后张法预应力钢绞线伸长量的计算方法与控制分析
发布时间：2022-05-31 09:45:00
分类：工程技术
预应力施工是一项技术性很强的工作，预应力筋张拉是预应力砼结构的关键工序，施工质量关系到桥梁的安全和人身安全，必须慎重对待。一般现行常接触到的预应力钢材主要：有预应力混凝土用钢绞线、PC光面钢丝、刻痕钢丝、冷拔低碳钢丝、精轧螺纹钢等材料。对于后张法预应力施工时孔道成型主要有：金属螺旋管、胶管抽芯、钢管抽芯、充气充水胶管抽芯等。本人接触多的是混凝土预应力钢绞线（PCstrand、17公称直径15,24mm，fpk＝1860Mpa，270级高强底松弛），成孔多采用金属螺旋管成孔，就以此两项先决条件进行论述。1施工准备：1.1熟悉图纸：拿到施工图纸应先查阅施工说明中关于预应力钢绞线的规格，一般预应力钢束采用ASTMA416-270级低松弛钢绞线，其标准强度为fpk＝1860Mpa，17公称直径15,24mm，锚下控制力为k=0.75fpkMpa。1.2根据施工确定计算参数：预应力管道成孔采用金属螺旋管成孔，查下表确定K、取值：表1表1注：摘自《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）附录G－8根据钢绞线试验结果取得钢绞线实际弹性模量Ep（一般为1.9～2.04105Mpa）1.3材料检测：金属螺旋管根据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）附录G－7之要求检测；锚具根据《公路桥梁预应力钢绞线用YM锚具、连接器规格系列》（JT/T329.1-1997）及《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、连接器试验及检验规则》（JT/T329.2-1997）之要求检测；钢绞线根据《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-2003之要求检测2理论伸长量计算：后张法预应力钢绞线在张拉过程中，主要受到以下两方面的影响：一是管道弯曲影响引起的摩擦力，二是管道偏差影响引起的摩擦力；两项导致钢绞线张拉时，锚下控制应力沿着管壁向跨中逐渐减小，因而每一段的钢绞线的伸长值也是不相同的。2.1计算公式：《公路桥梁施工技术规范》(JTJ041-2000)中关于预应筋伸长值L的计算按照以下公式（1）：L各分段预应力筋的理论伸长值（mm）；Pp各分段预应力筋的平均张拉力（N）；L预应力筋的分段长度（mm）；Ap预应力筋的截面面积（mm2）；Ep预应力筋的弹性模量（Mpa）；《公路桥梁施工技术规范》(JTJ041-2000)附录G－8中规定了Pp的计算公式（2）：P预应力筋张拉端的张拉力，将钢绞线分段计算后，为每分段的起点张拉力，即为前段的终点张拉力（N）；e常数从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，分段后为每分段中每段曲线段的切线夹角（rad）；x从张拉端至计算截面的孔道长度，分段后为每个分段长度或为公式1中L值；k孔道每束局部偏差对摩擦的影响系数（1/m），管道内全长均应考虑该影响；预应力筋与孔道壁之间的磨擦系数，只在管道弯曲部分考虑该系数的影响。从公式（1）可以看出，钢绞线的弹性模量Ep是决定计算值的重要，它的取值是否正确，对计算预应力筋伸长值的影响较大。所以钢绞线在使用前必须进行检测试验，弹性模量则常出现Ep=（1.96～2.04）105Mpa的结果，这是实际的钢绞线的截面积并不是绝对的140mm2，而进行试验时并未用真实的钢绞线截面积进行计算，根据公式（1）可知，若Ap有偏差，则得到了一个Ep值，虽然Ep并非真实值，但将其与钢绞线理论面积相乘所计算出的L却是符合实际的，所以要按实测值Ep进行计算。公式2中的k和是后张法钢绞线伸长量计算中的两个重要的参数，其大小取决于多方面的：管道的成型方式、预应力筋的类型、表面特征是光滑的还是有波纹的、表面是否有锈斑，波纹管的布设是否正确，弯道位置及角度是否正确，成型管道内是否漏浆，各个在施工中的变动很大，还有很多是不可能预先确定的，摩擦系数的大小很大程度上取决于施工的精确程度。在工程实施中，对孔道磨擦系数进行测定（测定可参照《公路桥梁施工技术规范》(JTJ041-2000)附录G－9），并对施工中影响磨擦系数的方面进行认真的检查，如波纹管的三维位置是否正确，以确保摩擦系数的大小基本一致。实际计算可根据表1选取参数。张拉现场3划分计算分段：整束钢绞线在进行分段计算时，首先是分段（见图1）：3.1工作长度：工具锚到工作锚之间的长度，图1中工作段AB长度＝L，计算时不考虑、，计算力为A点力，采用公式1直接进行计算，Pp＝千斤顶张拉力；3.2波纹管内长度：计算时要考虑、，计算一段的起点和终点力。每一段的终点力就是下一段的起点力，例如靠近张拉端段BC的终点C点力即为第二段CD的起点力，每段的终点力与起点力的关系如下式：Pz分段终点力（N）Pq分段的起点力（N）、x、k、意义同上各段的起终点力可以根据公式3从张拉端开始进行逐步的计算。图13.3根据每一段起点力Pq代入公式2中求出每一段平均张拉力Pp。3.4根据Pp代入公式1计算出每一段的伸长值L，相加后得出全长钢绞线伸长量。4算例：已知构件钢束布置如图1所示，曲线段钢束半径600cm，预应力筋采用15.24的钢绞线束，fpk＝1860Mpa，锚下（张拉）控制力为k=0.75fpk＝1395Mpa，Ep＝1.95105Mpa，孔道采用金属螺旋管。采用分段计算理论伸长量。解：根据图1所示共分为：AB、BC、CD、DE、EF、GF共6段进行计算。曲线段CD的：arctg（19.46/151.58）＝0.1277rad曲线段EF的：arctg（19.46/151.58）＝0.1277rad5计算现场控制伸长量范围：根据《公路桥梁施工技术规范》(JTJ041-2000)12.8.3条规定实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在6%以内，否则应暂停张拉，待查明原因并采取措置予以调整后，方可继续张拉。从上述例题中不难看出，其它参数正确的情况下，当＝0.2时L＝35mm，符合规范规定的控制范围是32.9～37.1mm，当＝0.25时L＝34mm，符合规范规定的控制范围是32～36mm。但在实际施工时管道成型后表面特征是否光滑、表面是否有锈斑，位置偏差大小，弯道位置及角度是否正确、成型管道内是否漏浆等影响，规范中提供的是一个变值，根据表1中提供，变化范围为0.2～0.25，所以上述例题计算出的伸长量的实际控制范围应是32～37mm。6张拉时钢绞线实际伸长量的测量钢绞线实际伸长量的测量有多种多样，目前使用较多的是直接测量张拉端千斤顶活塞伸出量的，我认为这样的测量存在的误差。这是因为工具锚端夹片张拉前经张拉操作人员用钢管敲紧后，在张拉到10%k时因钢绞线受力，夹片会向内滑动，张拉到20%k时，夹片又会继续向内滑动，这样对于锚下控制应力的补张，应和设计单位和监理工程师沟通明确，是否需要补足夹片的回缩应力损失。后张法预应力,钢绞线伸长量计算,成本控制