后張法預應力鋼絞線伸長值的計算與量測

李久寶,高亮亮

(1.黑龍江省龍建路橋第五工程有限公司;2.黑龍江省龍建路橋第六工程有限公司)

1 前 言

后張法預應力鋼絞線在張拉過程中,張拉伸長值在理論值與實際量測值之間經(jīng)常會出現(xiàn)差值,這個差值往往會超過規(guī)范所要求的限值,在各種操作都規(guī)范及鋼絞線材質沒有問題的條件下,這種問題的產(chǎn)生一種原因是理論計算不正確,比如各個參數(shù)的選取不符合實際;另一種原因是因為實際量測的不符合要求,沒有考慮各種因素的影響。本文從這兩個方面進行了比較全面的分析和總結,以方便在施工中做出行之有效的控制辦法,保證工程的質量。

2 后張法鋼絞線理論伸長值的計算

后張法預應力鋼絞線在張拉過程中,主要受到以下兩方面的因素影響:一是管道彎曲影響引起的摩擦力,二是管道偏差影響引起的摩擦力,導致鋼絞線張拉時,錨下控制應力沿著管壁向梁跨中逐漸減小,因而每一段的鋼絞線的伸長值也是不相同的。

《公路橋梁施工技術規(guī)范》(JTJ041-2000)中關于預應筋伸長值的計算按照以下公式

式中:ΔL為各分段預應力筋的理論伸長值,mm;PP為各分段預應力筋的平均張拉力,注意不等于各分段的起點力與終點力的平均值,N;L為預應力筋的分段長度,mm;AP為預應力筋的截面面積,mm2;EP為預應力筋的彈性模量,MPa;P為預應力筋張拉端的張拉力,將鋼絞線分段計算后,為每分段的起點張拉力,即為前段的終點張拉力,N;θ為從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和,分段后為每分段中各曲線段的切線夾角和,rad;x為從張拉端至計算截面的孔道長度,整個分段計算時x等于L,m;k為孔道每束局部偏差對摩擦的影響系數(shù)(1/m),管道彎曲及直線部分全長均應考慮該影響;μ為預應力筋與孔道壁之間的磨擦系數(shù),只在管道彎曲部分考慮該系數(shù)的影響。

從公式(1)可以看出,鋼絞線的彈性模量 Ep是決定計算值的重要因素,它的取值是否正確,對計算預應力筋伸長值的影響較大。Ep的理論值為(1.9～1.95)×105MPa,而將鋼絞線進行檢測試驗,彈性模量則常出現(xiàn) Ep′=(1.96～2.04)×105MPa的結果,這是由于實際的鋼絞線的直徑都偏粗,而進行試驗時并未用真實的鋼絞線面積進行計算,采用的是偏小的理論值代入公式進行計算,根據(jù)公式Ep=可知,若 Ap偏小,則得到了偏大的 Ep′值,雖然 Ep′并非真實值,但將其與鋼絞線理論面積相乘所計算出的ΔL卻是符合實際的,所以要按實測值 Ep′進行計算。

公式(2)中的 k和μ是后張法鋼絞線伸長量計算中的兩個重要的參數(shù),這兩個值的的大小取決于多方面的因素:管道的成型方式、表面特征是光滑的還是有波紋的、表面是否有銹斑,波紋管的布設是否正確,偏差大小,彎道位置及角度等等,各個因素在施工中的變動很大,還有很多是不可能預先確定的,因此,摩擦系數(shù)的大小很大程度上取決于施工的精確程度。在工程實施中,最好對孔道磨擦系數(shù)進行測定,并對施工中影響磨擦系數(shù)的方面進行認真的檢查,如波紋管的三維位置是否正確等等,以確保摩擦系數(shù)的大小基本一致。

進行分段計算時,靠近張拉端第一段的終點力即為第二段的起點力,每段的終點力與起點力的關系如下式

式中:Pz為分段終點力,N;Pq為分段的起點力,N;θ、x、k、μ為意義同上。

其他各段的起終點力可以從張拉端開始進行逐步的計算。

3 計算實例

下面以某橋現(xiàn)澆箱梁的一束縱向鋼絞線的伸長量計算為例,進一步說明伸長量的計算方法。

鋼束大樣圖及 N4坐標表如表 1。

根據(jù)設計圖紙及規(guī)范和實測數(shù)據(jù),已知以下參數(shù)見表 2。

表 1 鋼束大樣圖及N4坐標表

表 2 參數(shù)

根據(jù)鋼絞線要素(表 1),可以計算出各分段長度,根據(jù)公式計算出伸長量,采用計算一半鋼絞線的伸長值然后乘以二的方法,見表 3。

4 張拉時鋼絞線實際伸長量的測量方法

鋼絞線實際伸長量的測量方法有多種多樣,目前使用較多的是直接測量張拉端千斤頂活塞伸出量的方法,這樣的測量方法存在一定的誤差,這是因為工具錨端夾片張拉前經(jīng)張拉操作人員用鋼管敲緊后,在張拉到 10%σk時因鋼絞線受力,夾片會向內滑動,張拉到 20%σk時,夾片又會繼續(xù)向內滑動,這樣通過測量千斤頂?shù)纳扉L量而得到的 10%～20%σk的伸長量比鋼絞線的實際伸長值長 1～2mm,若以 10%～20%σk的伸長量作為 0%～10%σk的伸長量,哪么在 0%～20%σk的張拉控制段內,鋼絞線的伸長量就有 2～3mm的誤差。

表 3 伸長值

從 20%σk張拉到 100%σk時,鋼絞線的夾片又有 2～3mm的滑動,按最小值滑動量計算單端鋼絞線的伸長量就有 3～4mm的誤差,兩側同時張拉時共計有約 6～8mm的誤差(誤差值的大小取決于工具錨夾片打緊程度)。對于單項張拉的 N1、N2橫隔梁鋼鉸線的理論伸長量按 7.87cm計算,4mm的測量誤差為 5.1%,已接近達到 ±6%的理論值與實測值的允許的偏差值。因此用測量千斤活塞的方法一般測出來的值都是偏大的。

因此,對于鋼束實際伸長值的測量,建議采用量測鋼絞線絕對伸長值的方法,而不使用量測千斤頂活塞伸出量的方法,后者測得的伸長值須考慮工具錨處鋼束回縮及夾片滑移等影響,尤其是在鋼絞線較長,必須進行分級張拉時,更為繁瑣,若直接通過測量千頂活塞的伸出量,則誤差累計更大。使用一個標尺固定在鋼絞線上,不論經(jīng)過幾個行程,均以此來量測分級鋼絞線的長度,累計的結果就是初應力與終應力之間的實測伸長值。

5 結束語

理論伸長值計算中,鋼絞線采取的是兩端張拉,所以在進行伸長量計算時是計算一半鋼絞線的伸長值然后乘以二的方法;而對于非對稱結構,在計算鋼絞線的伸長值時,計算原則是從兩側向中間分段計算,至跨中某一點時鋼絞線的受力基本相等即可,而不是簡單的分中計算。

鋼絞線的分段原則是將整根鋼絞線根據(jù)設計線形分成曲線連續(xù)段及直線連續(xù)段,而不能將直線段及曲線段分在同一段內。

預應力筋的伸長量計算方法有多種,常用的平均力法及簡化計算法在很多工程施工中也能夠滿足精度要求,通過測量千斤頂活塞伸出量再進行換算的方法也可以用于實際施工中,這里我們僅是將現(xiàn)行規(guī)范中精確計算法及施工中誤差較小的一種測量方法作了簡單的介紹,希望能起到拋磚引玉的作用。由于我們水平有限,不足之處,尚請批評指正。