連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工伸長(zhǎng)值的計(jì)算和控制

魏 鳳

(中鐵二十四局集團(tuán)福建鐵路建設(shè)有限公司， 福建 福州 350000)

0 引言

作為連續(xù)梁懸澆法施工的關(guān)鍵工序，預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工質(zhì)量直接影響連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)安全。近幾年來(lái)，連續(xù)梁工程由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工出現(xiàn)的問(wèn)題，造成橋梁結(jié)構(gòu)滿足不了設(shè)計(jì)要求而返工的質(zhì)量事故屢屢發(fā)生。本文結(jié)合福平鐵路古槐特大橋連續(xù)梁施工，從預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長(zhǎng)值計(jì)算、張拉施工控制及伸長(zhǎng)值量測(cè)等方面進(jìn)行探討論述，分析總結(jié)施工技術(shù)要點(diǎn)，確保預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

1 工程概況

福平鐵路古槐特大橋跨越規(guī)劃路主梁采用（32+48+32）m連續(xù)梁，梁體設(shè)計(jì)為單箱室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)，梁頂寬度 12.6m，梁體全長(zhǎng) 113.1m，梁體按全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，梁體頂，腹板縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用12-15.2鋼絞線，OVM15-12錨具錨固；在梁體底板縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用15-15.2鋼絞線，OVM15-15錨具錨固。梁體橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用5-15.2鋼絞線，配套扁錨錨固；梁體豎向采用φ32PSB830螺紋鋼筋[1]。

2 伸長(zhǎng)值計(jì)算

連續(xù)梁設(shè)計(jì)圖紙中通常會(huì)提供鋼絞線的理論伸長(zhǎng)值，而這些伸長(zhǎng)值是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的錨口及喇叭口損失、管道偏差系數(shù)、管道摩阻系數(shù)和理論鋼絞線彈性模量計(jì)算出來(lái)的，然而在實(shí)際施工過(guò)程中由于預(yù)應(yīng)力束筋的類型、表面特征、孔道定位、管道的接頭質(zhì)量及波紋管的偏差大小、彎道位置及角度等因素均會(huì)影響理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算，且設(shè)計(jì)提供的伸長(zhǎng)值并未考慮張拉工作長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)值；因此在工程實(shí)際中，需要結(jié)合實(shí)測(cè)的鋼絞線彈性模量及經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的喇叭口損失、管道摩阻系數(shù)來(lái)重新計(jì)算鋼絞線的理論伸長(zhǎng)值。

根據(jù)《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》附錄C要求，對(duì)于由多個(gè)直線段和曲線段組成的預(yù)應(yīng)力筋，應(yīng)分段計(jì)算每個(gè)直線段和曲線段鋼絞線的伸長(zhǎng)值后再進(jìn)行累加，而任意直線段或曲線段的預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值[2]按照下列公式進(jìn)行計(jì)算：

在此以本工程連續(xù)梁 3#塊腹板束F4#為例計(jì)算在其控制張拉應(yīng)力下的理論伸長(zhǎng)值，本橋理論伸長(zhǎng)值計(jì)算根據(jù)以上公式（1）、（2）建立EXCEL表格量進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，從而減少手工計(jì)算工作量，并且可提供計(jì)算的準(zhǔn)確度。見(jiàn)表1：

圖1 鋼束分段

表1 F4#縱向鋼絞線理論伸長(zhǎng)量計(jì)算過(guò)程

3 預(yù)應(yīng)力施工

3.1 預(yù)應(yīng)力設(shè)備選用

本橋最大鋼束為梁體底板束采用 15-15.2鋼絞線，設(shè)計(jì)錨下張拉控制應(yīng)力為1320MPa，則張拉錨外控制力為 15×140×1320/（1-0.06）=2949KN(設(shè)計(jì))，根據(jù)規(guī)定，一般以預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉力的1.2～1.5倍來(lái)選用千斤頂，故本橋采用額定張拉力為4000KN的千斤頂，最大行程20cm，并配套選用ZB4/600型電動(dòng)高壓油泵；選用耐震精密壓力表，精度為0.4級(jí)，最小刻度值不大于1MPa。

預(yù)應(yīng)力張拉所用的張拉設(shè)備和儀表采用專人使用和管理，并定期維護(hù)。千斤頂和壓力表應(yīng)配套使用并定期校驗(yàn)。張拉機(jī)具應(yīng)與錨具配套使用，并應(yīng)在進(jìn)場(chǎng)時(shí)進(jìn)行檢查和校驗(yàn)，對(duì)長(zhǎng)期不使用的機(jī)具設(shè)備應(yīng)在使用前進(jìn)行全面的檢查和校驗(yàn)。千斤頂和壓力表在校驗(yàn)標(biāo)定后必須按照標(biāo)定配套使用，嚴(yán)禁混用[3]。

張拉時(shí)，應(yīng)根據(jù)千斤頂和壓力表配套校驗(yàn)的報(bào)告計(jì)算出張拉控制應(yīng)力及初始應(yīng)力對(duì)應(yīng)的油壓表讀數(shù)，以指導(dǎo)施工。

3.2 預(yù)應(yīng)力張拉

設(shè)計(jì)圖紙要求懸澆梁段預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)在梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的90%、彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值的90%及混凝土齡期達(dá)到7天后，才能進(jìn)行張拉施工[1]。張拉時(shí)采用兩端同步張拉，張拉順序?yàn)閺耐庀騼?nèi)左右對(duì)稱進(jìn)行。

張拉程序：0→20%δ→40%δ→100%δ (持荷5min)→錨固

張拉應(yīng)力控制：為確保張拉至初始應(yīng)力時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼絞線處于緊繃狀態(tài)，本橋張拉初始應(yīng)力按照20%δ控制（δ為設(shè)計(jì)控制應(yīng)力）。張拉時(shí)，控制應(yīng)力的實(shí)現(xiàn)是以油壓表的讀數(shù)間接量測(cè)出來(lái)的，所以在張拉前應(yīng)先根據(jù)最新標(biāo)定校準(zhǔn)報(bào)告計(jì)算出相應(yīng)張拉力時(shí)所對(duì)應(yīng)的油表數(shù)據(jù)，F(xiàn)4#鋼束張拉控制油表讀數(shù)見(jiàn)表2：

張拉作業(yè)施工時(shí)，要保持兩端張拉同步進(jìn)行，并保持兩端的鋼絞線伸長(zhǎng)值基本一致。當(dāng)油表達(dá)到張拉力后，停止張拉，關(guān)閉主油缸油，并持荷5min，測(cè)量鋼絞線伸長(zhǎng)量加以校核。在持荷5min以后，若拉力值有下降，須補(bǔ)油張拉至設(shè)計(jì)拉力的，確保張拉力滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 F4#鋼絞線張拉油表數(shù)據(jù)

3.3 實(shí)際伸長(zhǎng)量量測(cè)

張拉時(shí)鋼絞線伸長(zhǎng)值量測(cè)采用測(cè)量千斤頂活塞頂程的方法，在張拉至20%δ、40%δ、100%δ時(shí)分別量測(cè)千斤頂?shù)幕钊斏熘禐長(zhǎng)1、L2、L3并做好記錄，鋼絞線的伸長(zhǎng)值量測(cè)從20%δ開(kāi)始，而0～20%δ段實(shí)際伸長(zhǎng)量無(wú)法測(cè)量，只能通過(guò)20%δ～40%δ推算的伸長(zhǎng)值作為20%δ前的伸長(zhǎng)量，因此在張拉至20%、40%時(shí)的油壓表讀數(shù)及伸長(zhǎng)量量測(cè)必須精確，否則會(huì)影響最終伸長(zhǎng)率。

實(shí)測(cè)單端伸長(zhǎng)值為ΔL1=L3-L2+2*（L2-L1）

同時(shí)由于工具夾片張拉前是通過(guò)作業(yè)人員敲緊后進(jìn)行張拉，夾片與錨墊板未完全錨固，所以在張拉受力過(guò)程中，工具夾片會(huì)隨鋼絞線的張拉向內(nèi)滑動(dòng)回縮，所以每次量測(cè)伸長(zhǎng)量時(shí)需量測(cè)工具夾片的外露長(zhǎng)度，測(cè)量夾片外露長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)量測(cè)鋼束每個(gè)夾片外露長(zhǎng)度后取平均值，然后計(jì)算確定工具錨夾片回縮量ΔL2，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)工具錨夾片單端回縮值為3mm。

3.4 伸長(zhǎng)率計(jì)算

以上分析，兩端張拉實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值為ΔL=（ΔL1-ΔL2）*2，同時(shí)計(jì)算伸長(zhǎng)率：伸長(zhǎng)率=（實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值-理論伸長(zhǎng)值）/理論伸長(zhǎng)值，其值不得大于±6%，如果伸長(zhǎng)率超標(biāo)，應(yīng)暫停施工并分析原因?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)F4#鋼絞線張拉記錄見(jiàn)表3：

表3 預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉記錄表

4 應(yīng)力損失措施及伸長(zhǎng)量偏差分析

4.1 工作錨夾片回縮應(yīng)力損失控制

本橋張拉采用 YCW400A-200型穿心式千斤頂，為限制工作錨夾片在張拉過(guò)程中隨鋼絞線的拉伸而不斷向后移動(dòng)，需在千斤頂與工作錨之間設(shè)置限位板來(lái)控制夾片位移，而在鋼絞線張拉至設(shè)計(jì)控制張拉力后，回油放松時(shí)，工作錨夾片又會(huì)隨鋼絞線收縮向錨墊板孔內(nèi)位移，從而將鋼絞線錨固，這就是工作錨夾片回縮的全過(guò)程。因此在張拉至控制應(yīng)力后回油錨固時(shí)，隨著工作錨夾片的回縮，錨下應(yīng)力會(huì)相應(yīng)的損失，造成錨下應(yīng)力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，需采取措施進(jìn)行補(bǔ)張拉補(bǔ)足應(yīng)力值。

本工程在張拉前，首先量取了限位板凹槽深度為6mm（見(jiàn)圖1），張拉完成卸掉千斤頂后，量取工作錨夾片的外露長(zhǎng)度為3mm（見(jiàn)圖2），從而確定工作錨夾片回縮量為3mm[4]。因此張拉過(guò)程中在持荷完畢并量取完伸長(zhǎng)量后，再將鋼絞線補(bǔ)張拉長(zhǎng)，其拉長(zhǎng)值為單端夾片的回縮量值，從而滿足錨固應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)錨下應(yīng)力值。

圖1：限位板凹槽深度

圖2：工作錨夾片外露長(zhǎng)度

4.2 伸長(zhǎng)值存在偏差分析

預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工質(zhì)量以張拉力控制為主，伸長(zhǎng)值進(jìn)行校核，伸長(zhǎng)率偏差不得大于±6%，現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中也存在伸長(zhǎng)率超標(biāo)的的現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析原因并總結(jié)如下：

（1）理論伸長(zhǎng)量計(jì)算時(shí)，未采用實(shí)測(cè)的鋼絞線參數(shù)及試驗(yàn)確定的孔道摩阻等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，且未考慮張拉工作長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量。

（2）張拉千斤頂和油表未配套使用或者未按規(guī)定要求進(jìn)行校核或出現(xiàn)故障未重新校核。

（3）張拉過(guò)程中兩端張拉未同步張拉，張拉操作不規(guī)范，兩端伸長(zhǎng)量相差較大。

（4）伸長(zhǎng)量量測(cè)時(shí)方法不正確，讀數(shù)誤差。

6 總結(jié)

通過(guò)對(duì)本工程預(yù)應(yīng)力鋼絞線從理論伸長(zhǎng)值計(jì)算、張拉控制、實(shí)際伸長(zhǎng)量量測(cè)及夾片回縮量等進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究，確保了本工程的預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，為本項(xiàng)目后續(xù)懸澆法連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力施工提供借鑒。

[1]《新建鐵路福州至平潭鐵路新建工程施工圖（32+48+32）m連續(xù)梁（橋面寬12.6m）》福平施（橋）參-15 鐵四院

[2]《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》 鐵建設(shè)（2010）241號(hào)

[3]連 偉 現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋施工技術(shù)總結(jié) 建筑知識(shí) 2010年S2期

[4]張相璽 預(yù)應(yīng)力張拉伸長(zhǎng)值及夾片回縮量量測(cè)淺析 黑龍江科技信息2008年23期