后張有粘結預應力梁張拉伸長量計算與測試

黃 亞， 徐長武

(1.湖北華祥建設工程質量檢測有限公司,湖北 武漢 430034； 2.武漢洪東方建設工程質量檢測有限公司,湖北 武漢 430070)

隨著社會經濟的發(fā)展以及房屋使用功能的需要，大跨度結構得到廣泛應用，預應力混凝土梁的使用可以較大程度上減少豎向構件的布置，增大內部使用空間，便于內部最大程度的安排使用功能。預應力混凝土梁通過鋼束張拉提高其抗裂能力，減小其跨中撓度，所以鋼束張拉效果直接影響其正常使用，在鋼束張拉施工過程中通過檢測手段對判定鋼束張拉效果顯得尤為重要。

1 工程概況

某大學實訓綜合大樓,采用鋼筋混凝土框架結構體系,因大空間使用功能要求,在大樓頂層采用18 m單跨和15.2 m與18 m組合雙跨后張有粘結預應力混凝土梁,公稱面積Ap為140 mm2?；炷翉姸鹊燃墳镃40,預應力鋼絞線采用8φ15.2-1860級高強度低松弛鋼絞線[1],其基本線形均為四段拋物線形,鋼絞線彈性模量Ep為195 GPa,預埋管道采用金屬波紋管。預應力筋采用一端張拉方式,張拉控制應力σcon為1 395 MPa。為驗證設計的合理性和施工的可靠性,需對預應力張拉效果進行評定,同時設計文件要求張拉時，以張拉應力控制,實測伸長值校核。

《混凝土結構設計規(guī)范》[2]中對于預埋金屬波紋管和鋼絞線之間的K值和μ值依次為0.001 5和0.25,然而金屬波紋管的實際布管線形影響其與鋼絞線之間的μ值,為更好地計算理論伸長量并與實際伸長量進行對比,本次理論伸長量中的μ值采用實測數(shù)據確定。

現(xiàn)場采用兩端布置荷載傳感器的方式對雙跨預應力混凝土梁進行一端張拉試驗,由兩個傳感器顯示力值確定μ值,拆除荷載傳感器后,對預應力梁采用一端張拉至控制應力,通過測定張拉端部件的變形量確定鋼束實際伸長量。

2 孔道摩擦系數(shù)μ值檢測

試驗裝置見圖1所示,穿心壓力傳感器量程為6 500 kN,精度1 kN,千斤頂量程為5 000 kN,精度0.1 MPa。千斤頂力值達到控制應力時,分別記錄張拉端和錨固端傳感器數(shù)據為N1和N2,試驗采用一端錨固一端張拉的分級加卸載方式,分級荷載依次為0%σcon→10%σcon→20%σcon→50%σcon→80%σcon→100%σcon→50%σcon→0%σcon,試驗循環(huán)進行3次,確定μ值平均值μ1,之后調換張拉端和錨固端,同上述方法循環(huán)進行3次確定μ值平均值μ2,最后取μ1和μ2的平均值。預應力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)μ值[3]：

(1)

圖1 雙跨預應力梁鋼束張拉裝置示意圖(單位：mm)

3 實際伸長量檢測

試驗裝置見圖2所示,千斤頂量程為5 000 kN,精度0.1 MPa。試驗采用一端錨固一端張拉的分級加卸載方式,分級荷載依次為0%σcon→10%σcon→20%σcon→50%σcon→80%σcon→100%σcon→50%σcon→0%σcon。不同荷載下位移測試量見表1所示。

預應力筋實際伸長量ΔL：

ΔL=ΔL10-100+ΔL0-10-ΔLf-a

(2)

圖2 鋼束實際伸長量試驗裝置

表1 不同荷載下位移測試量

4 理論伸長量計算

本工程預應力筋為多曲線段與直線段組成的曲線預應力筋,張拉理論伸長量分段計算后疊加。

(3)

σi+1=σi×e-(μθi+kLi)

(4)

式中：ΔLp為整段鋼束達到控制應力時的理論伸長量,mm;σi+1為鋼束計算段遠離張拉端應力,MPa;σi為鋼束計算段靠近張拉端應力,MPa;Li為鋼束計算段長度,m,即Li=Ri×θi(Ri為曲線鋼束計算段對應的半徑,m;θi為曲線鋼束計算段對應的中心角弧度,rad)(見圖1所示)。

5 結果及分析

5.1 孔道摩擦系數(shù)μ值

通過表2可知,孔道實測摩擦系數(shù)μ均值為0.264,與規(guī)范[3]中的μ值范圍接近,表明金屬波紋管和鋼束的布置符合設計坐標要求,鋼束在金屬波紋管內的摩擦損失滿足規(guī)范要求。

5.2 鋼束理論和實測伸長量

預應力筋計算分段見圖2所示,單端張拉理論伸長量計算見表3所示,鋼束伸長理論值與實測值對比見表4所示。

表2 孔道摩擦系數(shù)μ值

表3 單端張拉鋼束理論伸長量計算

表4 鋼束伸長理論值與實測值對比

通過表2和表3可知,鋼束伸長量實測值與理論值的偏差在+8.4%,稍大于規(guī)范[2]中的要求(±6%),但滿足設計規(guī)定要求(-5%,+10%)。兩者間的差異主要有以下原因：理論值計算采用的彈性模量為規(guī)范值,與鋼束實際值不一致;理論值計算采用的曲線段中心角為設計坐標值,與鋼束實際布置對應的彎起角度不一致;孔道摩擦系數(shù)雖為實測值,但伸長量測試過程中的錨具與鋼絞線間的咬合作用在兩次不同試驗中效果不一致,鋼絞線受力,錨具中的夾片會產生不同程度的滑動,同時位移測量過程中夾片的滑動也對伸長量實測值有影響。

6 結語

(1) 在孔道摩擦系數(shù)和張拉伸長量計算過程中,直線段和曲線段分界點以及兩段不同彎曲方向鋼束反彎點對整條鋼束分段至關重要,鋼束分段直接影響鋼束總長和曲線段切線夾角弧度和的準確計算,進而影響孔道摩擦系數(shù)和張拉伸長量的準確計算。

(2) 預應力鋼束張拉過程中,錨墊板、千斤頂、錨具的布置以及與鋼束之間的咬合作用對鋼束張拉效果產生較大影響,張拉過程中相關位移值的測試時機應與加載等級對應,且應保證千斤頂?shù)姆€(wěn)壓效果,由此方可通過公式中的對應位移量準確計算實際伸長量。

(3) 較多因素綜合導致鋼束伸長量理論值和實測值之間的差異,但應從理論上和實操上準確理解預應力鋼束張拉過程,通過計算、實測和差異分析為預應力鋼束張拉效果的評判提供依據。