后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)伸長(zhǎng)量的計(jì)算方法與控制分析
預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)施工時(shí),，采用張拉應(yīng)力和伸長(zhǎng)值雙控，實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值誤差不得超過(guò)6％,，后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)一般用于預(yù)制大跨徑簡(jiǎn)支連續(xù)梁,、簡(jiǎn)支板結(jié)構(gòu)，各種現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)或塊體拼裝結(jié)構(gòu),。
預(yù)應(yīng)力施工是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作,，預(yù)應(yīng)力筋張拉是預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵工序，施工質(zhì)量關(guān)系到橋梁的安全和人身安全,，因此必須慎重對(duì)待,。
一般現(xiàn)行常接觸到的預(yù)應(yīng)力鋼材主要：有預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線(xiàn)、PC光面鋼絲,、刻痕鋼絲,、冷拔低碳鋼絲、精軋螺紋鋼等材料,。
對(duì)于后張法預(yù)應(yīng)力施工時(shí)孔道成型方法主要有：金屬螺旋管,、膠管抽芯、鋼管抽芯,、充氣充水膠管抽芯等方法,。
本人接觸多的是混凝土預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)（PCstrand、1×7公稱(chēng)直徑15,24mm,，fpk ＝1860Mpa,，270級(jí)高強(qiáng)底松弛），成孔方法多采用金屬螺旋管成孔,，本文就以此兩項(xiàng)先決條件進(jìn)行論述,。
1 施工準(zhǔn)備：
1.1 熟悉圖紙：拿到施工圖紙應(yīng)先查閱施工說(shuō)明中關(guān)于預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的規(guī)格，一般預(yù)應(yīng)力鋼束采用ASTMA416-270級(jí)低松弛鋼絞線(xiàn),，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk＝1860Mpa,，1×7公稱(chēng)直徑15,24mm，錨下控制力為Δk=0.75 fpk Mpa,。
1.2 根據(jù)施工方法確定計(jì)算參數(shù)：
預(yù)應(yīng)力管道成孔方法采用金屬螺旋管成孔,，查下表確定K、μ取值：表1
表1
注：摘自《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041-2000）附錄G－8
根據(jù)鋼絞線(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果取得鋼絞線(xiàn)實(shí)際彈性模量Ep（一般為1.9～2.04×105Mpa）
1.3 材料檢測(cè)：
金屬螺旋管根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041-2000）附錄G－7之要求檢測(cè),；
錨具根據(jù)《公路橋梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)用YM錨具,、連接器規(guī)格系列》（JT/T 329.1-1997）及《公路橋梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)用錨具,、連接器試驗(yàn)方法及檢驗(yàn)規(guī)則》（JT/T 329.2-1997）之要求檢測(cè)；
鋼絞線(xiàn)根據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線(xiàn)》GB/T5224-2003之要求檢測(cè)
2 理論伸長(zhǎng)量計(jì)算：
后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)在張拉過(guò)程中,，主要受到以下兩方面的因素影響：
一是管道彎曲影響引起的摩擦力,，
二是管道偏差影響引起的摩擦力；兩項(xiàng)因素導(dǎo)致鋼絞線(xiàn)張拉時(shí),，錨下控制應(yīng)力沿著管壁向跨中逐漸減小,，因而每一段的鋼絞線(xiàn)的伸長(zhǎng)值也是不相同的。
2.1 計(jì)算公式：
《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041-2000)中關(guān)于預(yù)應(yīng)筋伸長(zhǎng)值ΔL的計(jì)算按照以下公式（1）：
ΔL—各分段預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長(zhǎng)值（mm）,；
Pp—各分段預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力（N）,；
L—預(yù)應(yīng)力筋的分段長(zhǎng)度（mm）；
Ap—預(yù)應(yīng)力筋的截面面積（mm2）,；
Ep—預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量（Mpa）,；
《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041-2000)附錄G－8中規(guī)定了Pp的計(jì)算公式（2）：
P—預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力，將鋼絞線(xiàn)分段計(jì)算后,，為每分段的起點(diǎn)張拉力,，即為前段的終點(diǎn)張拉力（N）；
e—常數(shù)
θ—從張拉端至計(jì)算截面曲線(xiàn)孔道部分切線(xiàn)的夾角之和,，分段后為每分段中每段曲線(xiàn)段的切線(xiàn)夾角（rad）,；
x—從張拉端至計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度，分段后為每個(gè)分段長(zhǎng)度或?yàn)楣?中L值,；
k—孔道每束局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)（1/m）,，管道內(nèi)全長(zhǎng)均應(yīng)考慮該影響；
μ—預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的磨擦系數(shù),，只在管道彎曲部分考慮該系數(shù)的影響,。
從公式（1）可以看出，鋼絞線(xiàn)的彈性模量Ep是決定計(jì)算值的重要因素,，它的取值是否正確,，對(duì)計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值的影響較大。所以鋼絞線(xiàn)在使用前必須進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn),，彈性模量則常出現(xiàn)Ep’=（1.96～2.04）×105Mpa的結(jié)果,，這是由于實(shí)際的鋼絞線(xiàn)的截面積并不是絕對(duì)的140mm2，而進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)并未用真實(shí)的鋼絞線(xiàn)截面積進(jìn)行計(jì)算,，根據(jù)公式（1）可知,，若Ap有偏差，則得到了一個(gè)Ep’值,，雖然Ep’并非真實(shí)值,，但將其與鋼絞線(xiàn)理論面積相乘所計(jì)算出的ΔL卻是符合實(shí)際的，所以要按實(shí)測(cè)值Ep’進(jìn)行計(jì)算,。
公式2中的k和μ是后張法鋼絞線(xiàn)伸長(zhǎng)量計(jì)算中的兩個(gè)重要的參數(shù),，其大小取決于多方面的因素：管道的成型方式,、預(yù)應(yīng)力筋的類(lèi)型、表面特征是光滑的還是有波紋的,、表面是否有銹斑,，波紋管的布設(shè)是否正確,，彎道位置及角度是否正確,，成型管道內(nèi)是否漏漿等等，各個(gè)因素在施工中的變動(dòng)很大,，還有很多是不可能預(yù)先確定的,，因此，摩擦系數(shù)的大小很大程度上取決于施工的精確程度,。在工程實(shí)施中,，最好對(duì)孔道磨擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)定（測(cè)定方法可參照《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041-2000)附錄G－9），并對(duì)施工中影響磨擦系數(shù)的方面進(jìn)行認(rèn)真的檢查,，如波紋管的三維位置是否正確等等,，以確保摩擦系數(shù)的大小基本一致。實(shí)際計(jì)算可根據(jù)表1選取參數(shù),。
張拉現(xiàn)場(chǎng)
3 劃分計(jì)算分段：整束鋼絞線(xiàn)在進(jìn)行分段計(jì)算時(shí),，首先是分段（見(jiàn)圖1）：
3.1 工作長(zhǎng)度：工具錨到工作錨之間的長(zhǎng)度，圖1中工作段AB長(zhǎng)度＝L,，計(jì)算時(shí)不考慮μ,、θ，計(jì)算力為A點(diǎn)力,，采用公式1直接進(jìn)行計(jì)算,，Pp＝千斤頂張拉力；
3.2 波紋管內(nèi)長(zhǎng)度：計(jì)算時(shí)要考慮μ,、θ,，計(jì)算一段的起點(diǎn)和終點(diǎn)力。每一段的終點(diǎn)力就是下一段的起點(diǎn)力,，例如靠近張拉端第一段BC的終點(diǎn)C點(diǎn)力即為第二段CD的起點(diǎn)力,，每段的終點(diǎn)力與起點(diǎn)力的關(guān)系如下式：
Pz—分段終點(diǎn)力（N）
Pq—分段的起點(diǎn)力（N）
θ、x,、k,、μ—意義同上
各段的起終點(diǎn)力可以根據(jù)公式3從張拉端開(kāi)始進(jìn)行逐步的計(jì)算。
圖1
3.3 根據(jù)每一段起點(diǎn)力Pq代入公式2中求出每一段平均張拉力Pp,。
3.4 根據(jù)Pp代入公式1計(jì)算出每一段的伸長(zhǎng)值ΔL,，相加后得出全長(zhǎng)鋼絞線(xiàn)伸長(zhǎng)量。
4 算例：
已知構(gòu)件鋼束布置如圖1所示,，曲線(xiàn)段鋼束半徑600cm,，預(yù)應(yīng)力筋采用Φ15.24的鋼絞線(xiàn)束,，fpk ＝1860Mpa，錨下（張拉）控制力為Δk=0.75 fpk ＝1395Mpa,，Ep＝1.95×105 Mpa,，孔道采用金屬螺旋管。采用分段計(jì)算理論伸長(zhǎng)量,。
解：根據(jù)圖1所示共分為：AB,、BC、CD,、DE,、EF、GF共6段進(jìn)行計(jì)算,。
曲線(xiàn)段CD的θ：arc tg（19.46/151.58）＝0.1277rad
曲線(xiàn)段EF的θ：arc tg（19.46/151.58）＝0.1277rad
5 計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)控制伸長(zhǎng)量范圍：
根據(jù)《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041-2000)12.8.3條規(guī)定“實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值的差值應(yīng)控制在6%以?xún)?nèi),，否則應(yīng)暫停張拉，待查明原因并采取措置予以調(diào)整后,，方可繼續(xù)張拉”,。
從上述例題中不難看出，其它參數(shù)正確的情況下,，當(dāng)μ＝0.2時(shí)ΔL＝35mm,，符合規(guī)范規(guī)定的控制范圍是32.9～37.1mm，當(dāng)μ＝0.25時(shí)ΔL＝34mm,，符合規(guī)范規(guī)定的控制范圍是32～36mm,。
但在實(shí)際施工時(shí)由于管道成型后表面特征是否光滑、表面是否有銹斑,，位置偏差大小,，彎道位置及角度是否正確、成型管道內(nèi)是否漏漿等因素影響,，規(guī)范中提供的μ是一個(gè)變值,，根據(jù)表1中提供，變化范圍為0.2～0.25,，所以上述例題計(jì)算出的伸長(zhǎng)量的實(shí)際控制范圍應(yīng)是32～37mm,。
6 張拉時(shí)鋼絞線(xiàn)實(shí)際伸長(zhǎng)量的測(cè)量方法
鋼絞線(xiàn)實(shí)際伸長(zhǎng)量的測(cè)量方法有多種多樣，目前使用較多的是直接測(cè)量張拉端千斤頂活塞伸出量的方法,，我認(rèn)為這樣的測(cè)量方法存在一定的誤差,。
這是因?yàn)楣ぞ咤^端夾片張拉前經(jīng)張拉操作人員用鋼管敲緊后，在張拉到10%σk時(shí)因鋼絞線(xiàn)受力,，夾片會(huì)向內(nèi)滑動(dòng),，張拉到20%σk時(shí)，夾片又會(huì)繼續(xù)向內(nèi)滑動(dòng),，這樣通過(guò)測(cè)量千斤頂?shù)纳扉L(zhǎng)量而得到的10%～20%σk的伸長(zhǎng)量比鋼絞線(xiàn)的實(shí)際伸長(zhǎng)值長(zhǎng)1～2mm,，若以10%～20%σk的伸長(zhǎng)量作為0%～10%σk的伸長(zhǎng)量,，哪么在0%～20%σk的張拉控制段內(nèi)，鋼絞線(xiàn)的伸長(zhǎng)量就有2～3mm的誤差,。
從20%σk張拉到100%σk時(shí),，鋼絞線(xiàn)的夾片又會(huì)向內(nèi)滑動(dòng)一點(diǎn)，按最小值滑動(dòng)量計(jì)算單端鋼絞線(xiàn)的伸長(zhǎng)量就有3～4mm的誤差,，兩側(cè)同時(shí)張拉時(shí)共計(jì)有約6～8mm的誤差（誤差值的大小取決于工具錨夾片打緊程度）,，但是張拉力是達(dá)到的。因此用測(cè)量千斤活塞的方法一般測(cè)出來(lái)的值都是偏大的,。
對(duì)于鋼束實(shí)際伸長(zhǎng)值的測(cè)量,，建議采用量測(cè)鋼絞線(xiàn)絕對(duì)伸長(zhǎng)值的方法,，而不使用量測(cè)千斤頂活塞伸出量的方法,，后者測(cè)得的伸長(zhǎng)值須考慮工具錨處鋼束回縮及夾片滑移等影響，尤其是在鋼絞線(xiàn)較長(zhǎng),，必須進(jìn)行分級(jí)張拉時(shí),，更為繁瑣，若直接通過(guò)測(cè)量千頂活塞的伸出量,，則誤差累計(jì)更大,。
推存的測(cè)量方法如圖2所示，使用一個(gè)標(biāo)尺固定在鋼絞線(xiàn)上,，不論經(jīng)過(guò)幾個(gè)行程,，均以此來(lái)量測(cè)分級(jí)鋼絞線(xiàn)的長(zhǎng)度，累計(jì)的結(jié)果就是初應(yīng)力與終應(yīng)力之間的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值,。
7 夾片回縮量補(bǔ)充張拉
在實(shí)際張拉控制過(guò)程中,，在張拉并持荷完畢后千斤頂放松過(guò)程中對(duì)于夾片式錨具有一個(gè)夾片回縮自錨及錨具變形，使錨下控制應(yīng)力有所損失,，根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041-2000）表12.8.3規(guī)定夾片式錨具容許回縮量不大于6mm,，但是各個(gè)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)是不一樣的，基本在3～6mm之間,，所以在錨具使用前應(yīng)詳細(xì)查閱產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū),，明確夾片的回縮量，具體市公共過(guò)程中建議在最后一步持荷并測(cè)量完伸長(zhǎng)量在控制范圍內(nèi)后應(yīng)再把每端鋼絞線(xiàn)拉長(zhǎng)3～6mm（補(bǔ)足夾片回縮量）,，這樣選自.投標(biāo)書(shū)代寫(xiě)網(wǎng) yipai178.com 最終的錨固應(yīng)力才是設(shè)計(jì)的錨下控制應(yīng)力,。
8 結(jié)束語(yǔ)
理論伸長(zhǎng)值計(jì)算中，如果采取的是兩端張拉,，鋼絞線(xiàn)對(duì)稱(chēng)布置,，在進(jìn)行伸長(zhǎng)量計(jì)算時(shí)是計(jì)算一半鋼絞線(xiàn)的伸長(zhǎng)值然后乘以二的方法；如果是一端錨固一端張拉,，計(jì)算時(shí)應(yīng)從張拉端計(jì)算至錨固端,；而對(duì)于非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),，鋼絞線(xiàn)不對(duì)稱(chēng)布置，在計(jì)算鋼絞線(xiàn)的伸長(zhǎng)值時(shí),，計(jì)算原則是從兩側(cè)向中間分段計(jì)算,，至某一點(diǎn)時(shí)鋼絞線(xiàn)的受力基本相等即可，而不是簡(jiǎn)單的分中計(jì)算,。
鋼絞線(xiàn)的分段原則是將整根鋼絞線(xiàn)根據(jù)設(shè)計(jì)線(xiàn)形分成曲線(xiàn)連續(xù)段及直線(xiàn)連續(xù)段,，而不能將直線(xiàn)段及曲線(xiàn)段分在同一段內(nèi)。
預(yù)應(yīng)力筋的伸長(zhǎng)量計(jì)算方法有多種,，常用的平均力法及簡(jiǎn)化計(jì)算法在很多工程施工中也能夠滿(mǎn)足精度要求,，這里我僅是將現(xiàn)行規(guī)范中精確計(jì)算法及施工中誤差較小的一種測(cè)量方法作了簡(jiǎn)單的介紹，對(duì)于錨下控制應(yīng)力的補(bǔ)張,，應(yīng)和設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理工程師溝通明確,，是否需要補(bǔ)足夾片的回縮應(yīng)力損失。
