后張法預應力筋張拉伸長值的計算及影響因素分析

胡 濤

（中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 300171）

0 引言

預應力技術在工程上的應用十分普遍。為了有效控制預應力筋的張拉效果,其理論伸長值的計算就必須準確。如果只是簡單套用規范及公式，勢必會出現預應力張拉校核依據不準確、不能真實反映張拉質量情況等現象。因此,在實際工程計算中一般采取直接測算預應力筋運動絕對伸展值，通過分段計算的方法，確保預應力張拉的有效拉力滿足規范和設計要求。本文以實際工程作為案例，說明了伸長值計算方法的有效性，并對影響預應力筋伸長值的關鍵因素及防治措施進行了分析。

1 工程概況

某工程預應力混凝土簡支箱梁采用了后張法施工，簡支箱梁的長度尺寸分別為20m、25m和30m。20m箱梁設置14束鋼絞線，其中腹板6束，底板8束；25m箱梁設置14束鋼絞線，其中6束在腹板，另外8束在底板；30m箱梁設置16束鋼絞線，腹板6束、底板10束。工程中采用標準型鋼絞線制作預應力鋼絞線，鋼絞線為7根公稱直徑為15.2mm的鋼絲捻制而成，抗拉強度為1860Mpa[1]。

2 理論計算公式

根據（JTG∕T3650-2020）《公路橋涵施工技術規范》7.6.2 條，預應力筋理論伸長值ΔL（mm）和實際伸長ΔLS（mm）值計算公式如下[2]：

根據《公路橋涵施工技術規范》中附錄F預應力筋平均張拉力PP（N）計算公式如下[2]：

上述公式（1）、（2）、（3）中：

PP——預應力筋的平均張拉力（N）；

L——預應力筋的長度；

AP——預應力筋的截面面積（mm2）；

EP——預應力筋的彈性模量（N∕mm2）；

P——預應力筋張拉端的張拉力（N）；

x——從張拉端至計算截面的孔道長度（m）；

θ——從張拉端至計算截面的孔道部分切線的夾角之和（rad）；

k——孔道每米偏差對摩擦的影響系數；

μ——預應力筋與孔壁的摩擦系數。

3 伸長值計算

預應力筋在梁體中的有兩種布置形式，分別為直線、曲線。因管道與預應力筋的張拉力之間存在摩擦，從而使從張拉端至跨中張拉力慢慢減小。本文將準備采取分段計算的方法來得出張拉的伸長值，先計算每一段鋼束剩余有效張拉力、平均張拉力以及伸長值，然后將每段鋼束的伸長值進行相加。在計算預應力伸長值時，不僅要正確劃分分線型的段落，而且還要確定預應力筋的工作長度等[3]。

依據規范中理論伸長值計算的公式，現結合上述工程情況說明計算方法：

對于采用后張法施工的20m、25m和30m混凝土簡支箱梁，張拉時兩端同步張拉。以30m梁為例，其采用的鋼束分為10根15.2mm鋼絞線、9根15.2mm鋼絞線兩種，工程采用直徑為90mm和85mm的金屬波紋管進行預應力管道成孔。根據現場管道摩阻試驗測出：k=0.0025，u=0.23，相關設計院根據工程實測的孔道摩阻系數和摩擦系數，得出錨下張拉控制應力為Pk=1395MPa。

現以腹板索鋼束F1為例，由于采用兩端同步張拉，因而只需計算張拉端至跨中截面鋼絞線伸長值，腹板索鋼束F1為17根鋼絞線，單根鋼絞線的截面面積和彈性模量分別為Ag=140mm2，E=1.95×105MPa，腹板索鋼束F1的1∕2大樣圖如圖1所示。

圖1 鋼束F1豎彎大樣圖（單位：cm）

1段的鋼絞線長度為：L1= 837.7cos-16°= 842.1cm

1 段 的 錨 下 張 力：P1=17×140×1395MPa=3320.10kN

1 段的平均張拉力：PP1=3285.39kN

2 段、3 段腹板索鋼束F1 伸長值的計算結果如表1所示。

表1 腹板索鋼束F1伸長值

4 預應力筋實際伸長量的測量方法

測定預應力筋實際拉伸量的方法具有多種，實際項目工程中經常采用直接測定工具張拉端千斤頂活塞運動拉伸量，但該方法存在一定的偏差。因為在工具錨端張拉之前，張拉施工的操作人員會使用鋼管敲緊工具夾片,當張拉方式的用工速率超過10%σk時會有預應力筋受力,夾片會向內滑動；當張拉方式的用工速率超過20%σk后,夾片又會向內滑動；當用工速率從20%σk到100%σk時,預應力筋的夾片仍會繼續向內滑動。按最低位滑動量計算單端預應力筋的實際最大拉伸量，這樣會有3～4mm的偏差；若兩個同時進行拉力，那么將合計有約6～8mm的誤差，工具錨夾片的松緊程度決定了偏差值的大小。由于存在這樣的偏差,對于理論伸長值不大的預應力筋而言,其偏差會達到或高于6%的理論精度值與實際計算結果之間的最大誤差值,從而嚴重影響了施工精度與理論張拉的作用[6]?，F場測量如圖2所示。

圖2 現場查看伸長量

所以,為了測算預應力筋實際運動伸展值，應采取直接測算預應力筋運動絕對伸展值的辦法，僅量測千斤頂活塞的實際運動伸展量方法不可取。在預應力筋上固定一根標尺，無論伸長了多少距離，均可由此來量測分級后預應力筋的實際長度，初始應力和最后應力間的實際伸長值就是它所累計的結果，詳見圖3所示[7]。

圖3 量測分級后預應力筋的實際長度

5 伸長值的影響因素及防治措施

5.1 伸長值的影響因素

在施工過程中，一些重要因素會對預應力筋伸長值產生影響，現對這些關鍵影響因素進行分析。

（1）當波紋管的定位筋間距超過設計要求時，若定位筋焊接不牢靠，焊口質量差，則可能會造成實際成孔管道與設計管道的線型及位置存在比較大的出入。當管道摩阻（摩擦阻力）實際與理論數據不一致時，也會使實際伸長值與理論伸長量之間出現較大誤差。

（2）在箱梁混凝土澆筑過程中，如果振搗棒、混凝土等外力擠壓使得金屬波紋管孔內塌孔，也可能會造成實際伸長值偏小。

（3）當混凝土和其他雜物未清理干凈，殘留在喇叭口內時，將會增加喇叭口和錨口的應力損失，導致預應力筋的實際張拉力和實際伸長值偏小。

（4）如果預應力筋下料后未梳理編束，致使鋼絞線在孔道內糾纏在一起，預應力筋張拉時，則會出現應力分布不均勻，導致實際伸長值與理論伸長值存在較大差距。

（5）千斤頂伸長量標尺松動將使計量結果不準，油表失靈或其他設備出現問題也將導致不能準確測量伸長量，從而導致預應力筋的實際伸長值與理論伸長值計算結果存在較大差距。

5.2 預防及管控措施

（1）預應力管道的定位筋必須嚴格按照設計的坐標、間距控制精準，并焊接牢固，避免出現澆筑混凝土時，因外力作用，波紋管產生位移，從而導致實際成孔線形與設計偏差較大。

（2）按規范要求時間進行抽拔成孔橡膠棒，在混凝土終凝后，鋼絞線穿束工序施工前，必須及時用高壓風將孔道清理干凈。

（3）為了張拉質量得到保證，張拉之前，必須及時將喇叭口內的混凝土渣等雜物清理干凈。

（4）梳整編束是預應力筋下料后必須要進行的工序，應每隔1.5m用鐵絲進行捆扎編束，從而使孔道內的預應力筋順暢、不扭結。施工時將鋼絞線兩端進行編號，保證張拉時同一根鋼絞線在兩端錨板上孔位一致。

（5）按照相關規范的要求，派專人定期對千斤頂及油表配套等設備進行校驗復核，保證一切設備工作正常。智能張拉設備千斤頂標尺傳感器是否正常尤為關鍵，在張拉之前一定要仔細檢查。

6 結束語

綜上所述，計算預應力筋張拉伸長值時，直接測定工具張拉端千斤頂活塞運動拉伸量的方式，將導致預應力筋伸長值計算結果產生較大偏差。在實際計算中，應根據工程實際情況，采取分級測量的方式計算后預應力筋的實際長度。這樣才能夠減少預應力拉伸值計算的誤差，從而提高預應力施工的效率。