對橋梁施工中若干預應力技術的研討

白青峰 程 戈

在對濟南二環東路高架橋四合同十四聯現澆連續箱梁預應力施工過程中總結的一些實踐經驗,對一些易混淆問題談談自己的想法。

1 施工中伸長量計算與設計圖紙中伸長量的區別

在對待施工伸長量的計算上,經常聽到這樣的聲音:“我看你的計算書沒用,你給我看設計圖紙上的伸長量就好了”。殊不知進行施工過程中伸長量的計算是對實際施工最貼切的反映。計算伸長量的理論依據為胡克定律施工計算與設計首先在彈性模量E與分段長度L的選取上就不同。E在設計上取自鋼絞線的標準值,如:15.2的鋼絞線 E=195 GPa,而在施工中 E值取自于所使用的鋼絞線抽檢報告中的E值。其次分段長度L,施工中實際量測伸長量時是加入了兩側工作長度對伸長量的影響,因為在張拉過程中實際受力的范圍包括工具夾片內涉及的鋼絞線,也就是說設計方給出的伸長量只反映出梁內錨具之間的有效長度的伸長量。以400 t千斤頂張拉15.2-17為例,其工具錨加千斤頂、限位板的工作長度達到65 cm,以理論1 m伸長7 mm的情況看,僅工作長度影響的伸長量達到4.5 mm,如果兩端張拉就是2×4.5=9 mm,可見其影響量是很大的。特別對于總長不是很長的鋼束來說,如果忽略這部分伸長量那就意味著超限。

最后對于F也就是平均張拉力PP,其受到預應力筋與孔道壁摩擦系數μ及孔道每米局部偏差對摩擦系數k的影響。對于這兩個常數的選取并不是按照規范上規定的范圍選個適中的就好,數值的選取要為施工服務,μ值作用體現在鋼束線型變化的區域;k值則影響全長,這兩個數值選取的恰當往往會起到立竿見影的效果,特別對于大長預應力束的影響非常明顯,所以對數值的選取不是一定的,可根據現場張拉幾束后分析其伸長量和計算伸長量的偏差,選取一組符合實際的常數。

2 如何精確計算伸長量

PPP值。特別對于存在大量平彎、豎彎的大長預應力束,其分段長度的精確,決定計算的精確性。我在計算上采取將鋼束大樣在AutoCAD完成呈現,直接量取分段長度的方法,計算結果十分精確,舉例如下:

依據圖紙給出坐標,提取任一鋼束控制點(見表1)。

表1 坐標中的控制點

生成鋼絞線大樣圖見圖1,量出分段長度見表2。

表2 分段長度

利用公式精確計算,其中 μ=0.15,k=0.001 5,EP=195 GPa均與設計相同。

計算值與設計值對比結果見表3。

表3 計算值與設計值對比結果

由表3可看出在計算系數與設計值取值相同情況下,對于長達95.6 m拐點眾多的箱梁腹板通長束,其影響微乎其微。

但這種計算方法只能反映豎彎或平彎一種變化,取決于分段長度量取自平彎圖,還是豎彎圖。不過為了降低豎向荷載對橋梁變形的影響,鋼束還是主要以豎彎變化為主,平彎變化對伸長量的影響微乎其微。

3 張拉次數的控制

即知伸長量就可擬定任一束鋼絞線的張拉次數,已達到張拉所要求應力。一名合格的技術員可以最大限度的發揮千斤頂形成的優勢,做到省時、省力。

例:千斤頂行程200 mm,一束鋼絞線伸長量為368 mm,50%為184 mm,考慮開始張拉時伸長量損失達到 10 mm～20 mm,張拉至50%時伸長量介于194 mm～204 mm之間,可以分兩次張拉10%～20%～50%,50%～100%。可是張拉時一定注意初始的伸長量損失僅有10 mm～20 mm,可考慮張拉前先出頂一旦上壓立刻停止,回頂將工具夾片打緊,以減少伸長量的損失。張拉時頭次10%伸長量就要注意數值應大致在47～57之間,如果大于57很多就要注意50%時是否超過千斤頂行程,可分三次張拉。在量取伸長量時,只量取10%,20%伸長量即可由相鄰級伸長量之差(20%-10%≈37)推測最后伸長量是否超限。

4 兩端張拉與一端張拉的區別

從理想狀態也就是無摩擦狀態下二者實質是相同的,舉個例子:用雙手拉一根皮筋和將皮筋掛在一固定端單拉,二者與皮筋上加載的力是相同的。但一旦有了摩擦力情況就不同了,兩端張拉的力由于摩擦力的折減至持力相等處,而單端張拉則為全長折減。張拉后應力重分布,單端張拉施加的張拉力小于兩端張拉施加的張拉力,在效果上有本質區別。就比如張拉力為1,兩端張拉時折減至中心減至0.5,二力相等平衡;同為張拉力為1,單端張拉遞減至尾段就成為0,應力充分分布后,鋼束中存續的力必然小于前者。

5 結語

預應力技術從發明到大量推廣應用,至今已有89年歷史,從理論到工程實踐經過幾代人的研究和不斷創新,已發展為比較成熟的技術。我們技術人員要堅持科學發展觀,以科學的觀點分析、認知工程中的實際問題。

[1] 朱新實,劉效堯.預應力技術及材料設備[M].北京:人民交通出版社,2005.