预应力伸长量的控制分析

预应力伸长量的控制分析孟闯席军现摘要预应力钢筋以应力控制方法张拉时，应以伸长量进行校核。实际伸长值和理论伸长值差值应控制在6%以内，否则应暂停张拉，待查明原因并采取措施加以调整后，方可继续张拉，通过本工程实例，分析预应力双控指标伸长量的影响因素，确保预应力体系中的有效应力，有助于预应力施工质量的控制。关键词预应力伸长量双控分析1概述人文路跨贾鲁河大桥桥梁全长526m，全宽55m。分南、北引桥和主桥。其中南、北引桥为预应力砼小箱梁，预应力体系分为预制小箱梁纵向预应力索及中幅桥1～3号轴盖梁预应力索两部分。主桥采用钢主梁和混凝土主梁两种。混凝土主梁采用预应力混凝土结构。预应力砼小箱梁共149片，其中每片有8束钢绞线，共计1192束。中幅桥1～3号轴盖梁，共计29束钢绞线。混凝土主梁分为5#～6#现浇箱梁和7#～8#现浇箱梁，其中5#～6#现浇箱梁共332束，7#～8#现浇箱梁共358束，7#主塔共计88束。全桥共计1999束钢绞线。且所有预应力管道曲线复杂，转角多，为预应力施工增加了难度。《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）第11.5.6条规定：预应力钢筋以应力控制方法张拉时，应以伸长量进行校核。实际伸长值和理论伸长值差值应控制在6%以内，否则应暂停张拉，待查明原因并采取措施加以调整后，方可继续张拉。张拉应力和伸长值是预应力的双控指标。有一种片面的认识，认为“以张拉力为主，伸长量校核”的意思是只要张拉力足够就可以了，其实不然，伸长量是反映有效预应力的重要指标，伸长量异常，说明有效预应力不足或局部预应力集中，这都将给结构受力构件耐久性带来严重的后果，是环环相扣的关系，并直指结构物使用安全性。通过本工程实例，分析预应力双控指标的伸长量的影响因素，确保预应力体系中的有效应力，有助于预应力施工质量的控制。2复核理论伸长值伸长值计算公式如下：其中：为预应力钢绞线平均张拉力，N；为从张拉端到计算截面的孔道长度，m；为预应力钢绞线截面面积，mm2；为预应力钢绞线弹性模量，MPa；其中：为预应力钢绞线张拉端的张拉力，N；为从张拉端到计算截面的孔道长度，m；为预应力钢绞线截面面积，mm2；为预应力钢绞线弹性模量，MPa；为从张拉端到计算截面曲线孔道部分切线夹角之和，rad；为孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数；为预应力钢绞线与孔道壁的摩擦系数。由此可知，和是后张法伸长量计算的重要参数，这两个值取决于管道的材质、弯道的位置和角度等方面的因素，各个因素在施工中的变动很大，还有很多事不可预先确定的，波纹管进场后复查其质量，必须满足设计及规范要求。θ的大小取决于施工的精细程度。波纹管定位力求准确，直线段到起弯点过渡要平顺，然而在实际施工中难以掌握并容易忽视的。A和E取决于原材料的控制，钢绞线进场后必须进行抽检试验，采用正规厂家生产的钢绞线，保证钢绞线截面面积和弹性模量与设计要求相符。因此k和μ的大小需要现场试验来进一步确认，从而计算得出与工程实际相符的理论伸长值。本工程分别对主塔L1钢束、7#横梁Y4钢束、预制小箱梁、3#盖梁Y2钢束做了相应的摩阻试验，所得k和μ与设计值均有偏差。（1）对于主桥主塔L1钢束测试，在摩擦系数μ=0.17时，实测影响系数k=0.0016，计算得出L1钢束伸长值为218.8mm（表1），而设计伸长值为190mm，差值较大，如果按照设计伸长值控制，则无法满足双控要求。实际施工中按照试验数据控制，均满足双控要求。表1桥塔L1钢束伸长值计算表张拉位置分段长度Lm摩擦系数μ影响系数k夹角θrad张拉端张拉力kN终端张拉力kN平均张拉力kN伸长值mm下端张拉12.9180.170.001603562.303550.573556.4315.0723.6210.170.00160.60353550.573187.013365.5223.49下端伸长值38.56上端张拉124.3540.170.001603562.303434.513498.02164.2422.5070.170.00160.41783187.033309.2315.99上端伸长值180.23总伸长值218.80（2）7#横梁Y4钢束，采用1915.24低松弛钢绞线，A=140×19=2660mm2，E=195000MPa，钢绞线长度39.04m，弯道部分切线夹角之和为174.3°，张拉控制力为3463.3kN。单端摩阻损失值计算如下：其中，为单端摩阻损失值；为张拉控制力。现场摩阻试验得出摩擦系数μ=0.17，影响系数k=0.0031。由此计算出单端实测单端摩阻损失值=946kN设计的摩擦系数μ=0.17，影响系数k=0.0015。=865kN根据计算结果得出实测单端摩阻损失值比设计计算值高出约81kN，增大比例约2%。见表2。表27#横梁Y4孔道单端摩阻损失值及伸长量计算表组别张拉控制力Fcon（kN）摩阻系数单端摩阻损失值Fl1（kN）Fl1/Fcon单端伸长量1（mm）Kμ设计值34630.00150.178650.25113.3实测值34630.00310.179460.27111.7（3）预制小箱梁测试结果：摩擦系数μ=0.17时，实测影响系数k=0.0019～0.0020。根据实测结果计算得到两端张拉时，单端摩阻损失值比设计计算值高出约9～12kN，增大比例约为1%（表3、表4）。（4）中幅盖梁测试结果：摩擦系数μ=0.17时，实测影响系数k=0.0036。根据实测结果计算得到两端张拉时，单端摩阻损失值比设计计算值高出约37kN，增大比例约为2.3%（表5）。表330m预制小箱梁Y1孔道单端摩阻损失值及伸长值计算表组别张拉控制力Fcon（kN）摩阻系数单端摩阻损失值Fl1（kN）Fl1/Fcon单端伸长量1（mm）Kμ设计值16410.00150.1753.760.0398.18实测值16410.00200.1765.490.0497.82表430m预制小箱梁Y2孔道单端摩阻损失值及伸长值计算表组别张拉控制力Fcon（kN）摩阻系数单端摩阻损失值Fl1（kN）Fl1/Fcon单端伸长量1（mm）Kμ设计值16410.00150.1750.230.0398.25实测值16410.00190.1759.640.0497.96表53#盖梁中幅Y2孔道预应力损失及伸长值计算表组别张拉控制力Fcon（kN）摩阻系数单端摩阻损失值Fl1（kN）Fl1/Fcon单端伸长量1（mm）Kμ设计值16410.00150.17434.770.2685.06实测值16410.00360.17471.410.2983.833张拉机具设备与锚具产品的控制锚具按设计要求采购，具有可靠的锚固性能，足够的承载力和良好的适用性，能保证充分发挥钢绞线的强度，并安全地实现预应力张拉作业。钢绞线张拉采用穿心式双作用千斤顶，张拉千斤顶的额定张拉力为所需张拉力的1.5倍。与千斤顶配套施工的压力表选用防振型产品，其中最大读数为张拉力的1.5～2.0倍，标定精度不低于1.0级。张拉机具设备应与锚具产品配套使用，并在使用前进行校正、检验和标定。张拉设备在标定的有效期限内工作，当处于下列情况之一时，应重新进行标定：（1）施工时间超过6个月；（2）张拉次数超过300次；（3）使用过程中千斤顶或压力表出现异常情况；（4）千斤顶检修或更换配件后。油表的标定精度在满足规范要求的同时尽可能的选用高精度的油表，从而更加精确的控制张拉力这一指标。张拉前检查夹片、锚具必须配套，要采用同一生产厂家的夹片及锚具。不同的生产厂家夹片的锥度不同，不配套使用可能造成钢绞线损伤、滑丝等质量问题。4伸长量测量方法的控制现场施工一般采取在相应分级荷载下量测千斤顶油缸外露长度的方法（图1）。以现场实测来看，数据极不稳定，所以如何客观取得实际伸长值并准确计算是反映预应力是否取得有效控制的重要步骤。本工程采用的方法是在钢绞线上做记号，然后找相对固定点测量。为测量更方便准确，我们施工时采用了吊线坠方法（如图2，用钢板尺一端顶在混凝土端面上一固定点，目视水平，钢板尺刻度边轻靠线坠垂线，读值记录）。直接测量的是千斤顶油缸，在张拉过程中钢绞线与工具锚有相对的滑移，而工具锚安装在油缸上，可以认为工具锚与油缸相对不动，钢绞线与油缸就会有相对的滑移。相对滑移是由于工具锚的楔形夹片结构所决定的。在张拉时随着油泵加压工具锚在油缸作用下移动，而夹片因通过齿纹夹持钢绞线形成阻止移动趋势。随着力的增加工具锚与夹片所形成的斜面相对滑移，同时夹片进一步夹紧钢绞线，使夹片产生径向移动，又使工具锚与夹片所形成的斜面进一步相对滑移直至达到平衡。通过现场测试，发现两种方法得出的结果两者之差大约9mm。5张拉过程的控制张拉时，构件强度应满足设计要求，设计未规定时，不应低于设计强度等级值的75%。如果是两端张拉，张拉时两端应匀速、同步张拉，并随时观察夹片、锚具的状态，有明显滑移时停止张拉，分析原因。两端张拉操作人员应统一指挥，口令一致，应严格按设计张拉顺序、张拉方式对称进行。张拉速度应控制在合理范围内，注意使每根钢绞线受力均匀，张拉力应按设计控制力逐级加载，如按控制力的10%、15%、20%、30%及设计控制力分级张拉，在达到控制张拉的10%或15%时作好标记，开始测量钢绞线伸长值，以后每级均要量测、记录伸长值和张拉力（如果千斤顶的行程不够，需要多次倒顶时，要做好每次倒顶时的伸长值量测和油表读数记录，两端千斤顶倒顶时的油表读数最好保持一致，便于计算和记录），测量读数应精确；钢绞线束在达到控制张拉力时，持荷2min，并维持张拉力不变，千斤顶进行回油；钢束张拉完毕，严禁撞击锚头和钢束，接着进行封锚为压浆做准备。监理和施工单位务必做好原始记录：张拉记录表中油表号和千斤顶编号要一一对应，每端要有专人记录，在现场及时计算出总伸长值及伸长率，发现伸长值有异常现象时，立即停止张拉，待查明原因后再继续张拉，原始记录必须经现场监理签字认可，并与内业资料相吻合6结语经人文路跨贾鲁河大桥张拉实践发现，预应力钢绞线的实际伸长值与理论伸长值之间有一定的误差，究其原因，主要是孔道的摩擦损失计算与实际不符、量测误差等。特别是摩擦损失对伸长值计算影响较大。必要时孔道摩阻损失应通过试验测定，计算时予以调整。