預(yù)應(yīng)力筋張拉伸長量探討

唐義成

（中鐵二十四局集團(tuán)新余工程有限公司 江西新余 338000）

預(yù)應(yīng)力筋張拉伸長量探討

唐義成

（中鐵二十四局集團(tuán)新余工程有限公司 江西新余 338000）

以馬場特大橋為實例，對后張法預(yù)應(yīng)力張拉的理論伸長量精確計算及實際伸長量的精確測量與計算予以介紹，供類似后張法預(yù)應(yīng)力施工工作者參考。

鋼絞線；預(yù)應(yīng)力；張拉；理論伸長量；實際伸長量

1 問題的提出

目前預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用廣泛，要求施加預(yù)應(yīng)力采用張拉力與伸長量雙控。當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，規(guī)范與設(shè)計要求實際伸長量值與理論伸長量值的誤差控制在6%以內(nèi)。這樣就必須采取比較準(zhǔn)確的理論伸長量與實際伸長量。對于比較復(fù)雜含多曲線多直線預(yù)應(yīng)力筋的張拉理論伸長量精確計算規(guī)范沒做詳細(xì)說明，實際伸長量的量取方法也在實際操作中存在較大差異。

2 預(yù)應(yīng)力筋伸長量計算

2.1 工程實例

馬場特大橋位于貴州省安順市馬場鎮(zhèn)，貴安新區(qū)貴安聯(lián)絡(luò)線施工第1標(biāo)，橋梁總長1060m。該橋箱梁設(shè)計為30m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土小箱梁共210片，采用后張法施工。現(xiàn)以中跨中梁為例進(jìn)行理論伸長量計算，梁高1.6m，頂寬2.4m，底寬1m；在梁端兩側(cè)腹板位置共6束4φs15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線（N1、N2、N3），底板位置共2束4φs15.2預(yù)應(yīng)力鋼筋線（N4）圖1～2。

2.2 已知條件

（1）φs15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1860MPa；

（2）N1的4根鋼絞線截面面積：A=4×140mm2=560mm2，一般按試驗值取值；

（3）設(shè)計給出彈性模量理論值為Ep=1.95×105MPa，一般按試驗值取值；

（4）管道成型方式為預(yù)埋金屬波紋管，管道摩擦系數(shù)：μ＝0.25；

（5）管道偏差系數(shù)：k＝0.0015。

2.3 理論伸長量計算

2.3.1 梁片鋼絞線布置示意圖（如圖1～2）

圖1 張拉端示意圖

說明：圖中標(biāo)示距離為鋼絞線各分段長度不是水平距離，N1、N2、N3鋼絞線BC段為平彎曲線，平彎半徑R=25m，平彎角度1.8°，平彎曲線長0.786m，N4無平彎曲線。

2.3.2 計算公式

圖2 理論伸長量計算分段示意圖

公式：Pp=Pi（1-e-（kx+μθ））/（kx+μθ）

Pj=Pie-（kx+μθ）

ΔL=Ppx/AEp

式中：Pp——為各分段鋼絞線平均張拉力（N），注：Pp不等于Pi與Pj平均值；

Pi——為各分段鋼絞線起始點張拉力（N）；Pj——為各分段鋼絞線終點張拉力（N）；

θ——為各分段曲線的切線夾角之和（rad）；

x——為各分段孔道長度（m）；

k——為管道偏差系數(shù)，曲線段及直線段均應(yīng)考慮該系數(shù)的影響；

μ——為管道摩擦系數(shù)，只在曲線段考慮該系數(shù)的影響；ΔL——為各分段鋼絞線張拉伸長量；

A——為N1的4根φs15.2鋼絞線截面面積和；Ep——為彈性模量。

2.3.3 管道內(nèi)鋼絞線伸長量計算過程

（1）現(xiàn)先以N1為例計算鋼絞線伸長量，N1有4根φs15.2鋼絞線，錨下張拉控制張拉力為：PA=0.75fpk×A=0.75×1860MPa×4× 140mm2=781.2kN。

由2.3.1的公式算出N1為各分段數(shù)據(jù)見表1。

表1

從表1得出梁體波紋管道內(nèi)N1鋼絞線的伸長總量精確值為：

（△LAB+△LBC+△LCD+△LDE+△LEF）×2=（5.16+5.58+59.55+27.08+6.02）×2=206.78mm

（2）N2、N3、N4伸長量計算方法和N1相同，不列計算數(shù)據(jù)表，同理計算出N2、N3、N4管道內(nèi)伸長總量分別為：206.50mm；206.24mm；206.88mm。

2.3.4 錨固端外工作長度的確定及工作長度內(nèi)的伸長量計算

（1）在預(yù)應(yīng)力張拉測得的實際伸長量包含工作長度內(nèi)的鋼絞線伸長量，所以應(yīng)考慮工作長度內(nèi)的伸長量。在鋼絞線張拉施工中，常用的千斤頂?shù)墓ぷ麇^位置分前夾式和后夾式，前夾式較短，前夾式千斤頂對張拉伸長量影響較小，但后夾式千斤頂工作長度大多都在450mm以上，這樣兩端工作長度的伸長量也在6mm以上，不能忽視。量取工作長度時應(yīng)將千斤頂安裝好，啟動油泵，油壓表指針開始閃動時刻關(guān)閉加油閥，此時量取千斤頂工具錨具外露端面至預(yù)應(yīng)力混凝土工作錨具外露端面的距離，即為鋼絞線在張拉千斤頂中的工作長度。

（2）確定好錨固段張拉工作長度后，由公式△L=PpL/AEp計算出工作長度內(nèi)的伸長量，N1工作長度內(nèi)張拉力等于錨下控制張拉力781.2kN。馬場特大橋梁片張拉時測得工作長度為495mm，所以一端張拉工作長度內(nèi)的伸長量為：

ΔL工作長度=PpL工作長度/AEp=781.2kN×495mm/（4×140mm2×1.95× 105MPa）=3.54mm。

2.3.5 鋼絞線理論伸長總量計算

由2.3.3及2.3.4計算結(jié)果可得：

N1、N2、N3理論伸長總量 ΔL總=（ΔLAB+ΔLBC+ΔLCD+ΔLDE+ ΔLEF+ΔL工作長度）×2；

N4理論伸長總量ΔL總=（ΔLAB+ΔLBC+△LCD+ΔL工作長度）×2。

算出N1、N2、N3、N4理論伸長總量分別為：ΔLN1總=213.86mm；ΔLN2總=213.58mm；ΔLN3總=213.32mm；ΔLN4總=213.96mm。

上述例子是鋼絞線兩端對稱同時張拉，所以在進(jìn)行伸長量計算時是計算一半鋼絞線的伸長量然后乘以二的方法；單端張拉則要進(jìn)行全長計算。

3 預(yù)應(yīng)力張拉實際伸長量測量與計算

3.1 張拉前的準(zhǔn)備

預(yù)制箱梁混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的85%以上，且混凝土齡期不小于7d時，方可張拉預(yù)應(yīng)力鋼束。在張拉前千斤頂與油表進(jìn)行配套標(biāo)定，標(biāo)定時千斤頂活塞的運(yùn)行方向應(yīng)與實際張拉工作狀態(tài)一致，當(dāng)處于下列情況之一時，應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定：使用時間超過6個月；張拉次數(shù)超過300次；使用過程中千斤頂或壓力表出現(xiàn)異常情況；千斤頂檢修或更換配件后。用標(biāo)定后的回歸方程式可算出張拉力與油表讀數(shù)的對應(yīng)值來，張拉時用油表讀數(shù)來控制張拉力大小。在后張法預(yù)應(yīng)力施工中由于每束鋼絞線的根數(shù)不同，因此計算張拉各階段的油表讀數(shù)時，應(yīng)該對應(yīng)每種型號的梁片或每種鋼絞線束分別進(jìn)行計算。

3.2 預(yù)應(yīng)力張拉實際伸長量的測量及計算

根據(jù)規(guī)范確定馬場特大橋箱梁預(yù)應(yīng)力筋張拉初應(yīng)力取控制張拉應(yīng)力的15%，為了補(bǔ)償張拉的應(yīng)力損失，鋼束最大張拉應(yīng)力為控制應(yīng)力的103%。鋼束采用兩端對稱張拉，張拉順序為N1→N3→N2→N4。張拉分三階段，先將鋼束先拉伸至15%，接著拉至30%A，再拉至103%，持荷5min，檢查錨具、夾片和千斤頂?shù)扔袩o異常，確認(rèn)正常后頂緊夾片，完成張拉。鋼絞線實際伸長量的測量方法有多種多樣，目前使用較多的是直接測量張拉端千斤頂活塞伸出量的方法。分別在拉伸至控制應(yīng)力的15%、30%和103%時量取千斤頂活塞伸出總量ΔL15%、ΔL30%、ΔL103%。

預(yù)應(yīng)力單端張拉實際伸長量計算公式：ΔL=ΔL103%+ΔL30%-2ΔL15%-b-c

式中：b——工具錨塞引起的回縮量；

c——工作錨塞引起的回縮量。

3.3 錨塞引起的回縮量的測量方法

3.3.1 工具錨塞引起的回縮量測量方法

當(dāng)張拉應(yīng)力達(dá)15%控制應(yīng)力，精確量取千斤頂工具錨具外露端面至鋼絞線外露端頭的長度b1，當(dāng)張拉應(yīng)力達(dá)到103%控制應(yīng)力，再量取千斤頂工具錨具外露端面至鋼絞線外露端頭的長度b2，工具錨塞引起回縮量為：b=b1-b2。

3.3.2 工作錨塞引起的回縮量測量方法

在張拉完畢卸除張拉設(shè)備后量取工作錨夾片在工作錨具端面外露長度c2，再量取限位板凹槽深度c1，工作錨塞引起回縮量為：c=c1-c2。

4 結(jié)語

按上述方法施工的馬場特大橋預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土小箱梁，計算結(jié)果分析均符合《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF80/1-2012）預(yù)應(yīng)力筋張拉的各項指標(biāo)要求；張拉完成的上拱度也與設(shè)計先符。說明上述方法是符合設(shè)計及規(guī)范要求，可拱類似的鋼絞線預(yù)應(yīng)力張拉施工參考。

[1]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTGTF50-2011）[S].

[2]謝勁輝.橋梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉實際伸長量測量方法討論[J].黑龍江交通科技，2009（12）.

U445.57

：A

：1673-0038（2015）05-0150-02

2015-1-11

唐義成（1975-），男，工程師，本科，主要從事鐵道與公路工程的施工技術(shù)工作。