后张法预应力钢绞线伸长量计算与现场量测控制

1、后张法预应力钢绞线伸长量计算与现场量测控制摘要： 预应力钢绞线伸长量偏差是衡量预应力张拉 控制是否符合设计要求的一项关键指标，其张拉伸长量（包 括理论伸长量和实际伸长量）的准确计算和量测，是控制伸 长量偏差的主要依据。本文将结合工程案例，对预应力筋理 论伸长量分段计算方法进行探讨，并总结理论伸长量的几项 影响因素，通过准确的计算为张拉控制提供有效的参考依 据。Abstract ： The elongation deviation of prestressed steel strand is a key index to measure whether the prestress tension

2、 control meets the design requirements. The accurate calculation and measurement of stretching elongation ( including theoretical elongation and actual elongation ) is the main basis for controlling the elongation deviation. In this paper ， combined with engineering cases ， the theoretical calculati

3、on method of prestressed tendon elongation is discussed. And the theoretical extension of several factors is summarized to provide effective reference to tension control by the accurate calculation.关键词： 预应力；理论伸长量；张拉力；量测Key words ： prestress； theoretical elongation ； tension； measuration中?D 分类号：U45 文

4、献标识码： A 文章编号： 1006-4311 （2017）05-0106-040 引言 在预应力混凝土结构中，预应力施加过小或过大都会对 混凝土结构造成损坏。预应力筋长期受荷载作用的影响，始 终处在过高应力状态中，与造成结构裂隙的荷载极为相似， 都是没有明显征兆的破坏现象，对结构稳定和安全使用构成 了极大的威胁。从另一方面来讲，由于预应力荷载过大，混 凝土结构的反拱度随之增大，继而导致预拉区的混凝土开裂 的可能性也随之增大，最终也将发展成为危害结构稳定性的 主要因素。而如果预应力荷载过小，混凝土结构往往会承载 力达不到设计要求，开裂等结构缺陷，同样也会直接破坏结 构的稳定性和安全性。 由此可

5、见， 预应力荷载越接近设计值， 对混凝土结构的安全性和稳定性越有利。对混凝土构件施加 预应力时，须根据钢绞线伸长量偏差来调整张拉力的大小， 以免造成结构破坏。这就需要准确计算预应力钢绞线的理论 伸长量，并严格按照设计要求准确测量其实际伸长量。本文在工程实践中， 以 30m 预应力混凝土箱梁为例， 提 出一套准确测量预应力钢绞线实际伸长量以及准确计算其 理论伸长量的工法，以准确地校核施加的预应力是否满足设 计要求，减少施加的预应力与设计要求的预应力差异。1 工程实例霍阿公路 HATJ-4 标霍林郭勒特大桥上部结构为预应力 连续箱梁，单根钢绞线直径 s15.2mm，钢绞线标准强度 fpk=1860

6、MPa ，钢绞线面积 A=140mm2 ，弹性模量 Ep=1.95 ×105 MPa。设计钢绞线每端工作长度为 65cm，锚下控制应 力为con=0.75fpk=1395MPa 。30m 预制箱梁中钢束均采用 两端张拉，且应在横桥向对称均匀张拉，张拉顺序为N1 、N3、N2 、N4。预制箱梁锚具采用 M15 型及其配套设备，管 道成孔采用波纹管，其技术参数见表 1。2 划分计算段落先按图 1图 3 对整束钢绞线进行分段再计算其伸长值。2.1 工作长度工具锚到工作锚之间的长度，图 1 中工作段长度是 650mm。2.2 波纹管内长度第一步：将图 1 分解为图 2；第二步：将图 2 分解

7、为图 3，平曲线与竖曲线重合部分以角度较大者为分段点。以边跨非连续端钢束 N1 为例计算。N1 的 BF 段设计总长度为 15.458-0.65=14.808m ，E 点为 钢绞线起弯点。EF（直线段） =2.663m，DE（曲线段） =××R/180=5 ××45/180=3.927m ，BD=14.808-2.663-3.927=8.218m 。因 N1 的 BC 段为曲线筋平弯和竖弯重合部分， BC （曲 线段）长度 =1.506m（查阅设计图纸图 4 所得）。CD 段为连接 BC 段和 DE 段的直线段， CD（直线段） 8.218-1.506=

8、6.712m 。3 计算过程公路桥梁施工技术规范中关于箱梁正弯矩预应力计 算公式如下：预应筋伸长值 L 通过计算公式（ 1）获得：L= （1）在式（ 1）中，“ L”表示“各分段预应力筋的理论伸 长值（ mm）”，“ Pp”表示“各分段预应力筋的平均张拉力 （ N）”， 其计算公式为下式（ 2），“L ”表示“预应力筋的分段长度 （ mm ）”，“ Ep”表示“预应力筋的弹性模量（ Mpa ）”，“ Ap ” 表示“预应力筋的截面面积（ mm2）”。Pp：（ 2）在 Pp 的计算公式（ 2）中，“ P”表示“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

9、张拉力（ N ）；“”表示“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”，“”表示“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 ”表示“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”表示“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。 公式（ 1）可以得出，钢绞线的弹性模量 Ep 是决定计算值的重要因素，它的取值是否正确，对计算预应 力筋伸长值的影响较大。所以钢绞线在使用前必须进行测试 检测。公式（ 2）中的 和 k

10、是后张法钢绞线伸长量计算中的 两个重要的参数，其大小有多个影响因素，比如预应力筋类 型、表面特征，管道的成型方式、管材质量，弯道的角度、 位置，波纹管安装方式等等，在实际操作中各项因素变动幅 度较大，甚至有些因素具有不确定性，无法对其变化进行准 确预测，因此对摩擦系数的控制主要取决于施工中对各节点 参数的控制精度。3.1 工作长度伸长量计算 张拉时预应力筋的工作长度（ mm ），应为下料长度减去 图纸给定的千斤顶工作长度加上实际的千斤顶工作长度；图 纸给定的为 0.65m，实际为 0.435m （千斤顶长度 0.34m，工 具锚厚度 0.055m，限位板厚度 0.04m）。计算时不考虑 、 ，

11、采用公路桥涵施工技术规范 （JTG/T F50-2011 ）中关 于预应筋伸长值 L 的计算按照公式（ 1）计算：根据锚下（张拉）控制力为 k=0.75 fpk =1395MPa ，计算千斤顶张拉力 P=1395×140=195300N （每根）； 根据公式（ 1）计算工作长度（ AB ）段的伸长量： L 工作长度 = L 工作长度 =6.22mm3.2 波纹管内钢绞线长度伸长量计算 计算波纹管内长度分段伸长量前需准备的数据。 张拉控制力 =195300N ，预应力钢绞线截面面积是 140mm2 ，预应力钢绞线弹性模量是 195000MPa，由设计图 纸可知： K=0.0015 ，

12、=0.25， X 取分段长度 m。 N1 钢束理论伸长量计算 ?表 2。3.3 预应力筋理论伸长量L= （ LBC+ LCD+ LDE+ LEF）×2+LAB 从上述案例可以看出，理论伸长量的计算方法是目前来 看比较精确的计算方法。 实测伸长量的在允许误差± 6%左右 浮动时，应该采用该方法精确计算理论伸长量计算值，如果 张拉参数控制不当，将为工程埋下质量隐患，甚至造成工程 返工，浪费成本和资源。4 张拉时钢绞线实际伸长量的测量方法 当前工程领域有几种有效的钢绞线实际伸长值的测量 方法，其中直接测量张拉端千斤顶活塞伸出量的方法多见于 实际操作中。但是这种方法在具体操作中容易

13、出现测量误 差，因为张拉到 10% k 时，钢绞线受力，用钢管敲紧的工 具锚端夹片滑向内侧；在张拉到 20% k 时，借助夹片对千 斤顶的伸长量测量 10% 20%k 的伸长量，所得结果往往 比实际伸长值多出 12mm 。如果以测得的结果作为 0% 10%k 的伸长量，则 0% 20% k 张拉控制段内钢绞线伸 长量的总误差将是 23mm。在 20%k 张 100%k 的张 拉段内，夹片不断滑向内侧，若此时计算最小值滑动量下单 端钢绞线伸长量，虽然张拉力符合要求，但是其测量误差将 达到 3 4mm，若两端同时张拉，误差值将达到 6 8mm。 因此，通过测量千斤活塞的方法进行张拉钢绞线伸长量的测

14、 量和计算，所得到的结果通常比钢绞线实际伸长量偏大。测量钢束实际伸长量时，可以不使用量测千斤顶活塞伸 出量的方法，采用量测钢绞线绝对伸长值的方法，前者测得 的伸长量必须兼顾工具锚处钢束回缩及夹片滑移等影响因 素，而直接通过测量千顶活塞的伸出量，则会出现较大的误 差，如果较长的钢绞线必须进行分级张拉时，更为繁琐。推 荐采用图 5 所示的测量方法。测量时，先在钢绞线上固定一 个标尺，用标尺量测分级钢绞线的长度，各段量程累计的伸 长值即为初应力与终应力之间的实测伸长值。5 夹片回缩量补充张拉 张拉并持荷完毕后放松千斤顶使其回弹。在回弹过程 中，夹片式锚具将会变形， 造成锚下控制应力损失， 基于公 路

15、桥涵施工技术规范中关于锚具回缩量的控制标准是不超出 6mm ，实际执行时往往因为锚具生产厂家的结构设计不 同，锚具回缩量通常都在 3 6mm 之间，因此张拉并持荷完 毕后，千斤顶回弹时需要再将各段钢绞线拉长36mm ，以弥补夹片回缩量造成的应力损失。6 结束语本文仅针对理论伸长量的精确计算方法进行了一定程 度的分析讨论，具体操作时建议将通过本方法得出的计算值 作为与实测伸长量的对比依据，以此来衡量张拉是否到位， 是否存在异常情况，并深入分析异常工况的成因。分析异常 原因时注意避免一些不确定性的影响因素。原材料的波动会造成预应力筋的弹性模量随波动。施工队伍人员的操作质量波动会造成孔道每米局部 偏差对摩擦的影响系数波动。 波纹管质量、存放时间和锈蚀程度不同的变化会造成 孔道壁与预应力筋的摩擦系数变化。 张拉应力的变大会造成预应力筋的截面积逐