预应力箱梁钢绞线的张拉理论伸长值计算

摘要：本文结合实例对预应力筋及钢绞线张拉计算伸长量计算方法及施工测量控制进行探讨。
关键词: 预应力筋;伸长量计算;张拉控制;计算分析
前言
预应力技术在的普遍应用,大大提高了结构自身的承载能力,结构自身重量也随之改变,节约了大量钢材、混凝土及其原材料,加快了公路建设的进程,取得了一定的经济和社会效益。同时,预应力技术在结构的使用性能和寿命上起着举足轻重的作用,所以预应力的控制尤为重要。
　　在施工过程中,为了保证施工质量,预应力张拉要求采用双控,即应力控制为主,伸长量控制为辅,计算伸长值与实际测量伸长值的差值应控制在±6%范围内,因此伸长量的计算显得十分重要。笔者根据某大桥箱梁的预应力张拉施工过程控制和自己的施工体会,结合相关资料,对伸长值的计算与操作检测谈谈自己的观点。
一、工程概况
某大桥，为5×20m 的预应力混凝土箱梁构造。桥梁预应力施工时，采用张拉应力和伸长值双控。
二、预应力筋张拉理论伸长值计算
2.1、相关参数
采用塑料波纹管，管道摩擦系数μ=0.14，管道偏差系数k=0.0015，预应力组合箱梁张拉使用钢材为低松驰、高强度的预应力钢绞线，单根钢绞线直径为φj15.2mm，钢绞线截面积A=140mm2，标准强度fpK=1860Mpa，实测平均弹性模量为 Ep=2.06×105Mpa，张拉锚下控制应力为σ=0.7fpk =1302Mpa。
2.1.2 计算公式：
预应力钢绞线张拉理论伸长量计算公式:ΔL＝（PpL）/ （ApEp）
2.2、箱梁中跨各束钢绞线张拉计算书中跨各束钢绞线张拉时相关值计算如下图 1：

图1 中跨 N1 束钢绞线分段终点力计算图
经验算，N1. N2，和 N3 理论伸长值与设计伸长值相差为0.00660m.0062m 0.0060m，符合规范设计偏差要求.
2.3、边跨各束钢绞线张拉时相关值计算如下图 2：

图 2 边跨 N1 束钢绞线分段终点力计算图
经验算， N1. N2，和 N3 理论伸长值与设计伸长值相差为0.0064m.0062m 0.0060m，符合规范设计偏差要求.
三、张拉程序
A、混凝千斤顶进场后，使用200 次及出现不正常现象时，应重新校验。
B、张拉设备的标定，张拉设备应配套使用，不得混用，并要成套标定张拉机具在进场时应进行配套检查和校验，以确定张拉力与压力表读数之间的关系曲线。所用压力表的精度不得低于1.5级，校验精度不得低于±2%。检验时，千斤顶活塞的运行方向应与实际张拉工作状态相一致。
C、伸长值的测量
预应力钢绞线张拉时应先调整到 0.2 初应力后再开始测量伸长值，实际伸长值减去测量的伸长值外再加上初应力时推算伸长值在测量伸长值时应考虑夹层外露长DL=DL1+DL2-DL3。式中：DL1～从初应力到控制应力之间的实测伸长值。DL2～初应力时推算的伸长值可采用相邻的伸长值。DL3～夹层的内缩值通常是 12mm 可不予考虑。
预应力钢绞线采用应力控制法张拉，以伸长值进行校核,实际伸长值与理论伸长值差控制在 6%之内。
D、张拉程序
所有的钢绞线束均采取超长法，其程序如下： 0(0.2 初应力(1.05 应力(荷载 5 分钟(锚固。张拉原则，按先中间后两边，先上后下的原则对称张拉，张拉时采用专门的工作架和操作平台，千斤顶安装采用倒链。
E、张拉技术要求
箱梁中跨各束钢绞线张拉计算书表1

箱梁边跨各束钢绞线张拉计算书表2

钢绞线预应力张拉原始记录（油表读数及张拉力略）表3

a砼强度达到 100%时即可进行张拉，两端张拉。
b张拉时要严格按千斤顶及高压油泵操作规程进行，两端张拉时设有专人指挥和通讯联络保证两端操作一致。
c锚塞回缩量两端之和不得大于 5mm。
d张拉应力在任何情况下均不超过预应力钢绞线的抗压强度的80%。
e气温在 50度以下时进行张拉，按千斤顶说明书采用冬季油。
f张拉过程中，操作应缓慢进行，逐级加荷稳步上升，千万不要操之过急，给油过快造成张拉事故。
四、预应力张拉
经施工实践对按该方法施工的桥梁箱梁大量钢绞线预应力张拉伸长值、锚塞回缩量量测、计算结果分析，均符合JTJ071-2008《公路工程质量检验评定标准》预应力筋的加工及张拉的各项指标要求；张拉完成时的上拱度量测结果均与设计计算结果相符。实测总伸长值为1486+123-2*176-4=1253，计算张拉伸长率误差=2.2%符合规范要求合格。
五、结束语
1、钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度的确定：钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度，一般是指在张拉千斤顶装入钢绞线后，从工具锚锚杯中心至预应力混凝土工作锚锚杯中心的距离，注意丈量时应将千斤顶安装好，装入钢绞线，基本打紧锚塞，启动油泵，开始加油，在千斤顶活塞启动，即油压表指针闪动的瞬间即刻关闭加油阀，此时丈量工具锚锚杯中心至预应力混凝土工作锚锚杯中心的距离，即可确定为钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度。
2 、钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度在预应力钢绞线张拉伸长值计算中的应用：一般在预应力张拉时，原始记录中的伸长值，都是按千斤顶活塞的行程距离记录的，按此计算的钢绞线实测伸长值，是预应力混凝土中工作锚之前的钢绞线伸长值加钢绞线在张拉千斤顶中工作长度的伸长值之和，不是钢绞线纯在混凝土中工作长度的张拉伸长值，故在计算钢绞线张拉伸长值及张拉伸长率误差时应注意以下几个问题：
2.1、计算预应力钢绞线理论伸长值时，若预应力钢绞线的计算长度已包括钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度，就可直接用此计算的预应力钢绞线理论伸长值与按原始记录中数据计算的实测伸长值比较，来计算预应力钢绞线张拉伸长率误差。这是施工中常用的方法。
2.2、计算预应力钢绞线理论伸长值时，若预应力钢绞线的计算长度不包括钢绞线在张拉千斤顶中工作长度，在按原始记录中数据计算出实测伸长值后，还应减钢绞线在张拉千斤顶中工作长度的伸长值，然后才能按此伸长值与预应力钢绞线理论伸长值比较，去计算预应力钢绞线张拉伸长率误差。
3、钢绞线预应力张拉锚塞回缩量的量测：钢绞线预应力张拉
锚塞回缩量在两个部位出现：即产生在张拉千斤顶使用的“工具锚”，和参与钢绞线预应力工作，将钢绞线锚固在混凝土中的“工作锚” 部位。有的文献和产品说明书介绍了锚具的变形造成预应力钢筋的回缩值的参数，只可作为对锚具验收和施工控制的参考依据，具体计算还应以实测为准。
参考文献：
⑴公路桥涵设计手册《预应力技术及材料设备》刘效尧朱新实主编王建瑶主审人民交通出版社2000年1月第一版第二次印刷.
⑵JTJ023-85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.
⑶JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范.