淺談?lì)A(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)量的計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制

李 輝

(陜西水利水電工程集團(tuán)有限公司，陜西 渭南 714000)

?

淺談?lì)A(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)量的計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制

李 輝

(陜西水利水電工程集團(tuán)有限公司，陜西 渭南 714000)

預(yù)應(yīng)力施工是橋梁上部結(jié)構(gòu)施工的控制性關(guān)鍵工序，其施工質(zhì)量直接影響到結(jié)構(gòu)的使用性和安全性。文章結(jié)合湭河橋梁工程實(shí)例，總結(jié)了影響預(yù)應(yīng)力筋理論伸長(zhǎng)值的幾個(gè)因素，通過(guò)改進(jìn)計(jì)算方法提高計(jì)算的準(zhǔn)確性，達(dá)到有效控制預(yù)應(yīng)力施工的效果。預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工時(shí)，要采用伸長(zhǎng)值和張拉應(yīng)力雙控，按照規(guī)范要求理論伸長(zhǎng)值和伸長(zhǎng)值的誤差要控制在6%以內(nèi)。預(yù)應(yīng)力施工作為一項(xiàng)對(duì)技術(shù)水平要求比較高的工作，在施工過(guò)程中張拉施工是施工的重點(diǎn)，施工質(zhì)量對(duì)作業(yè)人員的人身安全和橋梁安全都有較大的影響。當(dāng)前，預(yù)應(yīng)力筋張拉施工過(guò)程中，精軋螺紋鋼、冷拔低碳鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線、PC光面鋼絲是幾種比較常用的預(yù)應(yīng)力施工材料。而孔道成型施工時(shí)一般會(huì)選擇充水充氣膠管抽芯法、鋼管抽芯法、橡膠螺旋管等方法。該工程施工時(shí)使用橡膠螺旋管進(jìn)行成孔，并選用預(yù)應(yīng)力鋼絞線作為張拉材料。

橋梁；預(yù)應(yīng)力；伸長(zhǎng)量計(jì)算；現(xiàn)場(chǎng)控制

1 工程實(shí)例

渭南市湭河入渭口堤防交通橋位于渭南市臨渭區(qū)湭河入渭河口處，上距渭南市湭河綜合治理已建工程3#橡膠壩2.2km，橋梁跨越湭河，連通渭河大堤。橋梁全長(zhǎng)280m，寬26m，設(shè)計(jì)為雙向四車道，主橋箱梁分47節(jié)現(xiàn)澆，包括3個(gè)合攏、段、8個(gè)支架現(xiàn)澆段、36個(gè)懸臂澆筑段。主梁設(shè)計(jì)形式為單箱三室預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁，其中主橋主梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線210t；橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線58t；豎向預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼27t。在此以主橋主梁W3預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)值計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)控制為例進(jìn)行分析。

鋼絞線理論伸長(zhǎng)量計(jì)算：

1)鋼絞線理論伸長(zhǎng)量計(jì)算公式：

在張拉鋼絞線時(shí)，管道偏差引起的摩擦力、管道彎曲造成的摩擦力是影響張拉效果的兩個(gè)主要因素。在這兩個(gè)因素的影響下，會(huì)使張拉鋼絞線的過(guò)程中，沿著管壁向跨中方向的錨下控制應(yīng)力降低，進(jìn)而導(dǎo)致各段鋼絞線的伸長(zhǎng)值也有所不同。按照《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50-2011)中的規(guī)范要求，在計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值ΔL時(shí)，可以使用以下公式計(jì)算：

(1)

《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/ F50-2011)附錄G-8中規(guī)定了的計(jì)算公式：

(2)

式中：指的是節(jié)段起點(diǎn)截面的終點(diǎn)截面應(yīng)力、平均應(yīng)力、節(jié)段起點(diǎn)截面張拉應(yīng)力，MPa；指的是鋼絞線張拉節(jié)段的伸長(zhǎng)量，mm；K指的是張拉端和計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度，m；L指的是節(jié)段孔道的長(zhǎng)度，mm；θ指的是曲線段孔道的彎起角度，rad；μ指的是管道和預(yù)應(yīng)力鋼絞線之間的摩擦系數(shù)，取值0.155；EP指的預(yù)應(yīng)力鋼絞線彈性模量，取值1.95×105MPa。

根據(jù)公式(1)可以發(fā)現(xiàn)，計(jì)算值正確與否和鋼絞線的彈性模量有比較大的關(guān)系，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際伸長(zhǎng)量有較大的影響。所以要做好鋼絞線的檢測(cè)工作。實(shí)際計(jì)算時(shí)，由于沒(méi)有按照鋼絞線的實(shí)際截面積計(jì)算，并且鋼絞線截面積大小值并不絕對(duì)，彈性模量經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)Ep’=(1.96-2.04)×105Mpa的結(jié)果。從公式(1)可以看出，如果Ap存在誤差，那么會(huì)計(jì)算得到一個(gè)Ep’值，Ep’雖然并不是真實(shí)值，但是將鋼絞線理論面積和Ep’值相乘后得到的預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值符合實(shí)際情況，所以在計(jì)算過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)測(cè)值Ep’計(jì)算。

在公式(2)中μ和k都是計(jì)算鋼絞線伸長(zhǎng)量時(shí)需要用到的兩個(gè)比較重要的參數(shù)。兩個(gè)參數(shù)在進(jìn)行取值時(shí)會(huì)受多方面因素的影響。例如預(yù)應(yīng)力筋類型、管道成型方式、表面是否有銹斑、表面特征值是否有波紋、布設(shè)的波紋管是否正確、管道成型后是否出現(xiàn)了漏漿、彎道的角度和位置是否準(zhǔn)確等。在施工過(guò)程中這些因素都是在不斷變化的，并且大部分變化是無(wú)法提前確定的[1]。所以，施工的精確性直接影響著摩擦系數(shù)。在實(shí)際施工過(guò)程中，要先按照規(guī)范要求檢測(cè)孔道摩擦系數(shù)，并認(rèn)真的檢查所有有可能對(duì)施工摩擦系數(shù)造成影響的因素，保證摩擦系數(shù)大小可以保持一致。在實(shí)際計(jì)算的過(guò)程中，可以從表1中進(jìn)行參數(shù)的選取。

表1 系數(shù)K及μ值表

2)工作長(zhǎng)度的計(jì)算：

工作長(zhǎng)度指的是工作錨和工具錨之間的長(zhǎng)度，在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中不需要對(duì)μ、θ進(jìn)行考慮。主要將A點(diǎn)力作為計(jì)算力，在計(jì)算時(shí)，直接利用公式(1)計(jì)算。

3)計(jì)算各個(gè)劃分段的伸長(zhǎng)值：

在采用分段計(jì)算法對(duì)束鋼絞線進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要先將計(jì)算段劃分出來(lái)，如圖1所示。在進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中要對(duì)μ、θ進(jìn)行考慮，對(duì)每一段的起點(diǎn)和終點(diǎn)力進(jìn)行計(jì)算，下一段的起點(diǎn)力就是上一段的終點(diǎn)力，各段終點(diǎn)力和起點(diǎn)力關(guān)系如下式所示：

Pz=Pq×e-(KX+μθ)

(3)

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

圖1 W3鋼束立面布置圖

4) 補(bǔ)充夾片回縮量：

在對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉進(jìn)行控制時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到夾片回縮自錨、錨具變形等情況。按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG /F50-2011)中的規(guī)定要求，錨具允許的回縮量要控制在6mm以內(nèi)。不同廠家在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)存在3-6mm左右的誤差。因此在使用錨具之前要認(rèn)真的查看說(shuō)明書(shū)，對(duì)具體的回縮量有一個(gè)詳細(xì)的了解，充分了解夾片施工后會(huì)產(chǎn)生的回縮量，在最后一步持荷完成并且對(duì)伸長(zhǎng)量進(jìn)行測(cè)量保持在控制應(yīng)力范圍后，為了對(duì)夾片回縮量進(jìn)行補(bǔ)充，還要將鋼絞線的各端進(jìn)一步拉長(zhǎng)3-6mm，保證錨固應(yīng)力可以達(dá)到設(shè)計(jì)應(yīng)力要求。W3鋼束幾何要素表見(jiàn)表2，W3預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)量計(jì)算表見(jiàn)表3。

表2 W3鋼束幾何要素表

表3 W3預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)量計(jì)算表

工作長(zhǎng)度為0.80m直線段,θ=0,考慮3%局部偏差的摩阻.△L=P*L/Ay/E=1302*140*1.03*80/140/195000=0.54cm

測(cè)量鋼絞線張拉過(guò)程中實(shí)際伸長(zhǎng)量：

在測(cè)量鋼束實(shí)際伸長(zhǎng)值時(shí)，可以使用絕對(duì)伸長(zhǎng)值的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量得到的伸長(zhǎng)值需要考慮夾片滑移以及工具錨處鋼束回縮等因素的影響。測(cè)量過(guò)程中，將標(biāo)尺固定到鋼絞線上，通過(guò)標(biāo)尺測(cè)量鋼絞線長(zhǎng)度，最終得到的累積測(cè)量結(jié)果即為初應(yīng)力和終應(yīng)力的伸長(zhǎng)值在測(cè)量鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)量時(shí)，目前主要采用直接量測(cè)張拉端千斤頂活塞伸出量的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量[2]。但是在使用這種方法進(jìn)行測(cè)量時(shí)會(huì)存在比較大的測(cè)量誤差。特別是當(dāng)需要張拉的鋼絞線比較長(zhǎng)時(shí)，測(cè)量過(guò)程過(guò)更加的頻繁，累積測(cè)量誤差更大。文章推薦的測(cè)量方法見(jiàn)圖2。先使用標(biāo)尺布置在鋼絞線上，然后利用標(biāo)尺測(cè)量分級(jí)鋼絞線的長(zhǎng)度。測(cè)量后得到的累積計(jì)算結(jié)果即為初應(yīng)力和終應(yīng)力的實(shí)際測(cè)量伸長(zhǎng)值。W3預(yù)應(yīng)力鋼絞線現(xiàn)場(chǎng)伸長(zhǎng)量記錄分析表見(jiàn)表4。

圖2 絕對(duì)伸長(zhǎng)值法表4 W3預(yù)應(yīng)力鋼絞線現(xiàn)場(chǎng)伸長(zhǎng)量記錄分析表

2 結(jié) 語(yǔ)

1)在0-10%(20%)σK進(jìn)行張拉時(shí)，因?yàn)閵A片會(huì)在產(chǎn)生內(nèi)滑，管道中的預(yù)應(yīng)力筋會(huì)盤曲，所以此階段測(cè)量后得到的伸長(zhǎng)值是不準(zhǔn)確的，在實(shí)際張拉的過(guò)程中，將10%(20%)-100%σK階段測(cè)量得到的伸長(zhǎng)值作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋真正的伸長(zhǎng)值進(jìn)行反算。

2)當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋比較長(zhǎng)且伸長(zhǎng)值大于千斤頂?shù)男谐虝r(shí)，需要在實(shí)際施工時(shí)多次換頂分級(jí)張拉。因?yàn)樾枰獙?duì)千斤頂活塞的伸出梁進(jìn)行多次測(cè)量，會(huì)產(chǎn)生比較大的累積誤差[3]。

3)在計(jì)算管道摩阻系數(shù)時(shí)，取值不夠準(zhǔn)確。為了保證計(jì)算值的準(zhǔn)確性，需要先施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定出管道的摩阻系數(shù)，并認(rèn)真檢查施工過(guò)程中所有有可能影響摩阻系數(shù)的因素，保證測(cè)量結(jié)果的精確性。

4)在張拉過(guò)程中，如果管道預(yù)埋設(shè)計(jì)位置和實(shí)際埋設(shè)位置存在誤差、錨墊板的板面角度和預(yù)埋位置存在誤差都會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力筋和張拉作用線的軸線不重合，進(jìn)而對(duì)伸長(zhǎng)值造成影響。

5)如果施工過(guò)程中先進(jìn)行穿束，然后進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋局部范圍會(huì)因?yàn)楣艿榔茡p而被水泥包裹。

6)對(duì)兩端進(jìn)行張拉時(shí)，因啟動(dòng)不同步出現(xiàn)單端受拉的情況。

7)雖然對(duì)壓力表和千斤頂進(jìn)行了配套校核，但是在施工時(shí)沒(méi)有配套使用，當(dāng)千斤頂持續(xù)使用200次或者使用六個(gè)月以上后要再次進(jìn)行標(biāo)定。

8)由于施工現(xiàn)場(chǎng)一些預(yù)應(yīng)力筋彈性模量不均勻或預(yù)應(yīng)力筋截面面積偏差，會(huì)導(dǎo)致伸長(zhǎng)值出現(xiàn)誤差。

[1]朱光業(yè).后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉錨下應(yīng)力的準(zhǔn)確控制[J].科技信息，2011(01):704-705.

[2]陸昱龍.大渡河特大橋預(yù)制T梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)量計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)控制[J].科技風(fēng)，2011(06)：180-181，185.

[3]李鵬.小議在T型橋梁梁片中后張法預(yù)應(yīng)力張拉雙控法的運(yùn)用[J].科技促進(jìn)發(fā)展，2010(S1)：149-150，144.

1007-7596(2017)05-0097-03

2017-04-14

李輝(1981-)，男，陜西大荔人，工程師，從事水利水電工程施工與管理工作。

U445.57

B