后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長量的計算

1、后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長量的計算 作者： 怡海風(fēng)行后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長量的計算與現(xiàn)場測量控制預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工時， 采用張拉應(yīng)力和伸長值雙控， 實際伸長值與理論伸長值誤差不得超過 6，后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)一般用于預(yù)制大跨徑簡支連續(xù)梁、簡支板結(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。對于后張法預(yù)應(yīng)力施工時孔道成型方法主要有：金屬螺旋管、膠管抽芯、

2、鋼管抽芯、 充氣充水膠管抽芯等方法。 本人接觸多的是混凝土預(yù)應(yīng)力鋼絞線 (PCstrand、1×7 公稱直徑 15,24mm ， fpk 1860Mpa， 270 級高強(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 級低松弛鋼絞線，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk1860Mpa，1×7 公稱直徑15,24mm ，錨下控制力為 k=0.75 fpk Mpa。表11.2 根據(jù)施工方法確定計算參數(shù)：孔道成型方式K值值鋼絞線帶肋鋼筋精軋

3、螺紋鋼預(yù)埋鐵皮管道0.0030.350.4抽芯成型管道0.00150.550.6預(yù)埋金屬螺旋管道0.00150.2 0.250.5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 、 取值：注：摘自公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范( JTJ 041-2000)附錄 G 8根據(jù)鋼絞線試驗結(jié)果取得鋼絞線實際彈性模量Ep（一般為 1.92.04 ×105Mpa ）1.3 材料檢測：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 G7 之要求檢測；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

4、接器試驗方法及檢驗規(guī)則 （JT/T 329.2-1997 ）之要求檢測； 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2 理論伸長量計算： 后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線在張拉過程中， 主要受到以下兩方面的因素影響： 一是管道彎曲影響引 起的摩擦力， 二是管道偏差影響引起的摩擦力； 兩項因素導(dǎo)致鋼絞線張拉時， 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值也是不相同的。2.1 計算公式：公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范 （JTJ 041-2000）中關(guān)于預(yù)應(yīng)筋伸長值 L的計算按照以下公式 （ 1）：L Pp××LAp×EpL各分段預(yù)應(yīng)力筋的理論

5、伸長值（ 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 041-2000）附錄 G8 中規(guī)定了 Pp的計算公式（ 2）PpP×（ 1e（kx） ）kxP預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力，將鋼絞線分段計算后，為每分段的起點(diǎn)張拉力，即為前 段的終點(diǎn)張拉力（ N）；從張拉端至計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從張拉端至計算截面的孔道長度，分段后為每個分段長度或為公式 1中L 值；k 孔道每束局部偏差

6、對摩擦的影響系數(shù)（ 1/m ），管道內(nèi)全長均應(yīng)考慮該影響；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。從公式（ 1）可以看出，鋼絞線的彈性模量 Ep 是決定計算值的重要因素，它的取值是 否正確， 對計算預(yù)應(yīng)力筋伸長值的影響較大。 所以鋼絞線在使用前必須進(jìn)行檢測試驗， 彈性 模量則常出現(xiàn) Ep'=（1.96 2.04）×105Mpa 的結(jié)果，這是由于實際的鋼絞線的截面積并不是 絕對的 140mm2，而進(jìn)行試驗時并未用真實的鋼絞線截面積進(jìn)行計算，根據(jù)公式（1）可知，若 Ap 有偏差，則得到了一個 Ep'值，雖然 Ep'并非真實值，但將其與鋼絞

7、線理論面積相乘 所計算出的 L卻是符合實際的， 所以要按實測值 Ep'進(jìn)行計算 。公式 2中的 k 和是后張法鋼絞線伸長量計算中的兩個重要的參數(shù)，其大小取決于多方面的因素： 管道的成型方式、預(yù)應(yīng)力筋的類型、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 個因素在施工中的變動很大， 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。 在工程實施中， 最好對孔道磨擦系數(shù)進(jìn)行測定 （測定方法可參 照公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范 （JTJ 041-2000）附錄 G9），并對施工中影響磨擦

8、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 際計算可根據(jù)表 1 選取參數(shù)。3 劃分計算分段：整束鋼絞線在進(jìn)行分段計算時，首先是分段（見圖1）：3.1 工作長度：工具錨到工作錨之間的長度，圖1中工作段 AB 長度 L，計算時不考慮 、，計算力為 A 點(diǎn)力，采用公式 1 直接進(jìn)行計算， Pp千斤頂張拉力；3.2 波紋管內(nèi)長度： 計算時要考慮 、，計算一段的起點(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=Pq×e-（K

9、X+）（公式 3）Pz 分段終點(diǎn)力（ N）Pq分段的起點(diǎn)力（ N）、x、k、意義同上各段的起終點(diǎn)力可以根據(jù)公式 3 從張拉端開始進(jìn)行逐步的計算。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 計算出每一段的伸長值 L，相加后得出全長鋼絞線伸長量。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 k=07. 5 fpk 1395Mpa， Ep 1.95 ×105 Mpa，孔道 采用金屬螺旋管。采用分段計算理論伸長量。解

10、：根據(jù)圖 1所示共分為： AB、BC、CD、DE、EF、GF共 6段進(jìn)行計算。曲線段 CD 的 ：arc tg（ 19.46/151.58） 0.1277rad曲線段 EF 的 ：arc tg( 19.46/151.58 ) 0.1277rad表 2ABBCCDDEEFFG長度 x（ cm）6019.94153.22100.6153.2299.03弧度 （ rad ）000.127700.12770根據(jù)錨下（張拉）控制力為 k=0.75 fpk 1395Mpa及錨圈口摩阻損失 （一般規(guī)定不大于 3%， 也可根據(jù)公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000）附錄 G9 測得，這里計算取 3%）

11、計算千斤頂張拉力 P1395×140×（13%）201159N （每根）；根據(jù)公式 1計算工作長度（ AB ）段的伸長量：201159×60L15140×1.95×105L1 4.42mm根據(jù)表 2 中參數(shù)計算當(dāng) k0.0015， 0.2 各段伸長量：表 3分段x（mm）(rad )kx+ e- (kx+ )起點(diǎn)力 Pq終點(diǎn)力 PzPpLBC199.400.000299 0.99970094195300.0195241.6195270.81.4CD1532.20.1277 0.027838 0.97254561195241.6189881.41

12、9254910.8DE100.600.000151 0.99984911189881.4189852.71898670.7EF1532.20.1277 0.027838 0.97254561189852.7184640.4187234.510.5FG990.300.001485 0.99851565184640.4184366.3184503.36.7當(dāng) k 0.0015， 0.2 總伸長量 L4.421.410.80.710.56.735mm根據(jù)表 2中參數(shù)計算當(dāng) k0.0015，0.25各段伸長量：表 4分段x（mm）(rad )kx+e- (kx+ )起點(diǎn)力 Pq終點(diǎn)力 PzPpLBC1

13、99.400.0002990.99970094195300.0195241.6195270.81.4CD1532.20.12770.0342230.96635569195241.6188672.8191938.510.8DE100.600.0001510.99984911188672.8188644.4188658.60.7EF1532.20.12770.0342230.96635569188644.4182297.5185452.910.4FG990.300.0014850.99851565182297.5182027.0182162.26.6當(dāng) k 0.0015， 0.25 總伸長量 L4

14、.421.410.80.710.56.634mm5 計算現(xiàn)場控制伸長量范圍：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 “實際伸長值與理論伸長值的差 值應(yīng)控制在 6% 以內(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)0.2 時 L35mm，符合規(guī)范規(guī)定的控制范圍是 32.9 37.1mm，當(dāng) 0.25 時 L 34mm，符合規(guī)范規(guī)定的控制范圍是 32 36mm。但在實際施工時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

15、響， 規(guī)范中提供的 是一個變 值，根據(jù)表 1 中提供，變化范圍為 0.2 0.25，所以上述例題計算出的伸長量的實際控制范 圍應(yīng)是 3237mm 。6 張拉時鋼絞線實際伸長量的測量方法鋼絞線實際伸長量的測量方法有多種多樣， 目前使用較多的是直接測量張拉端千斤頂活 塞伸出量的方法， 我認(rèn)為這樣的測量方法存在一定的誤差， 這是因為工具錨端夾片張拉前經(jīng) 張拉操作人員用鋼管敲緊后，在張拉到10%k時因鋼絞線受力，夾片會向內(nèi)滑動，張拉到20%k時，夾片又會繼續(xù)向內(nèi)滑動，這樣通過測量千斤頂?shù)纳扉L量而得到的10% 20%k的伸長量比鋼絞線的實際伸長值長1 2mm，若以 10%20%k的伸長量作為 0%10%

16、k的伸長量，哪么在 0%20%k的張拉控制段內(nèi)，鋼絞線的伸長量就有2 3mm 的誤差。從20%k張拉到 100%k時，鋼絞線的夾片又會向內(nèi)滑動一點(diǎn)， 按最小值滑動量計算單端鋼絞 線的伸長量就有 34mm 的誤差，兩側(cè)同時張拉時共計有約6 8mm 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 用測量千斤活塞的方法一般測 出來的值都是偏大的 。對于鋼束實際伸長值的測量， 建議采用 量測鋼絞線絕對伸長值 的方法， 而不使用量測千斤頂 活塞伸出量的方法， 后者測得的伸長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， 必須進(jìn)行分級張拉時，更為繁瑣， 若

17、直接通過測量千頂活塞的伸出量， 則誤 差累計更大。 推存的測量方法如圖 2所示， 使用一個標(biāo)尺固定在鋼絞線上， 不論經(jīng)過幾個行 程，均以此來量測分級鋼絞線的長度，累計的結(jié)果就是初應(yīng)力與終應(yīng)力之間的實測伸長值。7 夾片回縮量補(bǔ)充張拉在實際張拉控制過程中， 在張拉并持荷完畢后千斤頂放松過程中對于夾片式錨具有一個夾片 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，但是各個廠家設(shè)計是不一樣 的，基本在 3 6mm 之間，所以在錨具使用前應(yīng)詳細(xì)查閱產(chǎn)品使用說明書，明確夾片的回 縮量，具體市公共過程中建議在 最后一步持荷并測量完伸長量在控制范圍內(nèi)后應(yīng)再把每端鋼 絞線拉長 3 6mm（補(bǔ)足夾片回縮量），這樣最終的錨固應(yīng)力才是設(shè)計的錨下控制應(yīng)力。8 結(jié)束語理論伸長值計算中， 如果采取的是兩端張拉， 鋼絞線對稱布置， 在進(jìn)行伸長量計算時是 計算一半鋼絞線的伸長值然后乘以二的方法； 如果是一端錨固一端張拉， 計算時應(yīng)從張拉端 計算至錨固端； 而對于非對稱結(jié)構(gòu)， 鋼絞線不對稱布置， 在計算鋼絞