30mT梁后张法预应力张拉伸长量分析与控制

TransportationScience&TechnologySerialNo.234No.3June.2009

DOI10󰀁3963/j󰀁issn󰀁1671󰀂7570󰀁2009󰀁03󰀁007

30mT梁后张法预应力张拉伸长量分析与控制

王英俊󰀁罗󰀁恒󰀁周庆忠

(湖南省怀化公路桥梁建设总公司󰀁怀化󰀁418000)

摘󰀁要󰀁介绍30mT梁后张法预应力张拉伸长量测量方法,对照武汉至荆门高速公路第四合同段30mT梁计算和张拉过程中出现的一些问题进行探讨,分析了理论计算与实测值的误差及原因。关键词󰀁钢绞线󰀁预应力张拉󰀁伸长值󰀁测量方法

󰀁󰀁预应力砼梁(板)因其节省材料,自重轻,减小砼梁的竖向剪力和拉应力,结构简单,安全可靠,便于安装,施工工艺成熟等优点,在国内桥梁建设中得到广泛应用。但是预应力施工工艺相对较复杂,要求预应力结构施工的专业性强,在实际施工中,有的施工队伍水平不高,经验不够丰富,加之有的设计方案考虑欠妥,导致预应力在施工过程中损失过大,对梁的使用寿命造成一定的影响。虽然对钢绞线张拉预应力施加、锚固的方法和张拉力、钢绞线伸长量的理论计算,在相应的规范中都已有明确的规定,但在实际操作中对钢绞线施加预应力张拉的伸长值、钢绞线锚固时锚具锚塞回缩量的量测,各家说法及做法均存在差异,这对预应力张拉质量控制的双控指标(即钢绞线张拉力与实测伸长值)的计算和评判产生了一定的影响。以武荆四标民乐渠特大桥30mT梁为例,提出如下实际作法和技术见解。1󰀁钢绞线张拉伸长量计算

在钢绞线预应力张拉理论伸长量计算时,应以钢绞线两头锚固点之间的距离作为钢绞线的计算长度,但在预应力张拉时钢绞线的控制张拉力是在千斤顶工具锚处控制的,故为控制和计算方便,一般以钢绞线两头锚固点之间的距离,再加上钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度,作为钢绞线预应力张拉理论伸长量的计算长度。

在钢绞线预应力张拉时,钢绞线的外露部分大部分被锚具和千斤顶所包裹,钢绞线的张拉伸长量无法在钢绞线上直接测量,故只能用测量张拉千斤顶的活塞行程,计算钢绞线的张拉伸长值,

收稿日期:2009󰀂01󰀂28

还应减去钢绞线张拉过程的锚塞回缩量。预应力

筋理论伸长值计算公式如下[1]:

󰀁L=Pp󰀂L/(Ey󰀂Ag)Pp=P󰀂[1-e-(kx+󰀂 )]/(kx+󰀂 )P=195.3󰀂n󰀂b󰀂1000

式中:󰀁L为预应力理论伸长值,mm;Pp为预应力筋的平均张拉力,N;L为预应力筋长度,cm,含工作长度;Ag为预应力筋截面面积,mm2,取Ag=nAy;n为同时张拉预应力筋的根数;Ay为每根预应力筋的截面面积,mm;Ey为预应力筋的弹性模量,GPa;P为预应力筋张拉端的张拉力,N;K为孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数;X为从张拉端至计算截面的孔道长度,m;󰀂为预应力筋与孔道壁的摩擦系数; 为从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角,rad;b为超张拉系数,不超张拉时为1.0。

本标段30mT梁钢绞线形状为对称结构,为减少摩擦损失,采取的是两端对称张拉,所以在进行钢绞线伸长量计算时是一半钢绞线的伸长量乘以2的方法。钢绞丝伸长量的计算时,可以将整根钢绞线根据设计线型分成曲线连续段及直线连续段,不能将直线段及曲线段分在同一段内,分段越多,计算越精确,计算时见表1及图1。

表1󰀁基本资料

参量

钢绞线标准强度/MPa每根钢绞线截面积/mm2钢绞线弹性模量/GPa管道摩擦因数󰀂管道偏差系数k张拉力/kN

数值18601401950.250.0025195.3

2

(1)(2)

2009年第3期󰀁󰀁󰀁王英俊等:30mT梁后张法预应力张拉伸长量分析与控制21

󰀁󰀁󰀁a)30mT梁跨中段面󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁b)N2钢束尺寸图(单位:cm)

图1󰀁30mT梁钢绞线计算简图

󰀁󰀁下面以30mT梁钢绞线在Excel中的伸长量为例,说明伸长量的计算方法。中跨N2钢束

股数8

P/kN1562.4

x/m29.244

/rad0.244

k0.0025

󰀂0.25

的张拉伸长量计算如表2、表3所列。

表2󰀁30mT梁N2钢束伸长量整段计算表

L/mmAg/mm2304

1120

Ey/GPa195

kx+󰀂 1-e-(kx+0.134

0.126

󰀂 )

Pp/kN1462.2

󰀁L/mm205.2

表3󰀁30mT梁N2钢束伸长量分段计算表

线段股数

1-282-33-4合计

88

P/kN

1562.41562.41562.4

x/m9.6788.54411.022

/rad00.2440

k0.00250.00250.0025

󰀂0.250.250.25

L/mmAg/mm2Ey/GPs96781120195854412422

11201120

195195

kx+󰀂 1-e-(kx+

0.0240.0240.0820.028

0.0790.027

󰀂 )

Pp/kN1543.71499.81541.1

󰀁L/mm

68.458.787.7215.0

󰀁󰀁从以上N2钢束伸长量的计算比较可以看出,分段计算较整段计算长9.6mm,误差为+4.7%。本标段采用分段计算,使理论值更接近于实际值。

2󰀁钢绞线张拉实际伸长值的测量方法

(1)该预制梁在预应力张拉时,对钢绞线伸长量的量测,是以量测张拉千斤顶活塞受力时的位移量计算的。

(2)张拉顺序:N1(100%) N2(连续梁55%) N3(100%) N2(100%)。

(3)为保持N2、N3张拉力对预制梁的平衡,要求先对N2孔只施加张拉力至设计控制张拉力的55%,卸下张拉千斤顶,移至N3号孔进行张拉,直至N3号孔张拉完成。再返回N2号孔,从55%的设计控制张拉力张拉至100%的设计控制张拉力,完成预应力张拉的全过程。

(4)张拉伸长率误差=[(实测总伸长量-理论计算总伸长量)/理论计算总伸长值量]󰀂100%。

(5)张拉至55%和100%时持荷2min才能测量伸长量,从实际测量中可以看出持荷2min前后有约1cm的误差。

(6)实测计算伸长量

!N1、N3束:󰀁L=(100-10)%!k实测值+(20-10)%!k实测值-b-c。

式中:b为工具锚锚塞回缩量;c为工作锚锚塞回缩量。

∀N2束连续梁:󰀁L=(100-552)%!k实测值+(551-10)%!k实测值+(20-10)%!k实测值-b-c。3󰀁钢绞线预应力张拉锚塞回缩量的量测3.1󰀁工具锚锚塞回缩量的量测

在钢绞线开始张拉,千斤顶张拉力达到钢绞线初始拉力(设计控制拉力的10%~20%),已将松弛的预应力钢绞线拉紧,此时应将千斤顶充分固定,精确量取从千斤顶工具锚锚杯外露端面至钢绞线外露端头的长度b1,当千斤顶张拉力达到钢绞线预应力张拉设计控制拉力时,再量取千斤顶工具锚锚杯外露端面至钢绞线外露端头的长度b2,工具锚锚塞回缩量b=b1-b2。当预应力钢绞线由很多单根组成时应每根量测,取其平均值计算,最少不得少于3根。此回缩的出现仅对张拉伸长值的计算有影响,对张拉力量测没有影响。3.2󰀁工作锚锚塞回缩量的量测

目前钢绞线预应力张拉施工以使用YCW型液压千斤顶为主,该千斤顶与工作锚接触处,设有一块工作锚夹片作为张拉过程位移的限位板,钢绞线在张拉时工作锚夹片跟随钢绞线的拉伸,向后移动至限位板凹槽的底部,对钢绞线失去约束,当千斤顶将钢绞线张拉至设计控制张拉力,在回油放松钢绞线的瞬时,钢绞线弹性收缩,工作锚夹片跟随收缩向锚环孔内位移,随即将钢绞线锚固,这就是工作锚锚塞回缩的全过程。工作锚22󰀁󰀁󰀁王英俊等:30mT梁后张法预应力张拉伸长量分析与控制2009年第3期

锚塞回缩位移后,将引起钢绞线张拉力的减少。张拉完毕卸掉千斤顶后,在工作锚处测量工作锚夹片在锚杯处的外露长度c2,当预应力钢绞线由很多单根组成时应每根量测,取其平均值,一般至少测量3处,千斤顶限位板凹槽深度已知为c1,则工作锚锚塞回缩量c=c1-c2。工作锚锚塞

千斤顶活塞累计伸长量/mm10%352822132417

20%454442303132

86

1817

551%

552%

100%1381224560130112

回缩量除与锚具硬度等有关外,还与钢绞线直径有关,工作锚回缩量大小与钢绞线直径大小成反比。4󰀁计算实例

计算实例见表4所列。

工作锚锚塞回缩量/mm

333333

实测计算伸长量/mm108105106105107104

213211211

理论伸长量

/mm

215215214

表4󰀁民乐渠特大桥T梁预应力张拉记录(1片梁)

孔号N1N2N3

梁端ababab

工具锚锚塞回缩量/mm

222333

误差/%-0.9-1.9-1.4

5󰀁理论计算与实测值的误差分析

󰀁󰀁弄清导致钢绞线伸长量差异的因素,并采取措施予以预防,对保证钢绞线伸长量误差不超限是非常有必要的。现结合实践,对钢绞线伸长量误差原因进行分析。

理论计算中弹性模量Ey是决定计算值的重要因素,它的取值是否正确,对计算预应力筋的影响较大。预应力筋截面面积和弹性模量并不是固定不变的,而是由于生产批次的不同而略有起伏[2]。目前钢绞线截面面积普遍大于理论值,而在实际计算中采用的一般是固定的理论值。即使是同一批次的钢绞线,各盘的弹性模量之间也存在一定的差异。通过对钢绞线进行检测试验,弹性模量出现Ey=(190~195)GPa的结果,这是由于实际钢绞的直径偏粗。根据公式Ey=Pp󰀂L/(󰀁L󰀂Ag)可知,若Ag偏小,则得到了偏大的Ey值,因而,在工程应用中的理论伸长量计算必须按照实测值Ey进行控制,而不能用理论值Ey来计算伸长值。

k和󰀂是后张法钢绞线伸长量计算中的两个重要参数。这两个值的大小取决于管道的成型方式、力筋的类型、弯道位置和及角度等方面的因素。各个因素在施工中的变动很大,还有很多是不可能预先确定的,因此,摩擦系数的大小很大程度上取决于施工的精确程度。在工程实践中,最好对影响孔道摩擦系数的方面进行认真的检查,如波纹管的位置和线形是否正确等,以确保系数的大小一致。

试验检测机构所给出的反映千斤顶和油表对应关系的线性回归方程,一般情况下在张拉力较大时比较接近线性,精确度较高,而在张拉力较小时不太接近线性,也就是通过线性方程计算出的油表的理论读数与通过试验测出的同一张拉力对应的油表实际读数有较大的差异。要解决这个问题,所选择的起算应力为15%的控制应力,其次为30%的控制应力。

应尽量选择整体张拉、整体放张的施工工艺。整体张拉与单根张拉相比具有受力均匀、减小伸长量误差、减小预应力损失、减少滑丝断丝、缩短施工周期等优点[3]。

过大的超张拉容易使钢绞线产生疲劳,增加应力损失。

钢绞线切割时应注意降温,防止钢绞线和锚具过度受热,产生滑丝,增加应力损失。6󰀁结语

经施工实践对按该桥T梁钢绞线预应力张拉伸长量、锚塞回缩量量测、计算结果分析,均符合#公路工程质量检验评定标准∃预应力筋的加工及张拉的各项指标要求;张拉完成时的上拱度量测结果均与设计计算结果相符。因此,证明该计算、量测方法符合设计与施工规范要求。同时,建议预应力张拉伸长量的计算弹性模量Ey采用检测试验值。

参考文献

[1]󰀁JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范[S].北京:人

民交通出版社,2000.

[2]󰀁GB/T5224-2003预应力混凝土用钢绞线[S].北

京:中国标准出版社,2003.

[3]󰀁刘效尧.预应力技术及材料设备[M].北京:人民交

通出版社,2005󰀁