懸澆箱梁預(yù)應(yīng)力張拉伸長值的計算與控制

馬衛(wèi)明

（如皋市水利建筑安裝工程有限公司，江蘇 如皋 226500）

懸澆箱梁預(yù)應(yīng)力張拉伸長值的計算與控制

馬衛(wèi)明

（如皋市水利建筑安裝工程有限公司，江蘇 如皋 226500）

本文通過對懸澆箱梁后張法鋼絞線的理論伸長值的計算、量測進(jìn)行分析，從張拉設(shè)備的選用、張拉工藝、伸長值量測、應(yīng)力損失、偏差處理等方面進(jìn)行了探討，分析了引起伸長值偏差的原因及控制方法，同時對解決張拉過程中的應(yīng)力損失提出了有效的措施。

懸澆箱梁;后張法;伸長值;應(yīng)力損失

0 引言

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50－2011）及設(shè)計文件，橋梁工程鋼絞線張拉以應(yīng)力控制為主，以伸長值作校核，理論伸長值與實(shí)測伸長值相差不大于±6%。我們在大量的預(yù)應(yīng)力后張法施工過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)束長較短、曲線段較多時，往往不能滿足這一要求。而在懸澆箱梁施工過程中，由于曲線筋曲率大、鋼束長度不長、孔道偏差及理論伸長值計算取值等因素的影響，也會造成伸長率超標(biāo)，同時還會因預(yù)應(yīng)力損失造成錨固應(yīng)力不足的問題。本文以王石線（紅旗路~S336）改造工程一標(biāo)西司馬港大橋懸澆箱梁為例，進(jìn)行了分析及探討，制定相應(yīng)的控制措施，確保預(yù)應(yīng)力筋張拉符合設(shè)計及技術(shù)規(guī)范要求。

1 工程概況

如皋市王石線（紅旗路~336）改造工程一標(biāo)西司馬港大橋主跨采用33+55+33m預(yù)應(yīng)力砼變截面連續(xù)箱梁。主橋箱梁采用單箱單室直腹板截面，箱梁縱向預(yù)應(yīng)力筋采用Фs15.2高強(qiáng)低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。腹板束及合攏段采用17Фs15.2鋼束，底板及頂板束采用13Фs15.2鋼束。

2 理論伸長值計算

由于設(shè)計圖紙中提供的理論伸長值計算中采用鋼絞線彈性模量與實(shí)測鋼束彈性模量并不一致，同時設(shè)計圖紙中并未計算錨固端外側(cè)千斤頂?shù)墓ぷ鏖L度，因此需要重新計算理論伸長值。理論伸長值根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的公式ΔL=PPL/(APEP) 及附錄C1進(jìn)行計算。

從公式中可以看出，鋼絞線的彈性模量Ep、截面積AP是決定計算值的重要因素，它的取值是否正確，對計算理論伸長值有較大影響。因此，鋼絞線在使用前必須進(jìn)行取樣檢測試驗(yàn)，彈性模量一般為（1.95～2.04）×105Mpa。理論伸長值計算時要采用經(jīng)試驗(yàn)室確定的彈性模量Ep、截面積AP。計算曲線段理論伸長值時，孔道局偏差K及孔道摩阻系數(shù)u是根據(jù)規(guī)范附錄C1表管道成型方式選取參數(shù)的，而在實(shí)際施工過程中孔道局部偏差、孔道摩阻系不僅僅取決于也道成型方式，還受施工的精確程度的影響。施工過程中要加強(qiáng)對影響摩擦系數(shù)的因素進(jìn)行檢查，如波紋管的縱向、豎向坐標(biāo)及橫向距離等是否正確，波紋管線型是否直順，接頭是否緊密等，以確保摩擦系數(shù)的大小基本一致。計算長度應(yīng)按工作長度、直線段、曲線段分段進(jìn)行計算。以6#塊腹板束F6為例，鋼束分段如下圖1所示。

曲線段時PP應(yīng)按附錄公式采用張拉端拉力與考慮孔道局部偏差及預(yù)應(yīng)力筋與孔道摩擦系數(shù)的計算截面拉力的平均值。每一段的終點(diǎn)拉力就是下一段的起點(diǎn)拉力。計算過程如表1所示。

圖1 鋼束分段

表1 計算過程

3 實(shí)際伸長值控制

3.1 張拉設(shè)備的選擇和校驗(yàn)

根據(jù)本工程鋼束情況確定千斤頂型號，本工程張拉力最大的鋼束為腹板束（17Фs15.2），單根鋼絞線截面積為140mm2，張拉控制應(yīng)力為1395Mpa，則最大張拉力為1395*17*140＝3 320 100N,約332噸，考慮千斤頂張拉時安全保證系數(shù)，選用YCW400型千斤頂，張拉行程為200mm，選用配套的ZB4/500型電動高壓油泵配1.5級油表，油表最小刻度不大于1Mpa，讀數(shù)精度在±2%以內(nèi)。設(shè)備使用前必須送有相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行標(biāo)定，合格后方可使用。

預(yù)應(yīng)力張拉機(jī)具設(shè)備由專人使用和管理，并應(yīng)定期維護(hù)和校驗(yàn)，千斤頂與壓力表應(yīng)配套校驗(yàn)，以確定張拉力與壓力表之間的關(guān)系曲線。千斤頂與壓力表標(biāo)定后必須按照標(biāo)定配組配套使用，嚴(yán)禁錯用、混用。張拉機(jī)具設(shè)備應(yīng)與錨具配套使用，并應(yīng)在進(jìn)場時進(jìn)行檢查和校驗(yàn)。當(dāng)千斤頂使用超過6個月或200次或在使用過程中出現(xiàn)不正常現(xiàn)象或檢修后應(yīng)重新校驗(yàn)。

根據(jù)千斤頂、油壓表的校驗(yàn)報告分別計算出各鋼束在控制應(yīng)力及初應(yīng)時對應(yīng)的油表讀數(shù)。

3.2 張拉工藝

（1）預(yù)應(yīng)力張拉順序

砼達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的90%且齡期不小于7天（砼彈性模量達(dá)設(shè)計90%）后方可張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線。鋼束張拉時采用兩端對稱張拉。

張拉程序

0→初應(yīng)力（0.15σcon）→0.3σcon→1.0σcon（持荷5min錨固）

（2）應(yīng)力控制：預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力為：σcon＝0.75fpk＝1395Mpa。在任何情況下不得超過設(shè)計規(guī)定的最大張拉控制力。張拉到1.0σcon時，持續(xù)荷載5min，觀察油表指針，荷載是否穩(wěn)定，不能穩(wěn)定時應(yīng)查明原因，及時處理后才能繼續(xù)作業(yè)。

應(yīng)力控制主要通過施工人員對油表的示數(shù)的觀察，來確定初應(yīng)力及錨固應(yīng)力是否達(dá)到要求，因此要施工人員的操作時要認(rèn)真、仔細(xì)。由于張拉時，油泵產(chǎn)生的油壓較大，油表指針有時有輕微晃動，此時應(yīng)通過油泵的給油閥進(jìn)行控制，確保油表最終讀數(shù)符合設(shè)計要求。

3.3 伸長量控制

后張法張拉伸長值的量測多以量測千斤頂?shù)捻斏熘颠M(jìn)行計算，在0.15σcon、0.3σcon以及1.0σcon時分別量測千斤頂?shù)挠透醉斏熘礚1、L2、L3。對于短束鋼絞線，為保證張拉時鋼絞線松緊一致，可將初應(yīng)力提高至0.2σcon、0.4σcon，保證鋼絞線張拉時松緊一致。量測時鋼尺起點(diǎn)位置應(yīng)相同，同時做到張拉讀數(shù)以量測應(yīng)同時一致。

鋼絞線張拉實(shí)測伸長值是從0.15σcon開始量測的，而0.15σcon前的伸長值無法通過量測得到，0~初應(yīng)力間的伸長值只能采用理論推算值，即采用0.15σcon~0.3σcon間的伸長值作為初應(yīng)力前的伸長值。正因?yàn)檫@樣，0.15σcon、0.3σcon時的油表讀數(shù)及千斤頂?shù)牧繙y值必須精確，否則會造成誤差疊加，影響伸長率。

實(shí)測單端伸長值為ΔL1=L3-L2+2*(L2-L1)

在張拉施工時由于千斤頂工具錨端的夾片回縮，導(dǎo)致千斤頂?shù)牧繙y值與鋼束的伸長值出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。施工中可通過實(shí)測工具錨端夾片外露量確定回縮值，分別測得0.15σcon及1.0σcon的工具錨夾片外露量，其差值即為夾片回縮值ΔL2。鋼束由多根鋼絞線組成時，應(yīng)測量每根后取平均值?，F(xiàn)場實(shí)測單端回縮值多在2~3mm。

單端伸長值ΔL′＝ΔL1-ΔL2,兩端的伸長值之和為鋼束實(shí)測伸長值ΔL。

實(shí)測伸長值與理論伸長值的差值不得超過理論伸長值的±6%，如超過應(yīng)暫停施工，查明原因。經(jīng)過本工程多次張拉試驗(yàn)，均能滿足要求。

3.4 應(yīng)力損失的控制

當(dāng)前懸澆箱梁后張法鋼絞線張拉施工多使用YCW型液壓千斤頂，該千斤頂與工作錨接觸處，設(shè)有一塊限制工作錨夾片在張拉過程中位移的限位板，鋼絞線在張拉時工作錨夾片隨著鋼絞線的拉伸，向后移動至限位板凹槽的底部，對鋼絞線失去約束。當(dāng)千斤頂將鋼絞線張拉至設(shè)計控制張拉力后，在回油放松鋼絞線的瞬時，鋼絞線彈性收縮，工作錨夾片跟隨收縮向錨環(huán)孔內(nèi)位移，隨即將鋼絞線錨固，這就是工作錨錨塞回縮的全過程。鋼束在張拉至1.0σcon時回油錨固，此時工作錨端夾片回縮錨固會引起部份的應(yīng)力損失，使得實(shí)際錨固應(yīng)力達(dá)不到設(shè)計應(yīng)力，因此應(yīng)采取措施進(jìn)行補(bǔ)足。

張拉完畢卸掉千斤頂后，在工作錨處測量工作錨夾片在錨環(huán)處的外露長度C2，當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線由多根組成時，應(yīng)每根量測，取其平均值，一般至少量測三處，千斤頂限位板凹槽深度已知為C1，則工作錨夾片回縮量為C＝C2-C1。工作錨夾片回縮量除與錨具硬度、鋼絞線直徑等有關(guān)外還與錨環(huán)錨孔及夾片的錐度有關(guān)，因此錨環(huán)及夾片應(yīng)選用同一廠家的配套的產(chǎn)品?，F(xiàn)場施工時測量限位板的限位量C1及工作錨具夾片外露量C2分別為6mm及3mm，則可確定工作錨夾片回縮量為3mm，因此在千斤頂回油錨固前需將千斤頂再向前頂伸3mm，然后回油錨固，這樣可充分保證錨固應(yīng)符合設(shè)計要求，盡可能減少應(yīng)力損失。限位板的限位量與使用的鋼絞線型號、錨具、夾片型號規(guī)格有關(guān)，因此限板板應(yīng)有錨具生產(chǎn)廠家配套加工。

3.5 偏差處理

預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉采用雙控，即以張拉力控制為主，以伸長量進(jìn)行校核。張拉完成后，實(shí)際測量的伸長值與理論伸長值之差不應(yīng)超過理論伸長值的±6%，否則應(yīng)暫停張拉，查明原因。根據(jù)工程施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)的主要原因有：

（1）千斤頂、油表不配套或超過規(guī)定期限或出現(xiàn)故障等，需重新校驗(yàn)

（2）實(shí)測伸長值的量測讀數(shù)不準(zhǔn)確或油表讀數(shù)不準(zhǔn)確，應(yīng)加強(qiáng)控制，認(rèn)真操作。

（3）預(yù)應(yīng)力孔道與設(shè)計不符，鋼束摩阻力出現(xiàn)變化，應(yīng)在施工中加強(qiáng)孔道的檢查。

（4）預(yù)應(yīng)力筋長度與設(shè)計不符，如錨固端面移位或由受操作空間影響使得千斤頂工作長度加長等，需重新進(jìn)行計算。

（5）出現(xiàn)斷滑絲現(xiàn)象，施工中應(yīng)加強(qiáng)觀察，出現(xiàn)斷滑絲后應(yīng)更換鋼束。

（6）鋼絞線不是同一廠家或同一批產(chǎn)品，彈性模量、截面積出現(xiàn)變化應(yīng)重新進(jìn)行取樣試驗(yàn)。

（7）管道接頭漏漿，造成管道摩阻增大，伸長值減少，張拉時應(yīng)延長持荷時間。

4 結(jié)語

經(jīng)過本工程鋼絞線張拉施工實(shí)踐，對使用該方法施工的懸澆箱梁的鋼絞線伸長值、夾片回縮量等進(jìn)行分析，在張拉控制應(yīng)力符合設(shè)計要求的前提前下保證了伸長率符合±6%的標(biāo)準(zhǔn)。我們后來在夏堡北大橋、丁堡河大橋的施工中也采用這一方法對懸澆箱梁鋼絞線的張拉進(jìn)行控制，張拉應(yīng)力及伸長值均能滿足要求。因此，證明本方法是符合設(shè)計及技術(shù)規(guī)范要求的，可用于指導(dǎo)懸澆箱梁鋼絞線預(yù)應(yīng)力張拉施工工藝的計算、量測。

[1] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）.

[2]新編橋梁施工工程師手冊[M].北京：人民交通出版社.

Calculation and control of the value of prestressed tension extension of cantilever box girder

Ma Weiming
(Rugao Water Conservancy Construction and Installation Engineering Co., Ltd., Rugao 226500 ,China)

Based on the theoretical calculation of elongation of tensioned steel strand of box girder after measuring, analysis, selection of equipment from a pull, pulling technology, elongation measurement, stress loss and deviation treatment were discussed, analyzed the reasons and control method caused by elongation deviation at the same time, effective measures to solve the tension stress in the process of loss is proposed.

cantilever casting box girder; post tensioning method; elongation value; stress loss

馬衛(wèi)明（1978— ），男，漢族，江蘇如皋人；工程師；研究方向：道路橋梁。