预应力筋张拉时的摩阻损失

预应力筋张拉时的摩阻损失作者：YaoManling（姚满玲），PeiChengrun（裴承润）（北京市政路桥控股集团北京公路桥梁建设公司，北京）【摘要】：由于预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失，张拉力沿孔道长度而减少；当预应力筋孔道长度较大和预应力筋有一定的包角时，张拉预应力筋时的应力损失不是用超张拉的张拉方法能够解决的。【关键词】：孔道摩阻，张拉，超张拉，张拉力损失1、概述：对于后张预应力筋，由于预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失、锚具变形及预应力筋内缩、预应力筋与台座之间温差引起的预应力损失、预应力筋松弛引起的损失、混凝土收缩徐变引起的预应力损失。这些损失都会对结构有效预应力产生影响。因此在预应力混凝土施工时，必须严格按照施工规范施工，以保证预应力筋的有效应力。2、预应力筋孔道摩阻对预应力筋应力的影响：由于预应力筋与预应力孔道之间的摩擦，预应力筋张拉时候，预应力筋在各个截面的应力和张拉力是变化的，而且遵循下面公式给予的关系。预应力筋应力：)(kxconxe（公式：2-1）预应力张拉力：)(kxconxepp（公式：2-2）张拉力损失：)1')(kxconxepp（公式：2-3）由公式2-3知，因为预应力筋与预应力筋孔道之间摩阻的存在，张拉力沿预应力孔道是逐渐减小的。假若设计要求两端张拉而实际为一端张拉时候，则传递到非张拉端的张拉力因为孔道摩阻的存在而与设计要求的张拉力相当大的差距。预应力筋伸长值计算公式：AELPLp/（公式：2-4）kxePPkxp)1()(（公式：2-5）式中：PP—预应力筋平均张拉力（N）；P—预应力筋张拉端的张拉力（N）；x—从张拉端至计算截面的孔道长度（m）；θ—从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad）；k—孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数；u—预应力筋与孔道壁的摩擦系数。（注：当预应力筋为直线时PP=P）由上述公式可以发现，预应力筋与预应力孔道的之间的摩擦，对预应力筋的伸长值是有影响的。现行《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）对预应力筋张拉实行双控的目的就是根据预应力筋的张拉伸长值检验实际张拉力。3、工程实例：3.1北京市西六环路（良乡～寨口）公路段第六标段（K10+200~K13+300）大灰厂路互通立交主线1号桥位于圆曲线段，曲线半径为1800米，桥孔布置为（30+35+30米）+（30+30+25米），桥全长187.56米。桥梁上部结构为预应力混凝土连续箱梁，分2联，每联长度分别为（0～3轴）95米、（3～6轴）85米，采用单相双室，梁高1.6米。（如图3.1-1）预应力筋采用采用标准张拉强度1860Mpa低松弛钢绞线。图3.1-1箱梁截面示意图（0～3轴）箱梁预应力钢束的张拉力2319.1KN，张拉控制应力为1283.4Mpa。采用两端张拉,张拉时采用张拉力及伸长值双控，实际操作时以张拉力为准，伸长量进行校核。（3～6轴）箱梁预应力钢束的张拉力1990.8KN，张拉控制应力为1302Mpa。采用两端张拉,张拉时控制应力及伸长值双控，实际操作时以张拉力为准，伸长量进行校核。钢绞线伸长值计算：0~3轴为对称结构，计算伸长值时，X取中跨跨中截面，计算值乘以2后，即为钢束计算伸长值。由于3~6轴为不对称结构，取中间跨的跨中为计算截面，分别计算，然后将结果相加。表3.1-10~3轴N1N1-1N1-2N1-3N1-4N1-5N1-6N1-7N1-8N1-9张拉端1(mm)275279260284373424391335239张拉端2(mm)257250271251164134133231338实测伸长值(mm)532529531535537558524566577计算伸长值(mm)553553553553553553553553553偏差（%）-3.8-4.3-3.9-3.2-2.90.9-5.22.44.3表3.1-20~3轴N2N2-1N2-2N2-3N2-4N2-5N2-6N2-7N2-8N2-9张拉端1(mm)230282291328267302274320319张拉端2(mm)316256247226265267263232212实测伸长值(mm)546538538554534569537552531计算伸长值(mm)563563563563563563563563563偏差（%）-3.0-4.4-4.4-1.6-5.21.1-4.6-2.0-5.7表3.1-30~3轴N3N3-1N3-2N3-3N3-4N3-5N3-6N3-7N3-8N3-9张拉端1(mm)350303296221267282306281271张拉端2(mm)212233241319271277252277276实测伸长值(mm)562536537540538559558558547计算伸长值(mm)569569569569569569569569569偏差（%）-1.2-5.8-5.6-5.1-5.4-1.8-1.9-1.9-3.9表3.1-43~6轴N1N1-1N1-2N1-3N1-4N1-5N1-6N1-7N1-8N1-9张拉端1(mm)281237249212216198247285312张拉端2(mm)257280264282272332293244218实测伸长值(mm)538517513494488530540529530计算伸长值(mm)511511511511511511511511511偏差（%）5.31.20.4-3.3-4.53.75.73.53.7表3.1-53~6轴N2N2-1N2-2N2-3N2-4N2-5N2-6N2-7N2-8N2-9张拉端(mm)256258267256270225178304248补拉端(mm)266254257251259295318224283实测伸长值(mm)522512524507529520496528531计算伸长值(mm)516516516516516516516516516伸长值偏差（%）1.2-0.81.6-1.72.50.8-3.92.32.9表3.1-63~6轴N3N3-1N3-2N3-3N3-4N3-5N3-6N3-7N3-8N3-9张拉端(mm)238235184263255257229173249补拉端(mm)278277305233257256297357260实测伸长值(mm)516512489496512513526530509计算伸长值(mm)519519519519519519519519519伸长值偏差（%）-0.6-1.3-5.8-4.4-1.3-1.21.32.1-1.93.2北京延庆龙庆峡水库桥全长111.08米宽13米上部结构为30+45+30米预应力砼变截面积连续箱梁，第一孔位于曲线段，修正系数内侧为0.913、外侧为1.087.箱梁断面为单箱双室，两侧边孔设2道横隔板。顶底板厚0.25米，腹板宽0.68米。顶板宽12.74米，底板宽7.74米。（如图3.2-1）箱梁内设有N1、N2、N3、N4通长预应力钢束及N5、N6短预应力钢束为两端张拉张拉程序为：0→1.0k，主梁张拉采用QM15-10锚具。张拉控制应力为1339.2Mpa,张拉力为1861.5KN。孔道成型采用高密度聚乙烯波纹管。123412341234123412341234图3.2-1箱梁截面示意图因为千斤顶的原因，表3.2-1所示预应力钢束不能两端同时张拉。所以张拉时，先张拉一端，再补张拉另外一端。表3.2-1外弧中肋内弧N3-1N4-1N1-3N1-6N3-1N3-2张拉端(mm)583550542517563540补拉端(mm)6473721246464实测伸长值(mm)647625614641627604两端计算伸长值(mm)653.5655.6610609.6633.3633.3单端计算伸长值(mm)585.4589.1566.1526.8567.9567.9偏差（%）-1.0-4.70.75.2-1.0-4.6表3.2-2外弧中肋内弧N3-1N4-1N1-3N1-6N3-1N3-2设计张拉力（KN）1861.51861.51861.51861.51861.51861.5补张前补张端张拉力(KN)1205.41222.3985.11015.11205.41205.4张拉力损失率（%）35.234.347.145.535.235.2超张5%后非张拉端张拉力（KN）1265.71283.41034.31065.91265.61265.7张拉力损失率（%）32.031.144.442.732.032.0其中：外弧N3转角2.19rad、，孔道长85.179m，N4转角2.09rad，孔道长85.172m；中肋N1转角3.42rad，孔道长105.525m；内弧N1转角3.42rad，孔道长85.482m，N3转角2.19rad，孔道长85.179m；k=0.0015，u=0.14。超张5%为假定计算。3.3京包高速公路（六环路~德胜口段）京密引水渠桥由钢~砼组合梁预应力桥面板位于直线段，箱梁内设有N1、N2、N3、N4、N5、N6短预应力钢束（如图3.3-1）及N7、N8通长预应力钢束为两端张拉张拉程序为：0→1.0k，主梁张拉采用QM15-13型锚具。张拉控制应力为1357.8Mpa,张拉力为2453.5KN。孔道成型采用高密度聚乙烯波纹管。765847765847765847765847765847图3.3-1钢箱梁截面示意图由于操作空间限制，表3.3-1和表3.3-2所示预应力束采用一端张拉另外一端补张的方式。表3.3-1N8-7N7-1N7-10张拉端(mm)111710271044补拉端(mm)131324实测伸长值(mm)113010401068两端张拉计算伸长值(mm)1137.381097.291097.29单端张拉计算伸长值(mm)1057.761022.821022.82伸长值偏差（%）-0.6-5.2-2.7表3.3-2N8-7N7-1N7-10设计张拉力（KN）2453.52453.52453.5补张前补张端张拉力(KN)1814.61832.61832.6张拉力损失率（%）26.025.325.3超张5%后非张拉端张拉力（KN）1905.31924.21924.2张拉力损失率（%）22.321.621.6其中：N7转角0.308rad，孔道长167.86m，N8转角0.308rad，孔道长174.46m。k=0.0015，u=0.13。超张5%为假定计算。3.4京津高速公路第二通道（五环化工路立交~市界）公路工程第三标段通黄路立交主线桥（1轴~5轴）箱梁段位于直线段，箱梁内设有N1、N2、N3预应力钢束（如图3.4-1）为两端张拉张拉程序为：0→1.0k，采用QM15-11型锚具。张拉控制应力为1302.8Mpa,一束张拉力为1991KN。预应力孔道采用高密度聚乙烯波纹管成孔。其中N2-5、N2-11和N3-2采用一端张拉，另外一端补张的方式张拉。其张拉伸长值如表3.4-1所示。NY1NY2NY3NY1NY2NY3NY1NY2NY3NY1NY2NY3NY1NY2NY3NY1NY2NY3NY1NY2NY3NY1NY2NY3NY1NY2NY3NY1NY2NY3NY1NY2NY3NY1NY2NY3NY1NY2NY3NY1NY2NY3NY1NY2NY3图3.4-1箱梁截面示意图表3.4-1N2-5N2-11N3-2张拉端(mm)759776711补拉端(mm)585367实测伸长值(mm)817829778两端计算伸长值(mm)806.81806.81805.51单端计算伸长值(mm)749.52749.52747.09伸长值偏差（%）1.32.8-3.4表3.4-2N2-5N2-11N3-2设计张拉力（KN）199119911991补张前补张端张拉力(KN)1465.71465.71455.3张拉力损失率