后张法预应力钢绞线张拉理论伸长值计算及张拉控制

后张法预应力钢绞线张拉理论伸长值计算及张拉控制摘要：现今随着社会生产力水平的提高，大跨径桥梁越来越多的应用到设计和施工中，其中预应力砼结构应用也越来越广泛。桥梁预应力结构施工，一般采用张拉力和伸长量双控，要求实际伸长量与理论伸长量误差不得超过±6％，而在实际施工中，不经复核直接取用设计给出的理论伸长量，或量测实际伸长值的方法不恰当，造成实际伸长量与理论伸长量误差超出±6％的要求。本文结合后张法现浇砼箱梁预应力钢绞线施工，详细阐述控制预应力钢绞线张拉质量控制的方法。关键词：预应力钢绞线张拉控制中图分类号：u412.36+6文献标识码：a文章编号：一、工程概况百色至靖西高速公路德保南互通1号桥上部构造采用（25+35+25）m一联，后张法预应力砼连续箱梁，下部结构桥台采用肋板桥台，墩柱采用柱式墩，墩台采用桩基础。二、选用材料及技术标准箱梁采用c50砼浇筑成型，预应力钢绞线采用高强度低松弛фs15.2（1×7）钢绞线组成，产地：湖南湘辉金属制品有限公司，钢绞线截面面积ap=140mm2，进场复检得出弹性模量ep=1.99×105mpa（设计给出弹性模量为1.95×105mpa），钢绞线强度fpk=1860mpa，张拉控制应力1395mpa。采用两端同时张拉。锚具采用m19，m12系列锚具，预应力管道采用塑料波纹管成孔，注浆用水泥砂浆强度不低于40mpa。钢束张拉采用张拉力与伸长值双控，实际伸长量与设计伸长量差值在±6%以内。本工程箱梁张拉由下至上，先腹板束再底板束，即f4-f3-f2-f1-b，张拉时对称张拉。三、张拉力计算1、设计锚下张拉控制应力σcom=1395mpa。单根钢绞线张拉力nk=σcom×ap=1395×140=195.3kn。2、12束的张拉力为：195.3×12=2343.6kn19束的张拉力为：195.3×19=3710.7kn四、施工控制中压力表与张拉力对应关系在钢绞线张拉前，钢绞线及模具、张拉系统处于松弛状态，所以要预先给其施加一初始力（一般为10-25%σcom）使其处于受力状态。再张拉至设计应力，以便精确量测钢绞线实际伸长值。1、张拉步骤：0～15%σcom～100%σcom15%σcom时：12束的张拉力为：0.15×195.3×12=351.54kn19束的张拉力为：0.15×195.3×19=556.61kn2、不同阶段张拉力与压力表关系(根据千斤顶与压力表线性回归方程计算)不同阶段张拉力与压力表读数对照表（mpa）15%δk张拉力11091518#顶8092.115#表11091516#顶10210.114#表11091520#顶10218.114#表11091519#顶8094.115#表12束f=351.54kn4.14.04.64.519束f=556.61kn6.76.77.37.1100%δk12束f=2343.6kn29.930.130.329.919束f=3710.7kn47.748.047.947.4五、钢绞线理论伸长值计算1、分段计算分析《公路桥涵施工技术规范》（jtg/tf50-2011）关于预应力筋的理论伸长值δl（mm）计算公式如下：δl=pp.l/(ap.ep)（一）δl—各分段预应力筋的理论伸长值（mm）；pp—预应力筋的平均张拉力（n），直线筋取张拉端的拉力；两端张拉的曲线筋，按公式（二）计算。l—预应力筋的分段长度（mm）；ap—预应力筋的截面面积（mm2）；ep—预应力筋的弹性模量（mpa）；从公式（一）不难看出，在设计张拉应力及钢绞线长度确定的情况下，钢绞线的弹性模量ep起着决定性作用。而在施工中，我们发现设计给出的弹性模量（ep值一般为1.92~1.95×105mpa）与材料复检试验得出的弹性模量（ep’多为1.97~2.03×105mpa）不一致，套用不同的ep值将得出两种相差较大的δl。这是因为实际使用的钢绞线直径比理论值偏大，而试验时套用的是偏小的理论值代入公式计算得出的。根据弹性模量计算公式可知，虽然ep’并非真实值，但将其与钢绞线理论面积相乘所计算出的δl却是符合实际的，所以要按实测值ep’进行计算。有些施工单位为了计算方便，往往直接选用设计给出的ep，导致理论伸长值δl偏差过大，出现理论伸长值与实测伸长值偏差超出±6%的要求。另外，根据构件应力状态钢绞线呈曲线形布置，由于钢绞线进行张拉时同时受到预应力筋管道弯曲引起的摩擦力和管道偏差引起的摩擦力影响，导致锚下控制应力出现损失即向跨中方向逐渐减小，所以钢绞线每部位的伸长值也是不相同的，这就需要根据钢绞线的弯曲情况进行分段，分别计算每段的伸长值后，进行累计汇总得出整束钢绞线的理论伸长值。而且，由于应力损失的存在导致每一分段钢绞线的两端应力不同，就出现了平均张拉力pp值。《公路桥涵施工技术规范》（jtg/tf50-2011）亦给出了平均张拉力pp值的计算公式，如下，pp=p.［1-e-(kx+μθ)］/(kx+μθ)（二）p—预应力筋张拉端的张拉力，将钢绞线分段计算后，为每分段的起点张拉力，即为前段的终点张拉力（n）；θ—从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，分段后为每分段中各曲线段的切线夹角和（rad）；x—从张拉端至计算截面的孔道长度（m）；k—孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数（1/m），管道弯曲及直线部分全长均应考虑该影响，本案例取0.0015；μ—预应力筋与孔道壁之间的磨擦系数，只在管道弯曲部分考虑该系数的影响，本案例取0.15；e—自然对数的底数，常值2.718281828。系数k及μ值表k和μ是后张法钢绞线伸长量计算中的两个重要的参数，这两个值的的大小取决于：管道的成型方式、力筋的类型、表面是否有锈斑、波纹管的布设是否正确、弯道位置及角度等等。在实际实施中，最好对孔道磨擦系数进行测定，并对施工中影响磨擦系数的方面进行认真的检查，以确保摩擦系数的大小基本一致。钢绞线分段计算时，每段起点与终点张拉力关系如下：pz=pq.e-(kx+μθ)（三）pz—分段终点力（n）pq—分段的起点力（n）一般预应力砼钢绞线布置采用中点对称布置，所以我们在实际计算时，只需计算钢绞线一侧至跨中的累计伸长值后再乘以2，即可得到整束理论伸长值。在确定钢绞线有效工作长度时应注意，工作锚到工具锚之间的这一段预应力筋，同样受到张拉力而伸长，所以钢绞线的有效工作长度中应包括该段长度。在计算之前需现场量测该长度，本案例现场实测长度为0.4m。2、不分段计算在实际施工过程中，有一些单位为计算方便不进行分段，全长按直线段考虑，就本案例分段与不分段计算结果列表如下：可以看出，采用不分段计算的理论伸长值大于分段计算的理论伸长值，实测伸长值与分段理论伸长值的偏差在6%以内，但其与不分段理论伸长值的偏差有可能超出6%的要求。