淺談?lì)A(yù)應(yīng)力鋼材（XM型錨具）的張拉計(jì)算和張拉方法

賈思功

【摘要】在公路橋梁工程施工中，設(shè)計(jì)院所設(shè)計(jì)的大、中型橋梁的梁、板，一般都是后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁、板，不僅需要預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁、板，在縣級(jí)以上的公路橋，T梁往往還會(huì)設(shè)計(jì)為先簡(jiǎn)支后連續(xù)。為保證梁、板預(yù)制及安裝的質(zhì)量，準(zhǔn)確掌握張拉方法，要求施工單位具備預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土施工能力。本文以LP=16m后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板為例，來(lái)分析和闡述其張拉計(jì)算和張拉方法。

一、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

1、預(yù)應(yīng)力鋼筋為：φj15.0（7φj5）高強(qiáng)度低松馳鋼絞線；

2、公稱(chēng)截面面積：139.38mm2；

3、標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度：Rby=1570MPa；

4、張拉控制應(yīng)力：σk=1177.5MPa；

5、張拉控制力為（每孔道）：987.7KN；

6、張拉程序：0---0.16k---105%σkσk（錨固）；

7、錨具為：XM-6型錨具；

8、孔道長(zhǎng)度：1#為15.600m

2#為15.668m

二、張拉設(shè)備的選用及校驗(yàn)

1、張拉設(shè)備需要的張拉力

為保證張拉工作的安全、準(zhǔn)確，選用的張拉設(shè)備的張拉力應(yīng)大于預(yù)應(yīng)力鋼材在張拉時(shí)的張拉力，圖紙規(guī)定張拉控制力為987.7KN，張拉時(shí)應(yīng)超張拉1.05σk，所以張拉設(shè)備的張拉力不應(yīng)不小于：

Ny=987.7×1.05=1037.1（KN）

2.張拉設(shè)備需要的行程

張拉設(shè)備行程應(yīng)大于預(yù)應(yīng)力鋼材的伸長(zhǎng)值

估算伸長(zhǎng)值公式（cm）

ΔL=L

預(yù)應(yīng)力鋼材張拉控制應(yīng)力：σk=1177.5MPa

預(yù)應(yīng)力鋼材的彈性模量：Eg=1.9×105MPa

預(yù)應(yīng)力鋼材張拉時(shí)的有效長(zhǎng)度：L=孔道長(zhǎng)度+張拉設(shè)備長(zhǎng)度×2=1566.8+2×（58+8）=1698.8（cm）

∴ ΔL=L=×1698.8=10.5（cm）

故選用YCD120千斤頂和ZB4/500型電動(dòng)油泵。

3.壓力表讀數(shù)Pn=（Mpa）

預(yù)應(yīng)力鋼材的張拉力：Ny=1037.1×103（N）

YCD120千斤頂張拉缸工作面積：An=290×102（mm2）

所以Pn==35.8（Mpa）

《規(guī)范》規(guī)定壓力表最大量程應(yīng)力為Pn的2.0-7.5倍，精度不低于1.5級(jí)。

另外說(shuō)明的是YCD200千斤頂也可以選用，但是YCD直徑為φ40cm，而圖紙1#孔道中心距空心板底只有14cm

40/2=20（cm）>14cm所以在張拉1#孔道時(shí)空心板底模妨礙YCD200千斤頂?shù)陌惭b，故選用YCD120千斤頂。

4、YCD120千斤頂技術(shù)數(shù)據(jù)

額定張拉力：1200KN

張拉油壓：50MPa

張拉工作缸面積：290cm2

額定行程：18cm

頂楔油壓：50MPa

穿心孔徑：12.8cm

外徑×長(zhǎng)度：φ32×58（cm）

相應(yīng)錨具：XM15-（3-7）

5、ZB4/500型電動(dòng)油泵主要技術(shù)數(shù)據(jù)

額定壓力：50MPa

油箱容量：50L

電動(dòng)機(jī)功率：3KW

外型尺寸：75×50×100（cm）

重量：120Kg

6、張拉設(shè)備的校驗(yàn)

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：

張拉機(jī)具應(yīng)與錨具配套使用，應(yīng)在張拉前進(jìn)檢查和校驗(yàn)。

張拉千斤頂與壓力表應(yīng)配套校驗(yàn)，以確定張拉力與壓力表讀數(shù)之間的關(guān)系曲線，應(yīng)到國(guó)家專(zhuān)門(mén)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)去校驗(yàn)。張拉機(jī)具由專(zhuān)人使用管理，并應(yīng)經(jīng)常維護(hù)定期校驗(yàn)。一般使用6個(gè)月或200次，以及千斤頂在使用過(guò)程中出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象時(shí)，應(yīng)重新校驗(yàn)。

三、預(yù)應(yīng)力鋼材和錨具產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗(yàn)鑒定

1、預(yù)應(yīng)力鋼絞線在使用前應(yīng)進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，不合格者嚴(yán)禁使用。

《規(guī)范》規(guī)定：鋼絞線最大抗拉強(qiáng)度不得超過(guò)其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Rby的80%。

設(shè)計(jì)鋼絞線：Rby=1570（MPa）

那么80%Rby=1570×0.8=1256（MPa）

105σk%=1177.5×1.05=1236.4（Mpa）

即：1.05σk<80%Rby（符合規(guī)范要求）

2、錨具、夾片須經(jīng)部以上級(jí)別技術(shù)鑒定和產(chǎn)品鑒定，出廠前由供方按規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，并提供產(chǎn)品質(zhì)量證明書(shū)。

錨具、夾片進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)分批進(jìn)行外觀檢查，當(dāng)質(zhì)量證明書(shū)不符要求或?qū)|(zhì)量有疑點(diǎn)時(shí)，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方能驗(yàn)收使用。

3、錨固能力

試驗(yàn)數(shù)字，鋼絞線最小破斷應(yīng)力為：1630MPa

那么破斷力等于：1630×139.38=227189.4N

錨固能力==1.038> 0.9（符合規(guī)范要求）

理論伸長(zhǎng)值ΔL的計(jì)算（只以2#孔道為例）：

ΔL=

式中：L—預(yù)應(yīng)力鋼材的長(zhǎng)度（cm）

Eg—預(yù)應(yīng)力鋼材的彈性模量（MPa）

Ay—預(yù)應(yīng)力鋼材截面面積（mm2）

—預(yù)應(yīng)力鋼材平均張拉力（N）

P—預(yù)應(yīng)力鋼材張拉力（N）

X—預(yù)應(yīng)力鋼材的有效長(zhǎng)度（M）

Q—從張拉端至計(jì)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(duì)摩擦的影響系數(shù)

μ—預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁的摩擦系數(shù)

因?yàn)閺埨椎罏轭A(yù)埋波紋管，所以：k取0.001，μ取值0.19

X=15.668+0.66×2=16.988（m）

P=Ny=987700×1.05=1037100（N）

所以：

《規(guī)范》規(guī)定實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值相差應(yīng)控制在6%以?xún)?nèi)。

故：10.8×1.06=11.5（cm）

10.8×0.94=10.2（cm）

即：ΔL應(yīng)控制在10.2-11.5CM之間，否則應(yīng)停止張拉查明原因。

六、壓力計(jì)算

1、理論壓力表的讀數(shù)

公式：Pμ=（MPa）

Pμ-壓力表讀數(shù)

Ny- 預(yù)應(yīng)力鋼材的張拉力（N）

Aμ-張拉缸工作面積（mm2）

根據(jù)設(shè)計(jì)文件的已知條件：

張拉控制力：Ny=987.7（KN）

張拉程序：0-0.1σK-105σk%σk（錨固）

YCD120千斤頂張拉缸工作面積：Aμ=290（cm2）

所以：

1.05Pμ=34.06×1.05=35.8（MPa）

0.1Pμ=0.1×34.06=3.406（MPa）

2、張拉時(shí)的壓力表讀數(shù)：（即加上千斤頂內(nèi)部摩阻力）

0.1σk：3.5（MPa）

1.05σk：36.1（MPa）

七、預(yù)應(yīng)力鋼材的張拉

1、鋼絞線的下料和編束

鋼絞線應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定的長(zhǎng)度進(jìn)行下料，如設(shè)計(jì)無(wú)規(guī)定數(shù)據(jù)時(shí)就自行計(jì)算鋼絞線長(zhǎng)度。

下料時(shí)，切割口的兩側(cè)各5CM處先用鋼鉛絲綁扎，然后再切割。切割后應(yīng)立即將切割口焊牢，以防松散。

編束應(yīng)在地坪上進(jìn)行，使鋼絞線平直。每束內(nèi)各根鋼絞線應(yīng)編號(hào)并順序擺放。每隔1M用20號(hào)鉛絲編織、合攏捆扎。鋼絞線應(yīng)妥善保存、以防止油污，生銹、彎折。

2、穿入鋼絞線

鋼絞線在穿束時(shí)，將一端扎齊，順序編號(hào)，引線穿過(guò)孔道直至兩頭露出相同長(zhǎng)度為止。

3、安裝YCD120千斤頂前，應(yīng)清洗和檢查，錨環(huán)和夾片不得有油污、鐵屑、泥砂等雜物。檢查千斤頂和電動(dòng)油泵是否完好。將鋼絞線編號(hào)穿入工作錨環(huán)，安裝上夾片，安裝頂壓器。將鋼絞線穿入千斤頂，錨具進(jìn)入頂壓器槽內(nèi)，錨具對(duì)中，并將張拉油缸伸出2—4CM，再將千斤頂尾部安裝工具錨。為了便于松開(kāi)夾片，工具錨環(huán)內(nèi)壁可涂少量滑油。

所有的夾片都用手錘輕輕敲擊，使其夾緊預(yù)應(yīng)力鋼材，夾片上露長(zhǎng)度一致。

4、張拉預(yù)應(yīng)力鋼材

張拉的孔位順序應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定，如設(shè)計(jì)無(wú)規(guī)定，應(yīng)先張拉受壓區(qū)、再?gòu)埨芾瓍^(qū)，并左右對(duì)稱(chēng)。

《規(guī)范》規(guī)定張拉曲線預(yù)應(yīng)力鋼材或長(zhǎng)度≥25M直線預(yù)應(yīng)力鋼材時(shí)，宜從兩端同時(shí)進(jìn)行。

張拉：使頂壓油缸處于回油狀態(tài)，向張拉缸供油，張拉至0.1σk即3.5MPa，做出標(biāo)記以便測(cè)量預(yù)應(yīng)力鋼材的伸長(zhǎng)量。

兩端同時(shí)、同步勻速供油，油表按5MPa的差值向上升值，直至張拉到36.8MPa，量出伸長(zhǎng)值，以核對(duì)張拉應(yīng)力。

持荷五分鐘，量出預(yù)應(yīng)力鋼材和錨具回縮變形量，《規(guī)范》規(guī)定鋼絞線和錨具回縮變形量為5MM。

頂錨：保持張拉缸油壓，向頂壓缸供油，升壓至50MPa，將工作錨夾片頂入錨孔中。

頂壓過(guò)程中，注意張拉油路升壓情況，一般不超過(guò)2MPa，如超過(guò)時(shí)，應(yīng)使張拉缸適當(dāng)降壓。

在繼續(xù)保持頂壓缸油壓的情況下，使張拉缸緩慢回油，完成油缸回油動(dòng)作。卸下工具錨、千斤頂、頂壓器。

《規(guī)范》規(guī)定：實(shí)際伸長(zhǎng)值如超過(guò)理論伸長(zhǎng)值正負(fù)6%時(shí)， 應(yīng)停止張拉，查明原因。

每束鋼絞線斷絲、滑絲，不許超過(guò)一根，每個(gè)斷面斷絲之和不超過(guò)該斷面鋼絲總數(shù)的1%。

通過(guò)對(duì)Lp=16m預(yù)應(yīng)力板的張拉計(jì)算及張拉方法分析總結(jié)，對(duì)預(yù)應(yīng)力梁、板整個(gè)計(jì)算過(guò)程及張拉過(guò)程做以歸納，遇到其他形式的梁、板，計(jì)算中替換相應(yīng)參數(shù)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取相應(yīng)的張拉設(shè)備即可。

參考文獻(xiàn)

[1]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）