预应力钢绞线伸长量控制浅析

2023-01-29

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, 因此必须慎重对待。在实际施工过程中, 遇到的结构形式是各种各样的。按照梁板的制作方法来讲, 有预制和现浇。其中的钢绞线布置也各种各样, 按布置的曲线形式, 有圆弧布置、抛物线布置、悬链线布置和直线布置等;按照钢绞线线形分为平面布置和空间布置。按照施工规范的规定, 实际张拉钢绞线的伸长量与理论伸长量的误差不能超过6%。因此, 为了保证钢绞线伸长量的准确性, 不仅要保证测量的精度, 还要保证理论计算的正确性。

1 预应力张拉理论伸长量的计算

理论伸长值计算中, 如果采取的是两端张拉, 钢绞线对称布置, 在进行伸长量计算时是计算一半钢绞线的伸长值然后乘以二的方法;如果是一端锚固一端张拉, 计算时应从张拉端计算至锚固端;而对于非对称结构, 钢绞线不对称布置, 在计算钢绞线的伸长值时, 计算原则是从两侧向中间分段计算, 至某一点时钢绞线的受力基本相等即可, 而不是简单的分中计算。钢绞线的分段原则是将整根钢绞线根据设计线形分成曲线连续段及直线连续段, 而不能将直线段及曲线段分在同一段内。

1.1 计算公式

伸长量, 平均张拉力:

终点张拉力:Pz=Pq×e- (kx+µθ)

式中各符号的代表意义和单位请参考《公路桥梁施工技术规范》 (JTJ 041-2000) 中关于预应力筋伸长值ΔL的计算和附录G-8中Pp的计算公式规定。

1.2 计算中的注意事项

随着预应力技术的逐渐成熟, 预应力设计由单存的2D空间设计转化为3D空间设计, 当出现纵弯和平弯组合时, 钢绞线的分段长度根据规范应按照水平投影长度计算。Ep作为钢绞线的弹性模量由于厂家生产产品的差异性, 不建议采用通用值1.95×105, 尽量以检测值为准。K和μ系数一般30米以上需要进行量测, 计算采用实际值。在管道弯曲部分充分考虑预应力筋与孔道壁之间的磨擦系数μ的影响。每一段的终点力就是下一段的起点力。

1.3 计算实例

已知某盖梁半幅钢束, 曲线段钢束半径600cm, 预应力筋采用Φ15.24的钢绞线束, fpk=1860MPa, 锚下控制力为1367MPa, Ep=1.95×105MPa, 孔道采用金属螺旋管。采用分段计算理论伸长量。分为:A B、BC、CD、DE、EF、GF共6段进行计算。锚下控制力为1367MPa及锚圈口摩阻损失 (一般规定不大于3%, 也可根据《公路桥梁施工技术规范》 (JTJ 041-2000) 附录G-9测得, 这里计算取3%) 计算千斤顶张拉力P=1367×140× (1+3%) =197.121kN。

2 张拉时钢绞线实际伸长量的测量和计算

2.1 直接测量张拉端千斤顶活塞伸出量的方法

此法我认为存在一定的误差, 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%σk时因钢绞线受力, 夹片会向内滑动, 张拉到20%σk时, 夹片又会继续向内滑动, 这样通过测量千斤顶的伸长量而得到的10%~20%σk的伸长量比钢绞线的实际伸长值长1mm~2mm, 若累计10%~20%σ、20%σk~100%σk时, 两侧同时张拉时共计有约6mm~8mm的误差, 但是张拉力是达到的。因此用测量千斤活塞的方法一般测出来的值都是偏大的。

2.2 量测钢绞线绝对伸长值的方法。

量测钢绞线绝对伸长值的方法是采用一个标尺固定在钢绞线上, 通过游标卡尺来连续记录伸长量值。不论经过几个行程, 均以此来量测分级钢绞线的长度, 累计的结果就是初应力与终应力之间的实测伸长值。此法测得的伸长值扣除了工具锚处钢束回缩及夹片滑移等影响, 测量的实际伸长量与理论伸长量比较接近。

3 施工中伸长量测量计算问题及原因

3.1 预应力值满足, 但实际测量伸长量比理论伸长量偏小, 超出6%的允许范围

(1) 在穿素时, 一组钢绞线发生了互相纠缠, 张拉时部分区段未达到张拉应力。 (2) 计算理论伸长量时孔道摩阻系数取值偏小。 (3) 夹片啃钢绞线, 大幅降低拉应力, 虽然油表读数显示到了设计应力, 但实际传递到钢绞线上的并没有那么多。所以在张拉之前, 一定要检查一下限位板的空隙是否满足夹片在张拉中的自由伸缩量, 但空隙也不能太大, 否则夹片回缩引起的应力损失会增大, 一般要留2mm左右。 (4) 钢绞线在使用前要送检, 伸长量要根据检测报告上的弹性模量计算。 (5) 气温偏低影响。

3.2 实测伸长量偏大于理论伸长量

(1) 与张拉工艺有关。例如它锚固采用的是人工拧紧后锚固, 张拉的千斤顶下口变形很大。 (2) 与螺纹钢安装有很大的关系。因为施工过程中螺纹钢下口很难与下垫板固定, 中间略有空隙。 (3) 测量方法不合适, 采用直接量测千斤顶行程容易导致结果偏大。

4 夹片回缩量补充张拉

在实际张拉控制过程中, 在张拉并持荷完毕后千斤顶放松过程中对于夹片式锚具有一个夹片回缩自锚及锚具变形, 使锚下控制应力有所损失, 根据《公路桥涵施工技术规范》 (JTJ 041-2000) 表12.8.3规定夹片式锚具容许回缩量不大于6mm, 但是各个厂家设计是不一样的, 基本在3 m m~6mm之间, 所以在锚具使用前应详细查阅产品使用说明书, 明确夹片的回缩量, 具体市公共过程中建议在最后一步持荷并测量完伸长量在控制范围内后应再把每端钢绞线拉长3mm~6mm (补足夹片回缩量) , 这样最终的锚固应力才是设计的锚下控制应力。

5 结语

预应力筋的伸长量计算方法有多种, 常用的平均力法及简化计算法在很多工程施工中也能够满足精度要求, 这里仅是将现行规范中精确计算法及施工中误差较小的一种测量方法作了浅要的分析, 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。由于水平有限, 以上方法和观点尚有不足之处, 尚请批评指正。

摘要：国内公路工程中预应力技术越来越广泛地应用于桥梁工程中, 由于桥梁结构设计及线形设置需要, 预应力筋在空间布置上更加复杂多变。在进行预应力施工控制方面, 对于理论伸长量的计算和施工工艺的控制, 各施工规范规定的并不十分具体, 施工人员在计算和控制时常常会出现这样那样的问题。本文将从理论伸长量的计算、实际伸长量的测量和常见问题等方面进行浅析。

关键词：预应力,钢绞线,伸长量