預(yù)應(yīng)力張拉與施工控制

田都喜

摘 要：以澤里1#大橋T梁預(yù)制中預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長(zhǎng)量與實(shí)際伸長(zhǎng)量比較，判斷施加預(yù)應(yīng)力是否準(zhǔn)確與可靠。

關(guān)鍵詞：后張法；預(yù)應(yīng)力筋；張拉；伸長(zhǎng)量；控制

1 前言

預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)力大小，直接影響預(yù)應(yīng)力效果和構(gòu)件質(zhì)量。應(yīng)力越高，建立的預(yù)應(yīng)力就越大，構(gòu)件抗裂性越好?？沽讯雀邥r(shí)，預(yù)應(yīng)力筋處于高應(yīng)力狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力筋與構(gòu)件的強(qiáng)度相近，遭受強(qiáng)荷載作用時(shí)，易同時(shí)遭到破壞，毫無(wú)征兆，類(lèi)似于鋼筋混凝土的超筋破壞。張拉過(guò)度，造成構(gòu)件反拱過(guò)大或預(yù)拉區(qū)出現(xiàn)裂縫，也是不利的。因此，對(duì)預(yù)應(yīng)力施工要正確控制。

2 預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力控制

2.1 錨下控制應(yīng)力σk和設(shè)計(jì)張拉力Pk

公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2015）要求，對(duì)于鋼絞線，錨下控制應(yīng)力σk應(yīng)≤0.75Ryb。

公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTGTF-2011）規(guī)定，張拉控制應(yīng)力應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計(jì)張拉力Pk

Pk=σk×n×Ay

式中：

n——預(yù)應(yīng)力筋的股數(shù)或根數(shù)；

Ay——單股或單根預(yù)應(yīng)力筋面積，mm2 。

2.2 張拉程序與順序

預(yù)應(yīng)力筋可分批、分階段對(duì)稱(chēng)張拉，其張拉順序按設(shè)計(jì)要求。對(duì)稱(chēng)張拉是為了避免產(chǎn)生較大的偏心受壓?jiǎn)栴}，影響構(gòu)件質(zhì)量；分批張拉時(shí)，盡量考慮后批張拉產(chǎn)生的砼彈性壓縮，這種彈性壓縮會(huì)對(duì)先批張拉的應(yīng)力產(chǎn)生影響，造成應(yīng)力損失。先批張拉的預(yù)應(yīng)力筋的張拉力應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋時(shí)，對(duì)已張拉的預(yù)應(yīng)力筋重心處，砼產(chǎn)生的法向應(yīng)力；

Eg——預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量；

En——砼的彈性模量；

σk——控制應(yīng)力；

σsI——預(yù)應(yīng)力筋第一批應(yīng)力損失（包括錨具變形和摩檫損失）；

Ay——第二批張拉的預(yù)應(yīng)力截面積；

Af——構(gòu)件砼的凈截面積。

2.3 張拉設(shè)備校驗(yàn)

施加預(yù)應(yīng)力所用的機(jī)具設(shè)備由專(zhuān)人使用和管理，定期維護(hù)和校驗(yàn)。千斤頂與壓力表配套校驗(yàn)，保證張拉力與壓力表之間的關(guān)系曲線。經(jīng)主管部門(mén)授權(quán)的法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行校驗(yàn)。

3 鋼絞線伸長(zhǎng)值控制

3.1 預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長(zhǎng)值ΔL（mm）和預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力Pp（N）計(jì)算

ΔL=Pp×L/Ap×Ep

Pp=P×〔（1+e-（kL+μθ））/2〕

式中：

P——預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力（N）；

L——從張拉端到計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度（m）；

θ——從張拉端到計(jì)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(duì)摩擦的影響系數(shù)；

μ——預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)；

Ay———預(yù)應(yīng)力筋的截面積（mm2）；

Eg——預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量（MPa）。

3.2 實(shí)際伸長(zhǎng)值

預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)，調(diào)整到初應(yīng)力σ0，該初應(yīng)力為控制應(yīng)力σcon的10%，伸長(zhǎng)量從初應(yīng)力時(shí)開(kāi)始量測(cè)，力筋的實(shí)際伸長(zhǎng)值為量測(cè)的的伸長(zhǎng)值加初應(yīng)力以下的推算伸長(zhǎng)量。

預(yù)應(yīng)力筋張拉的實(shí)際伸長(zhǎng)量ΔL（mm）按下式計(jì)算

ΔL=ΔL1+ΔL2-C

式中：

ΔL1——從初應(yīng)力至最大張拉應(yīng)力間的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值；

ΔL2——初應(yīng)力以下的推算伸長(zhǎng)值（mm）；

C——后張法砼結(jié)構(gòu)的彈性壓縮值和固定端錨具楔緊引起的預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮量。

3.3 伸長(zhǎng)值推算

在初應(yīng)力下推算伸長(zhǎng)值ΔL2，根據(jù)彈性范圍內(nèi)張拉力與伸長(zhǎng)值成正比關(guān)系，如下圖。

圖中001即為推算伸長(zhǎng)值。

L2——標(biāo)準(zhǔn)值 L1—— 實(shí)測(cè)值

ΔL——伸長(zhǎng)值 Fp——張拉力

3.4 伸長(zhǎng)值校核

預(yù)應(yīng)力筋采用應(yīng)力控制方法張拉時(shí)，以伸長(zhǎng)值進(jìn)行校核，實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值的差值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)無(wú)規(guī)定時(shí)，實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值的差值應(yīng)控制在6%以內(nèi)，否則應(yīng)暫停張拉，查明原因并采取措施予后，方可繼續(xù)。

4 工程實(shí)例

福州繞城高速公路A8合同段，標(biāo)段內(nèi)設(shè)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(yù)應(yīng)力砼、先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)T型梁；全部為30米預(yù)制T梁，共計(jì)95片；下部結(jié)構(gòu)橋墩為雙柱墩，配樁基礎(chǔ)；橋臺(tái)為樁基礎(chǔ)。

4.1 鋼束張拉應(yīng)力

4.1.1 錨下控制應(yīng)力σk與設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Ryb=1860MPa，彈性模量EY=1.98×105 MPa，采用美國(guó)ASTMA416-98標(biāo)準(zhǔn)低松弛鋼絞線，松弛率為3.5%。經(jīng)昆明理工大學(xué)建筑學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB/T5224-2003、ASTMA416-98要求。

錨下控制應(yīng)力：

1395MPa=0.75Ryb=0.75×1860MPa

鋼束設(shè)計(jì)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(yīng)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?gòu)埨璑2束到100%張拉力。

4.1.3 張拉應(yīng)力控制及伸長(zhǎng)值計(jì)算（以左幅1-2T梁為例）

張拉應(yīng)力控制：張拉千斤頂及油壓表均經(jīng)昆明理工大學(xué)建筑學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心檢驗(yàn)，千斤頂編號(hào)為15123#、15124#，兩塊油壓表編號(hào)為06.05.16.8544#、06.05.13.8905#與之配套，壓力表與壓力表的關(guān)系曲線見(jiàn)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(hào)外為7根鋼絞線張拉力及油壓表讀數(shù)，括號(hào)內(nèi)為9根鋼絞線張拉力及油壓表讀數(shù)。

伸長(zhǎng)值計(jì)算：由公式ΔL=ΔL1+ΔL2-C得，N1束伸長(zhǎng)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(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)其伸長(zhǎng)值偏小，之后又張拉3片T梁均發(fā)現(xiàn)類(lèi)似情況，后來(lái)仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，由于我們計(jì)算錯(cuò)誤，第一次張拉N2束到50%張拉力后，計(jì)算其伸長(zhǎng)值不應(yīng)該去掉其回油值，即C值，重新計(jì)算得N2束的伸長(zhǎng)值ΔL=（70-16）+（27-16）+（76-22）-6+（59-19）+（29-19）+（67-21）-6=203mm，N3束伸長(zhǎng)值ΔL=（117-17）+（28-17）-6+（108-16）+（27-16）-6=105+97=202mm.具體數(shù)值見(jiàn)表1。

由表1可知，實(shí)際伸長(zhǎng)值/理論伸長(zhǎng)值≤6%。通過(guò)我們對(duì)預(yù)制的50片T梁的理論伸長(zhǎng)值與實(shí)際伸長(zhǎng)值的分析，均在規(guī)范范圍之內(nèi)。因此我們建立的預(yù)應(yīng)力是準(zhǔn)確可靠的。鋼絞線無(wú)斷裂現(xiàn)象；構(gòu)件外觀無(wú)可見(jiàn)裂縫；實(shí)測(cè)上拱度及側(cè)彎控制均符合規(guī)范要求。

5 總結(jié)

預(yù)應(yīng)力筋的張拉是生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力梁的關(guān)鍵工序，是預(yù)應(yīng)力施工中的控制重點(diǎn)，必須在施工中控制，才能保證張拉質(zhì)量，確保構(gòu)件使用過(guò)程中安全性、耐久性。

參考文獻(xiàn)：

[1] JTGTF 50—2011.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)[S].

[2] 付巧云.淺談?lì)A(yù)應(yīng)力張拉與控制[J].河南交通科技，1997.

[3] 趙志蒙.“雙控”技術(shù)在后張法預(yù)應(yīng)力筋張拉中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2001.

[4] 楊振華，朱崗.淺談?lì)A(yù)應(yīng)力梁板監(jiān)控重點(diǎn)及問(wèn)題的處理措施[J].商品混凝土，2013（7）.

[5] 敬海豐.后張法預(yù)應(yīng)力筋施工控制[J].山西建筑，2007（12）.