后張法預應力張拉施工與計算中幾個問題分析

楊愛云

(湖南省核工業(yè)地質局三〇四大隊,湖南長沙 410600)

后張法預應力張拉施工與計算中幾個問題分析

楊愛云

(湖南省核工業(yè)地質局三〇四大隊,湖南長沙 410600)

預應力技術在現(xiàn)代橋梁工程中已普遍采用，施工工藝比較成熟，但是由于施工過程比較復雜，在張拉施工過程中，經(jīng)常會遇到各種問題，給施工帶來困擾。本文對后張法預應力施工和計算中，在張拉應力、預應力筋伸長值、施工等三個方面常見的幾個問題，進行了分析，并結合施工經(jīng)驗，提出了預防措施和解決辦法。

后張法 張拉力 伸長值 滑絲

在現(xiàn)代橋梁工程中，預應力技術已被普遍采用，司空見慣的就是預應力混凝土結構。預應力混凝土結構的張拉方式分為先張法和后張法兩種。在張拉施工過程中，經(jīng)常遇到各種問題，給施工帶來困擾。下面以施工中普遍使用的OVM型錨固體系、YCW型系列穿心式千斤頂為例，對后張法預應力張拉施工與計算中常見的幾個問題進行分析，提出預防措施和解決辦法。

根據(jù)《公路橋涵施工技術規(guī)范》的要求，預應力筋采用應力控制方法張拉時，應以伸長值進行校核，這就是預應力張拉施工中常說的“雙控”。因此，無論是設計要求還是施工措施，在預應力張拉方面都是圍繞張拉應力與預應力筋的伸長值來進行控制的。預應力張拉施工中常見問題也就可以分為以下三類：（1）張拉應力方面的問題（2）預應力筋伸長值方面的問題（3）其他施工方面的問題。

1 張拉應力方面的問題

1.1 對設計張拉控制應力的認識

一般設計文件都規(guī)定，張拉控制應力δcon=0.75fpk，在施工過程中，經(jīng)常把該值誤認為就是千斤頂油泵上油壓表的讀數(shù)?！豆蜂摻罨炷良邦A應力混凝土橋涵設計規(guī)范》中明確規(guī)定，預應力筋的張拉控制應力值對于后張法構件為梁體內錨下應力?！豆窐蚝┕ぜ夹g規(guī)范》中更是明確說明，張拉時的控制應力δcon包括預應力損失值。因此，在預應力張拉施工過程中，實際張拉控制應力（千斤頂油泵上油壓表顯示的值）應在設計規(guī)定的張拉控制應力基礎上再加上錨圈口摩阻損失。錨圈口摩阻損失可由試驗得出，或按經(jīng)驗取設計張拉控制應力的2%～3%，但最大張拉控制應力不應超過0.8fpk。

1.2 預應力管道摩阻損失修正

1.3 持荷時間的意義

《公路橋涵施工技術規(guī)范》對預應力筋的張拉程序作出了明確規(guī)定，使用夾片式等具有自錨性能的錨具在鋼絞線、鋼絲束預應力張拉錨固時，應持荷5min。在張拉施工時可以發(fā)現(xiàn)，錨固前油泵停止加壓后油壓表讀數(shù)都會有一定程度的下降，說明停止加壓這一瞬時或短時內預應力筋所受拉力尚未均勻傳遞，張拉力只是在張拉端局部預應力筋上得到了保證。因此，在預應力張拉錨固前，應對張拉力及時進行補壓，確實保證“持荷”5min。

1.4 超張拉控制

預應力張拉施工中，有一種錯誤的觀念，認為張拉力超出設計規(guī)定值對構件的受力總是有利的，故而在施工中隨意進行超張拉。殊不知，張拉如超過設計規(guī)定的最大張拉控制應力，則預應力筋的安全儲備為0，對結構是非常不利的。

即使為減少預應力松弛損失而對預應力筋進行短時超張拉時，超張拉值也不得超過0.8fpk。

2 理論伸長值計算方面的問題

預應力筋的理論伸長值的計算公式為：

式中：PP──預應力筋的平均張拉力(N)，直線筋取張拉端的拉力，兩端張拉的曲線筋，計算方法見公式（2-2）；L──預應力筋的長度(mm)；AP──預應力筋的截面面積(mm2)；EP──預應力筋的彈性模量(N/mm2)。

式中：P──預應力筋張拉端的張拉力(N)；x──從張拉端至計算截面的孔道長度(m)；θ──從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和(rad)；k──孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)；μ──預應力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)。

2.1 對設計提供的伸長值進行復核

在設計文件中，一般都提供了預應力筋的理論伸長值，但這僅供參考，施工時應根據(jù)使用材料、張拉設備等情況重新進行計算。施工時，有人認為計算得出的伸長值與設計提供的伸長值相差不了多少，沒有必要重新計算，但這對于計算伸長值偏差是不夠精確的，尤其對于短束伸長值偏差的計算誤差較大。

2.2 曲線筋分段計算

在計算預應力筋的理論伸長值時，對由直線段與曲線段或由多曲線段組成的預應力筋，應分段計算，然后疊加。分段計算過程可參照下表所示的步驟進行。

表中，平均張拉力PP有以下兩種計算方法，其計算結果相差不大，均可采用：

2.3 計算參數(shù)采用材料的實測值

在計算理論伸長值時應該注意，預應力筋的彈性模量EP和截面面積AP應采用材料檢測實測值，特別是彈性模量EP的實測值與理論值的偏差往往較大，對伸長值的計算結果影響也較大，如Φj15.2預應力鋼絞線彈性模量理論值為1.95×105MPa，而實際檢測值經(jīng)常為2.02×105MPa。

2.4 預應力筋長度包含工作長度

在計算過程中還應該特別注意，預應力筋的長度L應包含工作長度，因為實測伸長值量測時也包含了工作長度段的伸長量，計算預應力筋伸長值偏差時方有可比性。

工作長度應根據(jù)施工實際情況進行量測，一般可采用張拉端混凝土面至工具錨中心的長度，如圖3-1所示。工作長度段的伸長值應單獨計算。

3 實測伸長值的量測與計算方面的問題

《公路橋涵施工技術規(guī)范》中規(guī)定，預應力筋張拉的實際伸長值，可按式（3-1）計算：

式中：ΔLl──從初應力至最大張拉應力間的實測伸長值(mm)；

在后張法施工中，千斤頂?shù)膹埨κ且揽抗ぞ咤^夾片鎖緊鋼絞線而作用于預應力筋上的，從理論上來說，鋼絞線的伸長值就是張拉端工具錨夾片與錨固端錨固處（兩端張拉時即為兩端工具錨夾片）之間鋼絞線長度在張拉前與張拉后的變化。因梁體彈性壓縮量可以忽略不計，因此在實際量測鋼絞線伸長值時，可以將梁端作為工具錨夾片相對位移量的參照物，但是由于工作段的鋼絞線被千斤頂、錨具等包裹，鋼絞線伸長值不易直接準確量測，必須尋找其他間接方法進行量測和計算。

在施工中，實測伸長值的量測和計算方法常見的有兩種：（1）直接量取張拉過程中千斤頂活塞的行程作為預應力筋的實測伸長值，（2）量取張拉過程中千斤頂活塞的行程后扣減錨固回縮量。其實這兩種量測和計算方法都是不正確的，第（1）種方法是沒有將張拉過程中工具錨夾片的回縮量考慮在內，第（2）種情況是不應將錨固時工作錨夾片的回縮量扣除。實測伸長值的量測和計算可以采取千斤頂活塞的行程扣除工具錨夾片回縮量的方法。

3.1 工具錨夾片引起的回縮量

表1

圖3-1 預應力筋工作長度量測示意圖

圖3-2 工作錨夾片錨固鋼絞線示意圖

預應力張拉過程中，在量測千斤頂活塞行程的同時，應量測工具錨夾片回縮量，其量測方法如下：①張拉至初應力時，精確量取工具錨錨杯外露端面至鋼絞線外露段端部（也可以在鋼絞線上打上固定標記的位置)的距離b1；②張拉至設計張拉應力時，再次量取工具錨錨杯外露端面至鋼絞線外露段端部（或固定標記的位置)的距離；③工具錨夾片回縮量

3.2 工作錨夾片回縮引起的回縮量

鋼絞線的回縮量主要體現(xiàn)在工作錨自錨過程中的回縮，這部分回縮值會引起預應力損失，在《公路橋涵施工技術規(guī)范》中對預應力筋的內縮量明確提出了控制要求，所以，在預應力張拉施工過程中，必須對回縮量進行量測、檢查和控制。但是，回縮量是否參與實測伸長值的計算呢？其實不應參與，道理很簡單，因為在計算理論伸長值時采用的是張拉時的應力（非錨固時的應力），所以實測伸長值也應在達到設計張拉力時量測（非錨固后產生回縮應力損失時量測）。

工作錨錨固鋼絞線的瞬間過程是這樣的：在千斤頂與工作錨之間設有一塊限位板，鋼絞線在張拉時工作錨夾片隨鋼絞線的拉伸向后位移至限位板凹槽底部，對鋼絞線失去約束，在千斤頂回油放松鋼絞線的瞬間，鋼絞線彈性收縮，工作錨夾片跟隨鋼絞線向錨環(huán)孔內位移，隨即將鋼絞線錨固（如圖3-2）。由此可以看出，鋼絞線回縮量就是千斤頂回油過程中工作錨夾片在限位板凹槽內的位移量，量測方法如下：張拉前量測限位板凹槽深度d1，張拉完畢卸下千斤頂后量測工作錨夾片在錨杯處的外露長度d2，二者之差即為鋼絞線回縮量d。

在實際施工中，對回縮量的量測常采用的方法是，在張拉至設計張拉力時，量測鋼絞線外露尾端（或鋼絞線標記位置）至千斤頂缸體尾端的距離C1，千斤頂回油錨固后再次進行量測C2，兩次量測數(shù)據(jù)的差值即為鋼絞線回縮值。其實這種量測方法是不正確的，因為千斤頂回油錨固過程中除了鋼絞線錨固回縮外，還包括了夾片滑絲的位移量，可以統(tǒng)稱為內縮量C。

4 張拉施工方面的問題

4.1 滑絲

在《公路橋涵施工技術規(guī)范》中，對預應力筋滑絲的控制僅提出了數(shù)量的要求，對預應力筋的滑移量及量測方法沒有具體指標和要求，因此，預應力張拉施工中對滑絲很多時候都沒有充分重視，甚至沒有進行量測與檢查。

滑絲主要是因為工作錨夾片在自錨過程中沒有對鋼絞線瞬時錨固，鋼絞線在彈性回縮時出現(xiàn)了滑移?；屏康牧繙y可以先量測鋼絞線的內縮量C，再量測鋼絞線的回縮值d，二者之差即為鋼絞線的滑絲量e，如（4-1）式。

目前，《公路橋涵施工技術規(guī)范》對預應力張拉施工中的滑絲量控制標準沒有統(tǒng)一明確，但是施工中有些設計文件中已經(jīng)提出了控制指標，比如江蘇某航道橋梁項目設計說明中明確了千斤頂滑絲的質量標準和檢查方法，“查看分別為張拉至設計張拉力和千斤頂回油后量測的預應力筋伸長值）是否大于8mm，如大于8mm則表明出現(xiàn)滑絲”，“檢查鋼絞線尾端標記是否仍為一個平面，如平面出現(xiàn)了變化，說明有個別鋼絞線出現(xiàn)了滑絲現(xiàn)象，必須采取措施及時處理”。當然，該設計文件中所講的“滑絲”實際上是指鋼絞線的內縮量，包含了工作錨夾片的回縮量和鋼絞線的滑絲量，其質量標準和檢查方法值得推薦使用。

4.2 工具錨夾片脫落工具錨夾片在預應力張拉施工中往往被重復多次使用，使用過程中螺紋會出現(xiàn)磨損，使用次數(shù)愈多，螺紋磨損愈嚴重，張拉過程中夾片對鋼絞線的咬合力不足，失去錨固作用，隨著張拉力的逐步增加，夾片就會出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。在工具錨安裝時，夾片沒有裝緊，或者夾片本身質量問題，張拉時也會產生夾片脫落現(xiàn)象。

出現(xiàn)夾片脫落現(xiàn)象是相當危險的，夾片彈出容易傷人，甚至可能導致鋼絞線彈出將更具危險性了。同時，夾片脫落后會給預應力張拉工作帶來嚴重影響，必須立即停止張拉進行處理。

預應力張拉過程中出現(xiàn)夾片脫落現(xiàn)象后，應做如下處理：（1）事故端的處理：根據(jù)設計張拉力和剔除事故鋼絞線后的鋼絞線束數(shù)對張拉千斤頂油壓表讀數(shù)進行重新計算，對其余鋼絞線繼續(xù)完成張拉。如果仍按原來計算的油壓表讀數(shù)進行張拉，可能出現(xiàn)嚴重的超張拉現(xiàn)象。（2）采用兩端張拉時，另一端按兩端張拉的正常程序完成張拉。（3）張拉完畢后，應對事故鋼絞線進行單束補張拉，使張拉力滿足設計要求。（4）該批工具錨夾片應做報廢處理，更換新的夾片后方可繼續(xù)施工。

5 結語

后張法預應力張拉雖然工藝比較成熟，但是施工過程比較復雜，應當加強精細化施工。在張拉施工與計算中，必須注意或者明確以下問題：①設計張拉控制應力為錨下控制應力，施工張拉控制應力不等同于設計張拉控制應力，還應包括錨圈口預應力損失、管道預應力摩阻損失修正在內。②張拉施工時，必須保證持荷時間后再錨固。③不可隨意進行超張拉，張拉應力不得超過0.8fpk。④張拉施工前，必須對預應力筋理論伸長值重新計算，進行設計值的復核。理論伸長值計算時，相關參數(shù)應采用實際檢測數(shù)據(jù)，預應力筋長度應包括工作長度，曲線筋的伸長值應先分段計算然后疊加。⑤實測伸長值等于千斤頂活塞行程扣除工具錨夾片回縮量。⑥張拉施工時，應正確理解工具錨夾片回縮量、工作錨夾片回縮量、滑絲量的意義，并準確量測。⑦張拉施工中出現(xiàn)工具錨夾片脫落時，應正確處理，確保預應力筋的張拉力。

[1]公路橋涵施工技術規(guī)范(JTG_TF50-2011).

[2]公路橋涵設計手冊-預應力技術及材料設備,主編:朱新實.

[3]公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范(JTGD62--2004).