客運專線單箱雙室簡支箱梁預(yù)應(yīng)力張拉計算

潘傳喜

(中國葛洲壩集團第五工程有限公司，湖北 宜昌 443002)

1 概述

漢孝城際鐵路二標葛洲壩集團第五工程有限公司黃陂制梁場共承擔單箱雙室箱梁制造401孔，其中梁部結(jié)構(gòu)32 m雙線簡支箱梁376孔，24 m跨25孔。32 m簡支箱梁分為直線無聲屏障型、曲線無聲屏障、直線有聲屏障、曲線有聲屏障四種類型。箱梁跨度31.5 m，長度32.6 m。箱梁采用后張法施工工藝，張拉分為三個階段:預(yù)張拉、初張拉和終張拉。

現(xiàn)以漢孝城際鐵路二標黃陂制梁場GZHP31.5QW－006號曲線無聲屏障箱梁中的具有計算代表性的N2b共2束鋼束張拉計算為例進行淺析，箱梁在預(yù)初張拉時未進行管道摩阻調(diào)整，按設(shè)計提供摩阻參數(shù)進行計算，終張拉時已進行了摩阻調(diào)整，張拉計算按已調(diào)整的摩阻參數(shù)進行計算。

1)根據(jù)《漢孝城際施(橋參)－03－05》施工圖中《箱梁張拉次序表》，箱梁張拉分為三個階段:預(yù)張拉、初張拉和終張拉，N2b張拉順序控制應(yīng)力見表1。

表1 N2b張拉順序控制應(yīng)力表

2)根據(jù)《武漢城市圈簡支梁技術(shù)交底會各梁場對圖紙疑問的回復(fù)》中第一條“各梁場常見問題”的第1條的漢孝城際二恒值(見表2)。

表2 各梁場參數(shù)表

3)根據(jù)《漢孝城際施(橋參)－03－06》施工圖中預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量表，結(jié)合二恒值，見N2b預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量表(見表3)。

表3 N2b預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量表

2 張拉計算參數(shù)

1)摩阻調(diào)整前張拉計算參數(shù)。依據(jù)《漢孝城際施(橋參)－03－01》，錨口及喇叭口損失按控制應(yīng)力的6%計算，管道摩阻系數(shù)μ取 0.55，管道偏差系數(shù) k 取 0.001 5。

2)摩阻調(diào)整后張拉計算參數(shù)。按照中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司《張拉力調(diào)整報告》，錨口及喇叭口損失按控制應(yīng)力的5.5%計算，管道摩阻系數(shù) μ 取0.473，管道偏差系數(shù)k取0.002。

3)自工具錨到箱梁喇叭口處的鋼絞線計算長度，根據(jù)現(xiàn)場測量為0.6 m。

4)鋼絞線彈模根據(jù)試驗檢測進行取值。

5)鋼絞線分段計算長度“x”詳見預(yù)、初、終張拉計算表。

3 預(yù)應(yīng)力張拉計算簡圖

N2b索垂直腹板方向平彎大樣圖，N2b預(yù)應(yīng)力鋼束豎向大樣如圖1所示。

圖1 N2b預(yù)應(yīng)力張拉計算圖

4 預(yù)、初張拉工藝要求

4.1 梁體強度要求

當梁體混凝土強度分別達到33.5 MPa，43.5 MPa的預(yù)、初張拉要求的強度時，即可進行預(yù)、初張拉作業(yè)。

4.2 張拉程序

預(yù)(初)張拉工藝流程:0→0.2σk(作伸長值標記、測千斤頂油缸伸長量、測工具錨夾片外露量)→預(yù)(初)張拉控制應(yīng)力(測千斤頂油缸伸長值、測工具錨外露量、計算鋼絞線伸長值，持荷5 min)→回油至0→錨固。

5 終張拉工藝要求

1)梁體強度、彈模值要求。

終張拉待梁體混凝土強度達到53.5 MPa及彈性模量達到35.5 GPa，且齡期不少于10 d后進行，而且梁端隔墻混凝土強度達到43.5 MPa，滿足這四個條件才能終張拉。

2)張拉程序。

未張拉束:0→0.2σk(測量油缸伸長量，工具夾片外露量并記錄)→σk(靜停持荷5 min)→測伸長值(測量油缸伸長量、工具夾片外露量并記錄，校核伸長值)→回油至零錨固。

已張拉束:0→σk1(測量油缸伸長量，工具夾片外露量)→σk(靜停持荷5 min)→測伸長值(測量油缸伸長量、工具夾片外露量并記錄，校核伸長值)→回油至零錨固。

注:σk1為預(yù)張拉設(shè)計應(yīng)力，σk1=800 MPa;σk為終張拉控制應(yīng)力，σk=1 285 MPa。

錨外控制應(yīng)力=錨下控制應(yīng)力/(1－錨口及喇叭口應(yīng)力損失/控制應(yīng)力)，在實際控制中以錨外張拉力進行應(yīng)力控制計算，本計算中，錨口及喇叭口應(yīng)力損失按控制應(yīng)力的取值見第2條中的“張拉計算參數(shù)”。

3)本工程限位板槽深8.0 mm對應(yīng)鋼絞線直徑15.2 mm，鋼絞線直徑每增加或減少0.1 mm，限位板槽深增加或減少0.4 mm。

4)N2a，2N2b預(yù)張拉理論計算伸長值見 GZHP31.5QW－006《黃陂制梁場梁預(yù)/初張拉理論伸長量計算表(摩阻調(diào)整前)》(見表4)。

表4 黃陂制梁場梁預(yù)/初張拉理論伸長量計算表(摩阻調(diào)整前)

6 實測及理論伸長值的計算

1)實測伸長值的計算。

a.鋼束總伸長=漢端鋼束伸長值+孝端鋼束伸長值。b.漢(孝)端鋼束伸長值=油缸伸長(控制)+工具夾片外露長度(控制)－油缸伸長(初始)－工具夾片外露長度(初始)。c.退錨時夾片回縮=限位板槽深－夾片外露量。d.分兩次張拉的鋼絞線束伸長值為:總伸長值=第一次張拉伸長值+第二次張拉伸長值－第一次張拉夾片回縮量。注:張拉中鋼絞線伸長值的控制與張拉錨固后鋼絞線實際伸長值含義的區(qū)別:張拉中伸長值與工具錨夾片外露量、管道摩阻、喇叭口與錨口摩阻有關(guān);而錨固后鋼絞線實際伸長值與工作錨夾片外露量、限位板槽深、管道摩阻、喇叭口與錨口摩阻等因素有關(guān)。

2)理論伸長值的計算。

a.鋼絞線張拉伸長量按下式計算:鋼束的施工理論伸長值按ΔL=PpL/Ay/Eg計算。其中，Pp=(P實－P0)(計算方法見下式);L為預(yù)應(yīng)力筋的長度;Ay為預(yù)應(yīng)力筋的截面面積，mm2;Eg為預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量，N/mm2;Pp=(P實－ P0)[1 － e－(kL+μα)]/(kL+μα)，P實為施工時張拉力，P0為初應(yīng)力張拉時的力;P為預(yù)應(yīng)力筋的張拉端的張拉力，N;e為自然對數(shù)底，e=2.718 28;L為從張拉端至計算截面的孔道長度，m;k為孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù);μ為預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù);α為從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，rad。b.公式應(yīng)用要求:用上式計算理論伸長值時，因采用兩端張拉的施工方法，因此取半跨鋼絞線長度計算，計算值乘以2即為總伸長值，注意加上工作錨至工具錨之間的伸長值。對多曲線段組成的曲線束，或直線段與曲線組成的折線束，分段計算，然后疊加。伸長值的允許偏差:預(yù)應(yīng)力混凝土梁張拉質(zhì)量實行“雙控”，即以油表讀數(shù)控制為主，實測伸長值作為校核。預(yù)應(yīng)力筋實測伸長值偏差是與相應(yīng)階段的理論伸長值比較得出的，其偏差不允許超過理論計算伸長值的±6%。

3)2N2 b終張拉理論計算伸長值見GZHP31.5QW－006《黃陂制梁場終張拉理論伸長量計算表(摩阻調(diào)整后)》(見表5)。

表5 黃陂制梁場終張拉理論伸長量計算表(摩阻調(diào)整后)

7 施工效果

按照正確的張拉操作，張拉力滿足設(shè)計要求，張拉兩端不同步率(兩端伸長值之差絕對值/兩端伸長值之和)小于10%，張拉伸長值偏差(實測伸長值與理論伸長值之差/理論伸長值)小于6%，該計算結(jié)果與現(xiàn)場張拉結(jié)果偏差完全在允許范圍之內(nèi)。經(jīng)本梁場國家生產(chǎn)許可證認證時GZHP31.5QW－006的梁體力學性能靜載試驗檢測結(jié)果，GZHP31.5QW－006箱梁靜活載撓跨比為:1/6 678 ＜1.05[(f設(shè)/L)]=1/4 615，滿足設(shè)計要求。

[1] JTG TF50－2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 《建筑施工手冊》編寫組.建筑施工手冊[M].第4版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[3] 鐵科技[2004]120號，客運專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件[S].

[4] TB 10002.3－2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].