預應力張拉與施工控制

田都喜

摘 要：以澤里1#大橋T梁預制中預應力筋的理論伸長量與實際伸長量比較，判斷施加預應力是否準確與可靠。

關鍵詞：后張法；預應力筋；張拉；伸長量；控制

1 前言

預應力筋的張拉應力大小，直接影響預應力效果和構件質量。應力越高，建立的預應力就越大，構件抗裂性越好。抗裂度高時，預應力筋處于高應力狀態，預應力筋與構件的強度相近，遭受強荷載作用時，易同時遭到破壞，毫無征兆，類似于鋼筋混凝土的超筋破壞。張拉過度，造成構件反拱過大或預拉區出現裂縫，也是不利的。因此，對預應力施工要正確控制。

2 預應力筋張拉應力控制

2.1 錨下控制應力σk和設計張拉力Pk

公路橋涵設計通用規范（JTG D60-2015）要求，對于鋼絞線，錨下控制應力σk應≤0.75Ryb。

公路橋涵施工技術規范（JTGTF-2011）規定，張拉控制應力應符合設計要求。

預應力筋的設計張拉力Pk

Pk=σk×n×Ay

式中：

n——預應力筋的股數或根數；

Ay——單股或單根預應力筋面積，mm2 。

2.2 張拉程序與順序

預應力筋可分批、分階段對稱張拉，其張拉順序按設計要求。對稱張拉是為了避免產生較大的偏心受壓問題，影響構件質量；分批張拉時，盡量考慮后批張拉產生的砼彈性壓縮，這種彈性壓縮會對先批張拉的應力產生影響，造成應力損失。先批張拉的預應力筋的張拉力應增加nσn。

n=Eg/En σn=（σk-σsI）× Ay/Af

n——鋼筋與砼彈性模量比值；

σn——張拉后批預應力筋時，對已張拉的預應力筋重心處，砼產生的法向應力；

Eg——預應力筋的彈性模量；

En——砼的彈性模量；

σk——控制應力；

σsI——預應力筋第一批應力損失（包括錨具變形和摩檫損失）；

Ay——第二批張拉的預應力截面積；

Af——構件砼的凈截面積。

2.3 張拉設備校驗

施加預應力所用的機具設備由專人使用和管理，定期維護和校驗。千斤頂與壓力表配套校驗，保證張拉力與壓力表之間的關系曲線。經主管部門授權的法定計量技術機構進行校驗。

3 鋼絞線伸長值控制

3.1 預應力筋的理論伸長值ΔL（mm）和預應力筋的平均張拉力Pp（N）計算

ΔL=Pp×L/Ap×Ep

Pp=P×〔（1+e-（kL+μθ））/2〕

式中：

P——預應力筋張拉端的張拉力（N）；

L——從張拉端到計算截面的孔道長度（m）；

θ——從張拉端到計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和（rad）；

k——孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數；

μ——預應力筋與孔道壁的摩擦系數；

Ay———預應力筋的截面積（mm2）；

Eg——預應力筋的彈性模量（MPa）。

3.2 實際伸長值

預應力筋張拉時，調整到初應力σ0，該初應力為控制應力σcon的10%，伸長量從初應力時開始量測，力筋的實際伸長值為量測的的伸長值加初應力以下的推算伸長量。

預應力筋張拉的實際伸長量ΔL（mm）按下式計算

ΔL=ΔL1+ΔL2-C

式中：

ΔL1——從初應力至最大張拉應力間的實測伸長值；

ΔL2——初應力以下的推算伸長值（mm）；

C——后張法砼結構的彈性壓縮值和固定端錨具楔緊引起的預應力筋內縮量。

3.3 伸長值推算

在初應力下推算伸長值ΔL2，根據彈性范圍內張拉力與伸長值成正比關系，如下圖。

圖中001即為推算伸長值。

L2——標準值 L1—— 實測值

ΔL——伸長值 Fp——張拉力

3.4 伸長值校核

預應力筋采用應力控制方法張拉時，以伸長值進行校核，實際伸長值與理論伸長值的差值應符合設計要求，設計無規定時，實際伸長值與理論伸長值的差值應控制在6%以內，否則應暫停張拉，查明原因并采取措施予后，方可繼續。

4 工程實例

福州繞城高速公路A8合同段，標段內設有1座特大橋，2座大橋和2座天橋。其中澤里1#大橋上部采用預應力砼、先簡支后連續結構T型梁；全部為30米預制T梁，共計95片；下部結構橋墩為雙柱墩，配樁基礎；橋臺為樁基礎。

4.1 鋼束張拉應力

4.1.1 錨下控制應力σk與設計張拉力Pk

30mT梁（端跨中梁）N1束為9股，N2、N3束均為7股，鋼束采用φj15.24鋼絞線，每股鋼絞線截面積141.71mm2，標準強度Ryb=1860MPa，彈性模量EY=1.98×105 MPa，采用美國ASTMA416-98標準低松弛鋼絞線，松弛率為3.5%。經昆明理工大學建筑學院實驗中心檢驗，各項指標均符合GB/T5224-2003、ASTMA416-98要求。

錨下控制應力：

1395MPa=0.75Ryb=0.75×1860MPa

鋼束設計張拉力：

7根：Pk=σk×Ag×n=1395×141.71×7/1000=1383.8kN

9根：Pk=σk×Ag×n=1395×141.71×9/1000=1779.17kN

4.1.2 張拉程序與順序

張拉程序：

0——初應力——σcon（持荷2min錨固）

張拉順序：

先張拉N1束到100%張拉力，次張拉N2束到50%張拉力卸荷，張拉N3束到100%張拉力，再張拉N2束到100%張拉力。

4.1.3 張拉應力控制及伸長值計算（以左幅1-2T梁為例）

張拉應力控制：張拉千斤頂及油壓表均經昆明理工大學建筑學院實驗中心檢驗，千斤頂編號為15123#、15124#，兩塊油壓表編號為06.05.16.8544#、06.05.13.8905#與之配套，壓力表與壓力表的關系曲線見下表。

千斤頂15123# 油壓表 06.05.16.8544#

[鋼絞線張拉力（kN） 油壓表值（MPa） 10%σk：138.38（177.917） 2.59（3.49） 20%σk：276.76（355.834） 5.76（7.57） 50%σk：691.9（889.5850 15.26（19.79） 100%σk：1383.8（1779.17） 31.11（40.16） ]

Y=0.0229X-0.5807 X—荷載值（kN） Y—壓力值（MPa） R2=0.9997

千斤頂15124# 油壓表 06.05.13.8905#

[鋼絞線張拉力（kN） 油壓表值（MPa） 10%σk：138.38（177.917） 2.95（3.84） 20%σk：276.76（355.834） 6.07（7.86） 50%σk：691.9（889.585） 15.46（19.92） 100%σk：1383.8（1779.17） 31.09（40.03） ]

Y=0.0226X-0.1807 X—荷載值（KN） Y—壓力值（MPa） R2=0.9999

注：括號外為7根鋼絞線張拉力及油壓表讀數，括號內為9根鋼絞線張拉力及油壓表讀數。

伸長值計算：由公式ΔL=ΔL1+ΔL2-C得，N1束伸長值ΔL=（116-17）+（29-17）-6+（111-18）+（27-18）-6=105+96=201mm，N2束由于是二次張拉，我們第一次張拉計算時發現其伸長值偏小，之后又張拉3片T梁均發現類似情況，后來仔細分析發現，由于我們計算錯誤，第一次張拉N2束到50%張拉力后，計算其伸長值不應該去掉其回油值，即C值，重新計算得N2束的伸長值ΔL=（70-16）+（27-16）+（76-22）-6+（59-19）+（29-19）+（67-21）-6=203mm，N3束伸長值ΔL=（117-17）+（28-17）-6+（108-16）+（27-16）-6=105+97=202mm.具體數值見表1。

由表1可知，實際伸長值/理論伸長值≤6%。通過我們對預制的50片T梁的理論伸長值與實際伸長值的分析，均在規范范圍之內。因此我們建立的預應力是準確可靠的。鋼絞線無斷裂現象；構件外觀無可見裂縫；實測上拱度及側彎控制均符合規范要求。

5 總結

預應力筋的張拉是生產預應力梁的關鍵工序，是預應力施工中的控制重點，必須在施工中控制，才能保證張拉質量，確保構件使用過程中安全性、耐久性。

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