預應力混凝土結構橋梁錨下控制力反算方法探討

李海東,朱文盛,周仕軍

(中鐵西南科學研究院有限公司橋梁與結構工程研究所,四川成都611731)

在后張法預應力施工過程中，管道不可能與設計曲線完全吻合，預應力筋在錨固時的回縮可能偏離于設計值。若不調整張拉力，會導致結構的有效預應力不夠，危及結構安全。根據實測摩阻參數計算張拉力是預應力施工的重要工作。

1 預應力結構預應力損失計算

以圖1所示梁體為研究對象。有效預應力的控制斷面為錨固端，鋼絞線投影長度為L，偏轉角度為θ，摩阻及偏差系數設計值分別為μd、kd，回縮值為ΣΔld。

圖1 預應力筋布置示意

(1)管道摩阻預應力摩阻損失。只考慮管道摩阻損失時，由管道摩阻引起的應力損失為：

σl=σcond·[1-e-(μθ+kx)]

(1)

(2)鋼絞線回縮預應力損失。錨固時，夾片在鋼絞線的帶動下進入錨孔將鋼絞線夾緊錨固。假設錨具夾片自油頂放松至錨固后的行程為Δl1，如圖2。錨固時，鋼絞線與夾片之間存在相對滑移，且在錨固后，錨具將承受巨大的壓力并使其壓密變形。假設該兩項之和為Δl2。此外構件接縫在錨固后將壓密，假設該類變形為Δl3。該三項均使預應筋放松。回縮值之和為∑Δl=Δl1+Δl2+Δl3。

圖2 預應力鋼絞線錨固過程示意

在不考慮預應力筋反摩阻的情況下的預應力損失值為：

(2)

圖3 考慮反摩阻及不考慮反摩阻時預應力筋應力損失計算示意

從張拉端至B點為反摩阻的影響范圍區，即：

(3)

式中：σl2(x)為反摩阻影響區域范圍內任意斷面由于回縮導致應力的降低值。由于Ep∑Δl均為已知參數，通過試算的方法可得到影響長度。

上述計算反摩阻影響長度較復雜，可將AB、A’B簡化為直線，如圖3虛線。

直線AB的斜率為：

(4)

式(4)中：σx為距張拉端x處扣除管道摩阻損失后的應力；斜率Δσd即為單位長度由于管道摩阻引起的預應力損失值。

則在影響區域范圍內，任意斷面由于回縮導致的應力損失為：

Δσx=Δσ-2Δσdx

(5)

通過幾何關系，可得張拉端由于回縮引起的預應力損失為：

Δσ=2Δσdlf

(6)

總回縮量等于影響長度范圍內預應力筋應變的累計，即：

(7)

(8)

當lf≤l時，在反摩阻影響范圍內，任意斷面由于回縮導致的應力損失為：

(9)

2 張拉控制力的反算

假設理論設計回縮量為∑Δld，實測為∑Δlt。回縮量影響長度理論設計值為lfd，根據實測值推算的影響長度為lft。對錨固端，可能會有以四種情況：①lfd≤l，lft≤l；②lfd>l，lft≤l；③lfd>l，lft>l；④lfd≤l，lft>l。本文以情況①和情況③說明張拉控制力的反算方法。

(1)情況①：lf≤l，錨固端不受∑Δl的影響，應力損失只考慮摩阻損失。

在實際張拉時，根據控制截面有效預應力相等原則，可有：

σcont·e-(μtθ+ktl)=σcond·e-(μdθ+kdl)

(10)

實際錨下控制應力應調整為：

σcont=σcond·e[(μt-μd)θ+(kt-kd)l]

(11)

(2)情況③：lf>l，錨固端的有效預應力還受∑Δl的影響。

圖4 lf>l時的預應力損失簡化計算示意

在錨固端，由于回縮導致的預應力損失值為：

Δσef=Δσ-2·l·Δσd

(12)

(13)

為使得錨固端的有效預應力等于設計有效預應力，錨下控制應力應調整為：

(14)

3 結束語

預應力張拉控制是預應力施工過程中一項重要的技術工作。應對μ、k、∑Δl進行測試，并根據實測值對預應力筋的張拉力進行調整。另外，在計算有效預應力時，還應考慮梁體的收縮徐變、鋼絞線的彈性模量等因素。

[1] 葉見曙.結構設計原理[M].北京:人民交通出版社, 2005

[2] JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S]