淺談后張法構件預應力伸長值的計算與量測

摘要：后張法預應力在橋梁工程整個過程之中得到廣泛的應用。如何計算質量雙控指標：鋼絞線張拉伸長值和錨固張拉力，必須按照與之相關的明文規定好的條款來進行，但對預應力張拉施工中的伸長值量測，都存在較大差異。

關鍵詞：預應力張拉 伸長值 錨固回縮量 量測

1 工程概況

某橋引橋為單箱單室預應力鋼筋混凝土連續箱梁結構，梁高1.8米，砼設計標號為C55。預應力鋼束采用符合GB/T5224—2003國家標準的φS15.2mm的低松弛鋼絞線，每股公稱面積140mm2，標準強度fpk=1860Mpa，彈性模量1.95*105Mpa。設計張拉控制應力0.75fpk，采用對稱張拉，預應力束張拉采用雙控，以張拉力為主，引伸量為輔。

現結合工程實際，以其中橫梁鋼束H1為例，研究后張法構件預應力伸長值的計算與量測。

①橫梁鋼束H1，15根/束，長度6060mm，兩端張拉，設計總伸長量為42mm。

②實際施工中，由于鋼束較短，初應力定為0.15σk，張拉程序：0→初應力（0.15σk）→0.3σk→張拉控制應力（σk）→持荷2分鐘→錨固。采用測量千斤頂活塞伸出量的方法。0.15σk→0.3σk段伸長量為8mm，0.3σk→張拉控制應力（σk）段伸長量為36mm，按《公路橋涵施工技術規范》要求0→初應力（0.15σk）段伸長量取相鄰段伸長量值，計算出總伸長量為52mm，偏差23.8%，遠大于6%的要求。

2 驗算伸長量的計算

2.1 對設計伸長量驗算

后張法預應力鋼絞線在張拉過程中，因為管道不夠直及管道出現偏差所產生的摩擦力減少了錨下張拉控制應力，而且在順著管壁向梁跨中是越來越小，為了精確計算其伸長量，采用分段計算的方法。

①預應力筋伸長量計算：

Δl=Pp*x/(Ap*Ep)

說明：Ep——預應力筋的彈性模量(Mpa)，取195000MPa

Δl——分段預應力筋的伸長量(mm)

Pp——分段預應力筋的平均張拉力(103KN)

x——分段預應力筋的孔道長度(mm)

Ap——預應力筋的截面面積(m2)

②分段預應力筋平均張拉力計算：

Pp=P(1-e-(kx/1000+μθ))/(kx/1000+μθ)

說明：Pp——分段預應力筋的平均張拉力(103KN)

θ——分段預應力筋切線的夾角(rad)

x——分段預應力筋的孔道長度(mm)

k——孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數，取0.0015

μ——預應力筋與孔道壁的摩擦系數，取0.16

P——預應力筋張拉端的張拉力，進行分段計算過后，前后兩個分段相互聯系在一起，通常情況下，前者的起點張拉力就是后者的終點張拉力(103KN)。

式中k和μ是后張法鋼絞線伸長量計算中的兩個重要參數，這兩個值的大小取決于多方面的因素：管道的成型方式、預應力筋的類型、表面特征是光滑的還是有波紋的，表面是否有銹斑，波紋管的布設是否正確，偏差大小，彎道位置及角度等等，由設計要求及類似工程施工經驗，取k=0.0015，μ=0.16。

進行分段計算時，靠近張拉端第一段的終點力即為第二段的起點力，每段的終點力與起點力的關系如下：

pz=pqe-(kx/1000+μθ)

說明：Pz——分段終點力(103KN)

Pq——分段起點力(103KN)

x、k、μ、θ——意義同上

H1為非對稱結構，且為兩端張拉，故應從兩側向中間分段計算，至跨中某一點時鋼絞線的受力基本相等為止。（受力值越相近，計算結果越精確）

③張拉端張拉力計算：

P=0.75fpk*Ap

說明：P——預應力筋張拉端的張拉力(103KN)

fpk——預應力筋標準強度，取1860Mpa

Ap——預應力筋的截面面積(m2)

根據H1結合上述公式，計算時，調整第一段第3小段與第二段第1小段X的取值（但其總和保持不變），使其分段終點力相等。

2.2 對計算模型分析

鋼絞線預應力張拉施工設計控制張拉力，即預應力張拉完成后鋼絞線在錨夾具前的拉力。所以說，在計算鋼絞線預應力張拉理論伸長量的時候，需要把鋼絞線兩頭錨固點相隔的距離長短算作是鋼絞線的計算長度的大小，然而因為千斤頂工具錨完全控制著預應力張拉時鋼絞線的控制張拉力的大小，所以說來，為了使得控制和計算張拉力更加的便利，通常情況下，鋼絞線預應力張拉理論伸長量的計算長度就是鋼絞線兩頭錨固點之間的距離，再加上鋼絞線在張拉千斤頂中的工作長度的和。

3 伸長量的量測

在鋼絞線預應力張拉時，錨具和千斤頂將會包裹住幾乎所有的鋼絞線的裸露在外面的地方。要計算鋼絞線的張拉伸長量就必須使用被用來測量張拉千斤頂的活塞行程，因為它沒有辦法直接通過鋼絞線進行測量。然而于錨固整個過程，鋼絞線存在相應程度上的回縮，所以說計算鋼絞線的張拉伸長值的同時要注意把鋼絞線張拉整個過程的錨塞回縮量控制到一定范圍內。

依據《公路橋涵施工技術規范》的通常情況下的計算式是：ΔL=ΔL1+ΔL2-b-c。式中:ΔL1：為一個千斤頂活塞的張拉行程，范圍是從初始拉力至張拉設計控制拉力間；ΔL2：為初始拉力時的推算伸長值；b：工具錨錨塞回縮量；c：工作錨錨塞回縮量。

鋼絞線預應力張拉錨塞回縮量的量測：鋼絞線預應力張拉錨塞回縮量通常情況下是出現在在兩個“工具錨”部位：就是指產生在張拉千斤頂使用的“工具錨”，和把鋼絞線錨固在混凝土中的，參與鋼絞線預應力工作的“工作錨”部位。

如何進行工具錨錨塞回縮量的量測有以下幾個步驟：首先是在鋼絞線開始張拉，當千斤頂張拉力達到鋼絞線張拉至初始拉力的時候，就可以拉緊處在松弛狀態的預應力鋼絞線，就在這個時候充分的固定好千斤頂，測量從千斤頂工具錨錨杯外露端面至鋼絞線外露端頭的長度，并記下精確量：b1。

其次是，當千斤頂張拉力達到鋼絞線預應力張拉設計控制拉力的時候測量從千斤頂工具錨錨杯外露端面至鋼絞線外露端頭的長度，并記下精確量：b2；然后把計算b1和b2的差，獲得工具錨錨塞回縮量：b。此回縮的出現對張拉力量測沒有影響。鋼束H1工具錨錨塞回縮量實測為2mm?？鄢乜s后，實際伸長量為52-2=50mm，偏差為4.2%<6%，滿足規范要求。

4 錨塞回縮量對設計控制張拉力的影響

為了避免工作錨回縮對預應力造成的損失，確保張拉力能達到設計的需求，要采取以下的措施進行補救：當實施兩端張拉達到設計控制張拉力時，應按一端先錨固，再將另一端補張拉力后錨固的方法操作。要注意的是在B端補張拉后再錨固；B端補張拉錨固時，為了確保設計控制張拉力達到要求，其修正后的設計控制張拉力PK應按下式計算：PK=P+ΔP式中：P：為設計控制張拉力；ΔP：工作錨回縮對預應力損失的影響力。

5 結束語

影響預應力鋼束伸長量的因素較多，本文就張拉工作長度、錨固回縮量等因素對其影響進行論述，為類似工程施工給予指導。

參考文獻：

[1]《公路橋涵施工技術規范》.

[2]《混凝土結構設計規范》.

[3]《預應力筋用錨具、夾具和連接器應用技術規程》.