筒體預(yù)應(yīng)力鋼束張拉伸長(zhǎng)值問(wèn)題的分析與處理

□張翼飛 王廣濤

一、問(wèn)題描述

某項(xiàng)在建工程混凝土筒體采用有粘結(jié)后張法豎向、環(huán)向、穹頂預(yù)應(yīng)力。當(dāng)豎向50#孔道鋼束在張拉完畢準(zhǔn)備按正常程序進(jìn)行卸壓錨固時(shí)，由于千斤頂油泵故障，壓力值瞬間從47．24Mpa 降至0Mpa(正常應(yīng)為2～3min)，經(jīng)測(cè)量錨固后標(biāo)記塊回縮了16mm，超過(guò)允許最大值2．5mm(允許值10．6～13．5mm)。此時(shí)施工單位在未上報(bào)設(shè)計(jì)的情況下，自行重新張拉(未退張)。油泵壓力仍控制在47．24Mpa，最終張拉后伸長(zhǎng)值為487．3mm，錨固后標(biāo)記塊移動(dòng)值為13．5mm，達(dá)到設(shè)計(jì)理論值的1．095 倍，不符合設(shè)計(jì)文件中“當(dāng)千斤頂壓力達(dá)到其標(biāo)定時(shí)測(cè)量的伸長(zhǎng)值:在頂端張拉時(shí)必須在A-5%和A+8%(480．9mm)之間的規(guī)定(A 為理論伸長(zhǎng)值445．3mm)，超出6．4mm。

二、事故分析

此問(wèn)題包括五個(gè)階段:一是正常張拉，至卸壓前均無(wú)異常。二是卸壓時(shí)油泵突然完全卸壓導(dǎo)致鋼束回縮，在回縮同時(shí)鋼絞線工作錨開(kāi)始工作，夾具夾住鋼絞線。三是由于控制應(yīng)力較大(0．80fptk)，鋼絞線在自身拉應(yīng)力作用下回縮值超過(guò)允許標(biāo)準(zhǔn)。四是施工單位認(rèn)為此時(shí)張拉值不滿足設(shè)計(jì)要求，故按控制應(yīng)力重新進(jìn)行張拉，再次張拉前并未對(duì)鋼絞線進(jìn)行完全退張，而是在已張拉的情況下再次進(jìn)行張拉。五是最終張拉值不滿足理論張拉值的上限要求。

其他情況概述:面對(duì)此情況，采用保守的處理方法退張并重新張拉較為妥當(dāng)。但本工程工期較緊，預(yù)應(yīng)力施工完畢即為安裝節(jié)點(diǎn)的開(kāi)始。且本工程預(yù)應(yīng)力張拉順序共10 個(gè)階段，50#鋼束處在第一階段末尾，緊鄰豎向鋼束張拉第二階段和水平鋼束張拉第一階段，此時(shí)施工單位已完成豎向第二、水平第一階段初始鋼絞線的穿束工作。技術(shù)文件要求預(yù)應(yīng)力從穿束至張拉需一個(gè)月內(nèi)完成，灌漿在張拉后15 天內(nèi)完成。如將50#鋼束退張重新張拉，將產(chǎn)生很多問(wèn)題:一是退張后重新穿束、張拉50#鋼束，那已完成穿束的鋼絞線至張拉時(shí)間將超過(guò)一個(gè)月，且豎向第一階段50#鋼束后續(xù)鋼束的灌漿也將超過(guò)15 天。二是退張后不張拉50#鋼束，直接張拉后續(xù)鋼束，在其他階段施工時(shí)再?gòu)埨@樣不僅要對(duì)設(shè)計(jì)文件中鋼束的張拉順序進(jìn)行調(diào)整，而且由于其他鋼束張拉完畢，混凝土變形已經(jīng)產(chǎn)生，對(duì)再施工的50#鋼束伸長(zhǎng)值會(huì)產(chǎn)生一定影響。三是即使不考慮以上兩點(diǎn)，由于鋼絞線在運(yùn)輸及穿束過(guò)程中帶有水溶性油脂和石墨粉，重新穿束必重新涂抹油脂和石墨粉，可能會(huì)導(dǎo)致孔道內(nèi)摩擦系數(shù)的改變，這個(gè)改變量可能會(huì)超過(guò)工程之前做的預(yù)應(yīng)力摩擦試驗(yàn)時(shí)確定的摩擦系數(shù)范圍。

三、問(wèn)題處理分析

(一)整體分析。一是兩次張拉過(guò)程中一直采用控制應(yīng)力，鋼束本身的應(yīng)力水平符合要求。二是本工程筒體在內(nèi)壓作用下，環(huán)向薄膜力為豎向薄膜力的2 倍，因此環(huán)向預(yù)應(yīng)力水平相對(duì)較高，起控制作用。正常情況下環(huán)向預(yù)應(yīng)力水平約為豎向預(yù)應(yīng)力水平的1．38 倍，考慮到目前伸長(zhǎng)值為設(shè)計(jì)值的1．095 倍，對(duì)于50#鋼束附近區(qū)域，環(huán)向預(yù)應(yīng)力水平約為豎向預(yù)應(yīng)力水平的1．26 倍。由于環(huán)向預(yù)應(yīng)力水平可以使混凝土滿足應(yīng)力限值要求，并且混凝土豎向應(yīng)力也未超過(guò)限制。綜上所述，從整體上分析，認(rèn)為可以原樣接收。

(二)細(xì)節(jié)分析。一是最終伸長(zhǎng)值超過(guò)理論值上限，是否屬于超張拉。設(shè)計(jì)認(rèn)為不屬于超張拉，只有當(dāng)張拉應(yīng)力超過(guò)控制應(yīng)力方能定義為超張拉，超張拉是針對(duì)控制應(yīng)力而言，伸長(zhǎng)值只是作為最終結(jié)構(gòu)的第二參考值而非第一參考值。二是不屬于超張拉，為何第二次張拉后伸長(zhǎng)值會(huì)超過(guò)理論值上限。經(jīng)分析認(rèn)為:50#鋼束由兩部分構(gòu)成，筒體底部弧形加腋區(qū)和豎向直段。伸長(zhǎng)值在考慮預(yù)應(yīng)力損失時(shí)也由這兩部分組成:鋼束在弧形加腋區(qū)的預(yù)應(yīng)力損失主要由鋼束與孔道壁之間摩擦產(chǎn)生，這部分高度在10m 左右，偏斜角23．1°;直段的損失為錨具變形和鋼束回縮產(chǎn)生，這部分高度50m 左右。由于錨具變形和鋼束回縮的損失規(guī)范規(guī)定最大值為8mm，故直段的伸長(zhǎng)值對(duì)總伸長(zhǎng)值起決定作用。豎向鋼束為每股7 根鋼絲共36 股組成，在穿束到10 股以后，由于各種因素的影響(弧形段、摩擦、孔道剩余空間狹小等)，鋼絞線在穿束機(jī)作用下會(huì)沿阻力最小的地方穿過(guò)，這樣鋼絞線在孔道內(nèi)的分布不可能是理想狀態(tài)下的均勻分布，存在鋼絞線互相纏繞等情況。這樣在第一次張拉時(shí)鋼絞線沿長(zhǎng)度范圍內(nèi)的應(yīng)力分布是不均勻的。由于油泵的故障鋼絞線突然回縮導(dǎo)致原先應(yīng)力最大的區(qū)域應(yīng)力衰減更多(應(yīng)力最大區(qū)域應(yīng)為接近張拉端的直段部分);造成抖動(dòng)能使原先鋼絞線纏繞較多的地方趨于松散;原先在穿束過(guò)程中阻力較大的地方阻力重新分布(阻力較第一次張拉時(shí)更小)。由于相對(duì)單位長(zhǎng)度上的預(yù)應(yīng)力損失主要由筒體弧形段產(chǎn)生，通過(guò)以上3 點(diǎn)原因，可以認(rèn)為在第二次張拉后，弧形段內(nèi)鋼絞線的有效應(yīng)力較第一次張拉更接近于筒體直段鋼絞線有效應(yīng)力。故得出結(jié)論:第二次張拉伸長(zhǎng)值必然會(huì)超過(guò)第一次。

(三)鋼絞線能否進(jìn)行二次張拉。一般情況下考慮到當(dāng)鋼束較長(zhǎng)時(shí)，摩擦力造成的損失使有效應(yīng)力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，可以在張拉完畢后，在另一端進(jìn)行補(bǔ)張拉，張拉力不超過(guò)控制應(yīng)力。說(shuō)明:第一，摩擦力較大的地方鋼束內(nèi)有效應(yīng)力較小。由于鋼絞線彈性階段大致在0．65 倍極限強(qiáng)度左右，故摩擦力較大區(qū)域彈塑性變形程度小于摩擦力較小區(qū)域。第二，第一次張拉后鋼絞線不得有任何損傷才能進(jìn)行第二次張拉。第三，預(yù)應(yīng)力工作錨具不得有任何損傷。第二次張拉仍然是在頂部進(jìn)行的。綜合上文所述，第二次張拉較第一次張拉伸長(zhǎng)值多出的9mm 主要由弧形段內(nèi)鋼束長(zhǎng)度提供，由于控制應(yīng)力仍按設(shè)計(jì)值進(jìn)行，可以認(rèn)為在原位進(jìn)行第二次張拉是可行的。回縮不會(huì)對(duì)鋼絞線產(chǎn)生損傷，但在工作錨處由于夾具突然參與工作，故對(duì)鋼絞線造成較大劃痕，由于第二次張拉伸長(zhǎng)值超過(guò)第一次，損傷部分已在工作錨外面，施工完畢后切割即可，對(duì)參與工作的鋼絞線無(wú)影響。工作錨在第一次張拉后是否有損傷，無(wú)法得知。從第二次張拉情況看，回縮值正常，判定其仍在有效工作。

四、重新張拉情況探討

(一)整體分析。從整體分析看，起控制作用的是水平鋼束，那么只要豎向鋼束在不超過(guò)控制應(yīng)力的作用下，最大伸長(zhǎng)值都應(yīng)該是滿足要求的。這個(gè)數(shù)是多少呢?由于第二次張拉時(shí)，弧形段內(nèi)鋼束內(nèi)力進(jìn)行了重分布，鋼絞線在孔道內(nèi)阻力改變等，這些是無(wú)法進(jìn)行定量分析?？紤]極限狀態(tài)，假定50#鋼束不存在弧形段，整體為直段，重新計(jì)算的伸長(zhǎng)值為504．9mm，較A +8%多出24mm。只要最大伸長(zhǎng)值不超過(guò)504．9mm，是可以接受的。

(二)細(xì)節(jié)分析。如出現(xiàn)偶然情況造成第二次張拉伸長(zhǎng)值等于或小于第一次時(shí)，這樣夾具對(duì)鋼絞線造成的劃痕會(huì)落在兩個(gè)工作錨之間，這時(shí)必須對(duì)鋼絞線進(jìn)行替換及重新張拉。如第二次張拉時(shí)發(fā)現(xiàn)錨具變形和鋼絞線的回縮值超過(guò)8mm，可以認(rèn)為第一次張拉后的突然回縮對(duì)夾具造成了損傷，需退張更換夾具。

五、重新張拉對(duì)后續(xù)工作的影響

如進(jìn)行重新張拉，在考慮工期的前提下，可跨過(guò)事故鋼束先施工其他鋼束，此時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮多種影響。對(duì)于第2條，跨過(guò)50#鋼束先施工其他鋼束，由于混凝土在其他鋼束下產(chǎn)生較原設(shè)計(jì)更大的變形，故理論伸長(zhǎng)值應(yīng)大于445．3mm，這個(gè)需進(jìn)行重新計(jì)算。對(duì)于第3 條，重新穿束帶來(lái)的摩擦系數(shù)改變，由于摩擦系數(shù)只在弧形段內(nèi)考慮，可通過(guò)第一次張拉伸長(zhǎng)值反算孔道摩擦系數(shù)，這時(shí)的摩擦系數(shù)只適用于第一次張拉情況，對(duì)第二次張拉時(shí)采用的摩擦系數(shù)可對(duì)第一個(gè)摩擦系數(shù)進(jìn)行一定折減。需要由施工單位提供之前的油脂和石墨粉添加情況的經(jīng)驗(yàn)而定。

六、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述分析，認(rèn)為50#鋼束可以原樣接受。

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