預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉程序及影響因素分析

王 沙

（中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司 河北涿州 072750）

1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉概述

預(yù)應(yīng)力施工方法一般包括先張法和后張法兩種方法。然而由于先張法的預(yù)應(yīng)力筋一般多是直線(xiàn)，可以在無(wú)管道摩擦的理想狀態(tài)下看作后張法的一種特例，所以土木工程測(cè)量中所應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力施工方法多是后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉程序計(jì)算方法。

在當(dāng)今的土木工程領(lǐng)域，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最為廣泛的一種建筑結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)作為土木工程施工技術(shù)的重要組成部分，在很大程度上決定著預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及其可靠性。而在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力的大小作為其中最重要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，要時(shí)刻控制好張拉完成的應(yīng)力，而在當(dāng)前的土木工程領(lǐng)域中張拉應(yīng)力的控制多采用的是后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉程序。而后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉程序?yàn)榱吮ＷC施工質(zhì)量，在預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的張拉施工中，除了要進(jìn)行預(yù)應(yīng)力控制外，還需要對(duì)伸長(zhǎng)值進(jìn)行校核，有效控制理論伸長(zhǎng)值與實(shí)際伸長(zhǎng)值之間的誤差。

2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉程序的計(jì)算方法

按照相關(guān)的技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉程序的計(jì)算主要包括預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)有效長(zhǎng)度的計(jì)算、預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)理論伸長(zhǎng)值以及實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值的計(jì)算，然后對(duì)理論與實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核后，采取有效措施，縮小二者之間的誤差來(lái)達(dá)到預(yù)應(yīng)力控制的目的。

2.1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)有效長(zhǎng)度的計(jì)算

由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)在梁的長(zhǎng)度方向的分布是立體的，而在梁的高度以及梁的寬度方向的分布是有彎折現(xiàn)象的，而且對(duì)于直線(xiàn)段與曲線(xiàn)段組成的曲線(xiàn)預(yù)應(yīng)力筋要分開(kāi)計(jì)算。其中預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)有效長(zhǎng)度的計(jì)算需注意以下兩點(diǎn)：

第一，由于工具錨與工作錨之間的這一段的預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)同樣有受力伸長(zhǎng)，所以鋼絞線(xiàn)的有效計(jì)算長(zhǎng)度必須加上這一段，然而由于不同廠(chǎng)家的千斤頂長(zhǎng)度與錨具厚度是有差異的，因此這一段預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的有效長(zhǎng)度還需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)。

第二，由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)在垂直面和水平面的投影中存在曲線(xiàn)，所以應(yīng)利用微積分的數(shù)學(xué)方法，將曲線(xiàn)段劃分為無(wú)數(shù)個(gè)投影為直線(xiàn)的小線(xiàn)段，通過(guò)計(jì)算每一小段預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的長(zhǎng)度后，再積分計(jì)算出這一曲線(xiàn)段的預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的有效長(zhǎng)度。

2.2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算

預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算可根據(jù)《建筑施工手冊(cè)》的相關(guān)理論計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，假定預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的伸長(zhǎng)值為ΔL，其計(jì)算公式如下：

式中，Pj為各分段預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的張拉力；LT為預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的分段長(zhǎng)度；Ap為預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的截面面積；Es為預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的彈性模量；θ為截面曲線(xiàn)孔道部分切線(xiàn)的夾角之和；x為截面的孔道長(zhǎng)度；k為管道的摩擦系數(shù)；μ為預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)與管道壁之間的摩擦系數(shù)。需要注意的是，鋼絞線(xiàn)的彈性模量Es對(duì)張拉伸長(zhǎng)值的影響比較大，彈性模量Es取值的正確與否，對(duì)計(jì)算預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的理論伸長(zhǎng)值的影響比較大。另外根據(jù)《建筑施工手冊(cè)》的相關(guān)說(shuō)明，應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的伸長(zhǎng)值為ΔL可近似計(jì)算為：

公式（2）可以變換為

這樣在進(jìn)行分段計(jì)算時(shí)，就可以把靠近第一段張拉端的終點(diǎn)力視為第二段的起點(diǎn)力，每段的終點(diǎn)力與起點(diǎn)力的關(guān)系如式（4）所示：

式中，Pz為分段終點(diǎn)力；Pj為分段的起點(diǎn)力。其他各段的起點(diǎn)力和終點(diǎn)力可以按上述公式逐步的進(jìn)行計(jì)算。

2.3 預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值的計(jì)算

在鋼絞線(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，鋼絞線(xiàn)的外露部分，大部分被錨具和千斤頂所包裹，鋼絞線(xiàn)的張拉伸長(zhǎng)量無(wú)法在鋼絞線(xiàn)上直接測(cè)量，故只能用測(cè)量張拉千斤頂?shù)幕钊谐?，?jì)算鋼絞線(xiàn)的張拉伸長(zhǎng)值，但同時(shí)還應(yīng)減掉鋼絞線(xiàn)張拉全過(guò)程的錨塞回縮量。其中預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值的計(jì)算公式如下：L= L1+L2-b-c。式中，L1為從初始拉力至張拉設(shè)計(jì)控制拉力間的千斤頂活塞的張拉行程；L2為初始拉力時(shí)的推算伸長(zhǎng)值；b為工具錨錨塞回縮量；c為工作錨錨塞回縮量。其中，工具錨錨塞回縮量b與工作錨錨塞回縮量c的測(cè)量方法如下：

（1）工具錨錨塞回縮量b的測(cè)量。在鋼絞線(xiàn)開(kāi)始張拉，當(dāng)千斤頂張拉力達(dá)到鋼絞線(xiàn)張拉至初始拉力已把松弛的預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)拉緊時(shí)，應(yīng)將千斤頂充分固定，精確量取工具錨錨環(huán)外露端面至鋼絞線(xiàn)外露端頭的長(zhǎng)度 b1。當(dāng)千斤頂張拉力達(dá)到鋼絞線(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)計(jì)控制拉力時(shí)，再量取工具錨錨環(huán)外露端面至鋼絞線(xiàn)外露端頭的長(zhǎng)度b2，則b= b1- b2。

（2）工作錨錨塞回縮量c的測(cè)量。當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)由很多單根組成時(shí)應(yīng)每根量測(cè)，取其平均值，一般至少測(cè)量三處，千斤頂限位板凹槽深度已知為C1，工作錨錨塞回縮位移后，將引起鋼絞線(xiàn)張拉力的減小，減小量及補(bǔ)償方法見(jiàn)后述。張拉完畢卸掉千斤頂后，在工作錨處測(cè)量工作錨夾片與錨環(huán)處的外露長(zhǎng)度為C2，則C= C1- C2。

3 預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉程序的影響因素分析

（1）摩擦系數(shù)的影響。摩擦系數(shù)決定了鋼表面和管道表面的狀態(tài)，同時(shí)摩擦系數(shù)還還對(duì)受力鋼絞線(xiàn)的受力大小產(chǎn)生影響。

（2）鋼絞線(xiàn)尺寸的影響。鋼絞線(xiàn)之間的尺寸差會(huì)使各單根鋼絞線(xiàn)的受力不均勻，受力不均勻?qū)?huì)導(dǎo)致相應(yīng)鋼絞線(xiàn)彈性模量的下降，進(jìn)而對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算以及預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值的計(jì)算都會(huì)產(chǎn)生影響。

（3）鋼絞線(xiàn)偏轉(zhuǎn)角的影響。在設(shè)計(jì)時(shí)偏轉(zhuǎn)角的選取是否合理將直接影響鋼絞線(xiàn)的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題。

（4）鋼絞線(xiàn)退扭的影響。不同轉(zhuǎn)向的鋼絞線(xiàn)連接在一起很有可能導(dǎo)致鋼絞線(xiàn)旋轉(zhuǎn)退扭現(xiàn)象的出現(xiàn)，進(jìn)而影響鋼絞線(xiàn)的張拉延伸值。

（5）彈性模量的影響。由于彈性模量的測(cè)量比較復(fù)雜，測(cè)量時(shí)所采用的測(cè)量設(shè)備比較多，測(cè)量設(shè)備的誤差以及測(cè)量經(jīng)驗(yàn)的不足都會(huì)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算以及預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值的計(jì)算都會(huì)產(chǎn)生影響。

（6）鋼絞線(xiàn)屈服強(qiáng)度變化的影響。當(dāng)彎曲應(yīng)力大于屈服點(diǎn)時(shí)就會(huì)造成鋼絞線(xiàn)屈服強(qiáng)度的變化，鋼絞線(xiàn)屈服強(qiáng)度變化勢(shì)必會(huì)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算以及預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值的計(jì)算都會(huì)產(chǎn)生影響。

（7）鋼絞線(xiàn)橫截面積的影響。在不同橫截面積條件下預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算以及預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值的計(jì)算結(jié)果會(huì)有所不同。

（8）張拉和測(cè)量設(shè)備以及千斤頂、壓力表或其它測(cè)力裝置誤差的影響。以上設(shè)備的測(cè)量誤差會(huì)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算以及預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值的計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生直接影響。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

護(hù)國(guó)河大橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)梁，跨徑布置為90 m +160 m +160 m +90 m，由兩個(gè)160米T組成對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，主橋總長(zhǎng)為500 m。主橋箱梁縱向預(yù)應(yīng)力筋采用高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線(xiàn)，公稱(chēng)直徑為φ15.2 mm，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pK=1 860 MPa，張拉錨下控制應(yīng)力為σ=0.75fpk=1 395 MPa。管道采用塑料波紋管預(yù)埋成孔。

主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系的混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置縱向、橫向、豎向預(yù)應(yīng)力。其中縱向、橫向預(yù)應(yīng)力、0#塊橫隔板橫向預(yù)應(yīng)力及梁高≥6 m的豎向預(yù)應(yīng)力采用高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線(xiàn)，縱向預(yù)應(yīng)力采用大噸位群錨體系，橫向預(yù)應(yīng)力采用扁錨體系，豎向預(yù)應(yīng)力依梁高不同分別采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)和精軋螺紋鋼筋錨固體系。縱向預(yù)應(yīng)力采用φs15-15、φs15-22、φs15-25鋼束，群錨錨固體系，設(shè)計(jì)張拉噸位分別為292.5 t、429.7 t、488.3 t。

縱向預(yù)應(yīng)力包括頂板束、腹板束、底板束和合龍束。橫向預(yù)應(yīng)力采用φs15.2-3鋼束，扁錨錨固體系，設(shè)計(jì)張拉噸位為58.6 t，以100 cm等間距布置。1～85號(hào)豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用φ32mm精軋螺紋鋼筋，設(shè)計(jì)張拉噸位為56.8t；86～150號(hào)豎向預(yù)應(yīng)力及151號(hào)橫隔板橫向預(yù)應(yīng)力采用φs15.2-4預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)，設(shè)計(jì)張拉噸位為72.8 t。

4.2 縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉

縱向預(yù)應(yīng)力筋采用高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa，彈性模量1.95×105MPa，預(yù)應(yīng)力張拉前對(duì)預(yù)應(yīng)力千斤頂及配套設(shè)備選擇有資質(zhì)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)定，采取應(yīng)力和伸長(zhǎng)值進(jìn)行雙控。預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備包括壓力表、張拉千斤頂、高壓油管、油泵、工具錨、工作錨、夾片等。

4.2.1 錨具

錨具采用設(shè)計(jì)規(guī)定的15-15，15-13，15-23、15-27型系列錨具。夾片必須附有產(chǎn)品合格證，校對(duì)實(shí)物檢驗(yàn)型號(hào)、規(guī)格、硬度、質(zhì)量、外觀(guān)要求等。在安裝錨具、夾片前，在操作錨固范圍內(nèi)，鋼絞線(xiàn)表面應(yīng)用毛刷、精煉油或汽油洗干凈，確保錨固質(zhì)量，夾片內(nèi)側(cè)齒口及表面也應(yīng)刷洗干凈后，予以安裝。

4.2.2 張拉

張拉順序。本橋所有預(yù)應(yīng)力筋張拉按照左右對(duì)稱(chēng)，先頂板束再腹板束后底板束，先長(zhǎng)束后短束，先縱后豎的原則進(jìn)行。采用張拉力及引伸量雙控制的方法檢查張拉的質(zhì)量。

張拉程序。張拉程序按規(guī)范要求進(jìn)行，其張拉程序?yàn)椋?→10%σcon→20%σcon→100%σcon（持荷2 min錨固）。

張拉時(shí)，及時(shí)填寫(xiě)施工記錄且張拉時(shí)要檢查構(gòu)件彎曲變形，如發(fā)生異常情況必須停止張拉，分析原因，待問(wèn)題解決后方可繼續(xù)張拉。施工中應(yīng)做好各項(xiàng)記錄，以備檢查。每束鋼絞線(xiàn)中鋼絲的斷絲、滑絲數(shù)不超過(guò)1絲，每個(gè)斷面斷絲之和不超過(guò)該斷面鋼絲總數(shù)的1% 。

4.3 豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉

豎向預(yù)應(yīng)力筋采用采取同一梁段兩端對(duì)稱(chēng)張拉的方案，具體操作為：清理錨墊板，在錨墊板上做伸長(zhǎng)量的標(biāo)記點(diǎn)并量取從粗鋼筋頭至錨墊板標(biāo)記點(diǎn)之間的豎向距離δ1作為計(jì)算伸長(zhǎng)量的初始值→安裝工作螺帽→安裝千斤頂→安裝聯(lián)結(jié)器與張拉桿→安裝工具螺帽→初張拉至控制張拉力的10%→張拉至控制張拉力P→持荷2min→旋緊螺帽→卸去千斤頂及其他附件→1～2 d后再次張拉至控制應(yīng)力并旋緊工作螺帽→量取從鋼筋頭至錨墊板上標(biāo)記點(diǎn)的豎向距離δ2→計(jì)算實(shí)際伸長(zhǎng)量δ=δ2-δ1，將該值與理論計(jì)算值比較，若誤差在±6%內(nèi)則在24 h內(nèi)完成壓漿，若誤差超出±6%則進(jìn)行分析處理。

豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉伸長(zhǎng)值計(jì)算公式及計(jì)算過(guò)程與縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉伸長(zhǎng)值計(jì)算公式及計(jì)算過(guò)程基本相同，可參照進(jìn)行計(jì)算。

5 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉程序?qū)埨瓚?yīng)力伸長(zhǎng)值的計(jì)算與測(cè)定可以有效提高預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在土木工程施工中的技術(shù)含量。然而預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉程序容易受各種因素的影響，所以為了更好的發(fā)揮其在土木工程施工中的價(jià)值，在使用該方法時(shí)還要采取有效措施來(lái)避免相關(guān)影響因素對(duì)其計(jì)算結(jié)果的影響，有效確保其計(jì)算結(jié)果的精度。