后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)量的計(jì)算方法與控制

1、后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)量的計(jì)算方法與控制 預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工時(shí)，采用張拉應(yīng)力和伸長(zhǎng)值雙控，實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值誤差不得超 過(guò)6%,后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)一般用于預(yù)制大跨徑簡(jiǎn)支連續(xù)梁、簡(jiǎn)支板結(jié)構(gòu)，各種現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力 結(jié)構(gòu)或塊體拼裝結(jié)構(gòu)。 預(yù)應(yīng)力施工是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，預(yù)應(yīng)力筋張拉是預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵工序，施工質(zhì) 量關(guān)系到橋梁的安全和人身安全，因此必 須慎重對(duì)待。 一般現(xiàn)行常接觸到的 預(yù)應(yīng)力鋼材主要：有 預(yù)應(yīng)力混凝土用 鋼絞線、PC光面鋼絲、刻痕鋼 絲、冷拔低碳 鋼絲、精軋螺紋鋼等材料。 對(duì)于后張法預(yù)應(yīng)力施工時(shí)孔道成型方法主要有：金屬螺旋管、膠管抽芯、鋼管抽芯、充氣 充水膠管抽芯等方法。 本人接觸多的是混

2、凝土 預(yù)應(yīng)力鋼絞線(PCstrand、1X7公稱(chēng)直徑15,24mm , fpk = 1860Mpa , 270級(jí)高強(qiáng)底松弛)，成孔方法多采用金屬螺旋管成孔，本文就以此兩項(xiàng)先決 條件進(jìn)行論述。 1施工準(zhǔn)備： 1.1熟悉圖紙：拿到施工圖紙應(yīng)先查閱施工說(shuō)明中關(guān)于預(yù)應(yīng)力鋼絞線的規(guī)格，一般預(yù)應(yīng)力 鋼束采用ASTMA416-270級(jí)低松弛鋼絞線，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk = 1860Mpa , 1 X7公稱(chēng)直徑 15,24mm ,錨下控制力為 A k=0.75 fpk Mpa。 1.2根據(jù)施工方法確定計(jì)算參數(shù)： 預(yù)應(yīng)力管道成孔方法采用金屬螺旋管成孔，查下表確定K、口取值：表1 表1 注：摘自公路 橋涵施工技術(shù)規(guī)

3、范(JTJ 041-2000)附錄G 8 根據(jù)鋼絞線試驗(yàn)結(jié) 果取得鋼絞線實(shí)際彈 性模量Ep (一般為1.92.04 X 105Mpa) 1.3材料檢測(cè)： 金屬螺旋管根據(jù)公路 橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 041-2000)附錄G 7之要求檢測(cè)； 錨具根據(jù)公路 橋梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線用YM錨具、連接器規(guī)格系列(JT/T 329.1-1997 )及 公路橋梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線用錨具、連接器試驗(yàn)方法及檢驗(yàn)規(guī)則(JT/T 329.2-1997 )之要 求檢測(cè)； 鋼絞線根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線GB/T5224-2003之要求檢測(cè) 2理論伸長(zhǎng)量計(jì)算： 后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線在張拉過(guò)程中，主要受到以下兩方面的因素影響： 一是管

4、道彎曲影響引起的摩擦力， 二是管道偏差影響引起的摩擦力；兩 項(xiàng)因素導(dǎo)致鋼絞線張拉時(shí)，錨下控制應(yīng)力沿著管壁向 跨中逐漸減小，因而每一段的 鋼絞線的伸長(zhǎng)值也是不相同的。 2.1計(jì)算公式： 公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000）中關(guān)于預(yù)應(yīng)筋伸長(zhǎng)值A(chǔ)L的計(jì)算按照以下公式 PpXL A L各分段預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長(zhǎng)值 A. L p （1 ）： 后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)量的計(jì)算方法與控制_1 （mm ）； Pp各分段預(yù)應(yīng)力筋的平均 張拉力（N）; L預(yù)應(yīng)力筋的分段長(zhǎng)度（mm ）; Ap 預(yù)應(yīng)力筋的截面面 積（mm2 ）; Ep預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量（Mpa）; 公路橋梁施工技 術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2

5、000）附錄G- 8中規(guī)定了 Pp的計(jì)算公式（2）: PX (1_加7 門(mén) kx+ U 9我二仝塔弄折冋 后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)量的計(jì)算方法與控制2 P預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力，將鋼絞線分段計(jì)算后，為每分段的起點(diǎn) 張拉力，即為前段 的終點(diǎn)張拉力（N）; e常數(shù) B從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切 線的夾角之和，分段后 為每分段中每段曲 線段的 切線夾角（rad ）; x從張拉端至計(jì)算截面的孔道 長(zhǎng)度，分段后為每個(gè)分段長(zhǎng)度或?yàn)楣?中L值； k孔道每束局部偏差 對(duì)摩擦的影響系數(shù)（1/m ），管道內(nèi)全 長(zhǎng)均應(yīng)考慮該影響； 口預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之 間的磨擦系數(shù)，只在管道彎曲部分考 慮該系數(shù)的影響。 從公

6、式（1）可以看出，鋼絞線的彈性模量Ep是決定計(jì)算值的重要因素，它的取 值是否正 確，對(duì)計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值的影響較大。所以鋼絞線在使用前必 須進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn),彈性模 量則常出現(xiàn)Ep= 1.962.04） X 105Mpa的結(jié)果，這是由于實(shí)際的鋼絞線的截面積并不是 絕對(duì)的140mm2，而進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)并未用真實(shí)的鋼絞線截面積進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)公式（1）可 知，若Ap有偏差，則得到了一個(gè)Ep值，雖然Ep并非真實(shí)值，但將其與 鋼絞線理論面積 相乘所計(jì)算出的AL卻是符合實(shí)際的，所以要按 實(shí)測(cè)值Ep進(jìn)行計(jì)算。 公式2中的k和口是后張法鋼絞線伸長(zhǎng)量計(jì)算中的兩個(gè)重要的參數(shù)，其大小取決于多方 面的因素：管道的成型方式、預(yù)

7、應(yīng)力筋的類(lèi)型、表面特征是光滑的 還是有波紋的、表面是 否有銹斑，波紋管的布設(shè)是否正確，彎道位置及角度是否正確，成型管道內(nèi)是否漏漿等等, 各個(gè)因素在施工中的 變動(dòng)很大，還有很多是不可能 預(yù)先確定的，因此，摩擦系數(shù)的大小很 大程度上取決于施工的精確程度。在工程實(shí)施中，最好對(duì)孔道磨擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)定（測(cè)定方 法可參照公路 橋梁施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000）附錄G 9），并對(duì)施工中影響磨擦系 數(shù)的方面進(jìn)行認(rèn)真的檢查，如波紋管的三維位置是否正確等等，以確保摩擦系數(shù)的大小基 本一致。實(shí)際計(jì)算可根據(jù)表1選取參數(shù)。 張拉現(xiàn)場(chǎng) 3劃分計(jì)算分段：整束 鋼絞線在進(jìn)行分段計(jì)算時(shí)，首先是分段（見(jiàn)圖1）: 3.1工

8、作長(zhǎng)度：工具錨到工作錨之間的長(zhǎng)度，圖1中工作段AB長(zhǎng)度=L,計(jì)算時(shí)不考慮口、 B,計(jì)算力為A點(diǎn)力，采用公式1直接進(jìn)行計(jì)算，Pp =千斤頂張拉力； 3.2波紋管內(nèi)長(zhǎng)度：計(jì)算時(shí)要考慮口、B,計(jì)算一段的起點(diǎn)和終點(diǎn)力。每一段的終點(diǎn)力就是 下一段的起點(diǎn)力，例如靠近 張拉端第一段BC的終點(diǎn)C點(diǎn)力即為第二段CD的起點(diǎn)力，每 段的終點(diǎn)力與起點(diǎn)力的關(guān)系如下式： Pz分段終點(diǎn)力（N） Pq分段的起點(diǎn)力（N） B、x、k、口意義同上 各段的起終點(diǎn)力可以根據(jù)公式3從張拉端開(kāi)始進(jìn)行逐步的計(jì)算。 圖1 3.3根據(jù)每一段起點(diǎn)力Pq代入公式2中求出每一段平均張拉力Pp。 3.4根據(jù)Pp代入公式1計(jì)算出每一段的伸長(zhǎng)值A(chǔ)L,相加

9、后得出全長(zhǎng)鋼絞線伸長(zhǎng)量。 4算例： 已知構(gòu)件鋼束布置如圖1所示，曲線段鋼束半徑600cm ,預(yù)應(yīng)力筋采用15.24的鋼絞線 束，fpk = 1860Mpa ,錨下(張拉)控制力 為 A k=0.75 fpk = 1395Mpa , Ep= 1.95 x 105 Mpa，孔道采用金屬螺旋管。采用分段計(jì)算理論伸長(zhǎng)量。 解：根據(jù)圖1所示共分為：AB、BC、CD、DE、EF、GF共6段進(jìn)行計(jì)算。 曲線段 CD 的 B arc tg ( 19.46/151.58 ) = 0.1277rad 曲線段 EF 的 e： arc tg (19.46/151.58 ) = 0.1277rad 5計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)控制伸長(zhǎng)量

10、范圍： 根據(jù)公路 橋梁施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 041-2000)12.8.3條規(guī)定實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值的 差值應(yīng)控制在6%以?xún)?nèi)，否則應(yīng)暫停張拉，待查明原因并采取措置予以 調(diào)整后，方可 繼續(xù) 張拉”。 從上述例 題中不難看出，其它參數(shù)正確的情況下，當(dāng) 口= 0.2時(shí)AL= 35mm，符合規(guī)范規(guī) 定的控制范 圍是32.937.1mm，當(dāng) 尸0.25時(shí)AL= 34mm，符合規(guī)范規(guī)定的控制范 圍是 32 36mm。 但在實(shí)際施工時(shí)由于管道成型后表面特征是否光滑、表面是否有 銹斑，位置偏差大小，彎 道位置及角度是否正確、成型管道內(nèi)是否漏 漿等因素影響，規(guī)范中提供的口是一個(gè)變值， 根據(jù)表1中提供，變化范圍

11、為0.20.25，所以上述例 題計(jì)算出的伸長(zhǎng)量的實(shí)際控制范圍 應(yīng)是3237mm。 6張拉時(shí)鋼絞線實(shí)際 伸長(zhǎng)量的測(cè)量方法 鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)量的測(cè)量方法有多種多 樣，目前使用 較多的是直接測(cè)量張拉端千斤頂活塞 伸出量的方法，我 認(rèn)為這樣的測(cè)量方法存在一定的 誤差。 這是因?yàn)楣ぞ咤^端夾片張拉前經(jīng)張拉操作人員用鋼管敲緊后，在張拉到10% ck時(shí)因鋼絞 線受力，夾片會(huì)向內(nèi)滑 動(dòng)，張拉到20% ck時(shí)，夾片又會(huì)繼續(xù)向內(nèi)滑動(dòng)，這樣通過(guò)測(cè)量千 斤頂?shù)纳扉L(zhǎng)量而得到的10%20%ck的伸長(zhǎng)量比鋼絞線的實(shí)際伸長(zhǎng)值長(zhǎng)12mm，若以 10%20%bk的伸長(zhǎng)量作為0%10%k的伸長(zhǎng)量，哪么在0%20%bk的張拉控制段 內(nèi)，

12、鋼絞線的伸長(zhǎng)量就有23mm的誤差。 從20%rk張拉到100%dk時(shí)，鋼絞線的夾片又會(huì)向內(nèi)滑 動(dòng)一點(diǎn)，按最小 值滑動(dòng)量計(jì)算單 端鋼絞線的伸長(zhǎng)量就有34mm的誤差，兩側(cè)同時(shí)張拉時(shí)共計(jì)有約68mm的誤差（誤 差值的大小取決于工具 錨夾片打緊程度），但是 張拉力是達(dá)到的。因此用 測(cè)量千斤活塞的 方法一般測(cè)出來(lái)的值都是偏大的。 對(duì)于鋼束實(shí)際伸長(zhǎng)值的測(cè)量，建議采用量測(cè)鋼絞線絕對(duì) 伸長(zhǎng)值的方法，而不使用量 測(cè)千斤 頂活塞伸出量的方法，后者 測(cè)得的伸長(zhǎng)值須考慮工具錨處鋼束回縮及夾片滑移等影響，尤 其是在鋼絞線較長(zhǎng)，必須進(jìn)行分級(jí)張拉時(shí)，更為繁瑣，若直接通 過(guò)測(cè)量千頂活塞的伸出量, 則誤差累計(jì)更大。 推存的測(cè)量

13、方法如圖2所示，使用一個(gè) 標(biāo)尺固定在鋼絞線上，不論經(jīng)過(guò)幾個(gè)行程，均以此 來(lái)量測(cè)分級(jí)鋼絞線的長(zhǎng)度，累計(jì)的結(jié)果就是初應(yīng)力與終應(yīng)力之間的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值。 在實(shí)際張拉控制過(guò)程中，在張拉并持荷完 畢后千斤頂放松過(guò)程中對(duì)于夾片式錨具有一個(gè)夾 片回縮自錨及錨具變形，使錨下控制應(yīng)力有所損失，根據(jù)公路 橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000 ）表12.8.3規(guī)定夾片式錨具容許回縮量不大于6mm，但是各個(gè)廠家 設(shè)計(jì)是不一 樣的，基本在36mm之間，所以在錨具使用前應(yīng)詳細(xì)查閱產(chǎn) 品使用說(shuō)明書(shū)，明確夾片 的回縮量，具體市公共 過(guò)程中建議在最后一步持荷并 測(cè)量完伸長(zhǎng)量在控制范圍內(nèi)后應(yīng)再把 每端鋼絞線拉長(zhǎng)36mm （補(bǔ)足夾片回縮量），這樣最終的錨固應(yīng)力才是設(shè)計(jì)的錨下控制 應(yīng)力。 8結(jié)束語(yǔ) 理論伸長(zhǎng)值計(jì)算中，如果采取的是兩端 張拉，鋼絞線對(duì)稱(chēng)布置，在 進(jìn)行伸長(zhǎng)量計(jì)算時(shí)是計(jì) 算一半鋼絞線的伸長(zhǎng)值然后乘以二的方法；如果是一端 錨固一端張拉，計(jì)算時(shí)應(yīng)從張拉端 計(jì)算至錨固端；而對(duì)于非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，鋼絞線不對(duì)稱(chēng)布置，在計(jì)算鋼絞線的伸長(zhǎng)值時(shí)，計(jì)算 原則是從兩側(cè)向中間分段計(jì)算，至某一點(diǎn) 時(shí)鋼絞線