影響伸長值的讀??；⑤伸長值讀數(shù)時人為誤差引起的偏差。

4 結(jié)束語

橋梁預(yù)應(yīng)力是橋梁的靈魂，如人的骨骼，預(yù)應(yīng)力施工控制的好壞直接關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的安全，作為橋梁的每一位建設(shè)者都應(yīng)該重視預(yù)應(yīng)力施工。預(yù)應(yīng)力施工的直接控制、監(jiān)督者首先要掌握預(yù)應(yīng)力控制的要點(diǎn)，掌握預(yù)應(yīng)力束的理論及實(shí)測伸長值的計(jì)算、量測方法，真正使預(yù)應(yīng)力“雙控”能起到控制的作用。

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