龍灘水電站壩頂公路橋曲線錨索張拉伸長值計算

李 翼，周小波，尹習雙，肖延亮

(1.四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川成都 610072;中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 前 言

廣西龍灘水電站大壩系碾壓混凝土重力壩。其泄洪建筑物布置在河床壩段，由7個表孔和2個底孔組成。每個表孔頂部公路交通橋由5榀預制梁組成，每榀預制梁設計車輛荷載按照汽車20級、掛車100取值。設計主要結構尺寸:跨徑15m，斜度0°，計算跨徑15.7m，預制交通橋長16.36m，預制橋寬1.24m(中梁)/1.36m(邊梁)，高度為0.75m，采用現澆C40混凝土預制。橋面鋪裝10cm現澆混凝土和5cm瀝青混凝土。

公路交通橋每榀預制梁設計4束預應力錨索，錨索采用ASTM A416－98高強低松弛強度等級1860MPa鋼絞線，每束采用φ15j(7φj15.2)鋼絞線，設計張拉控制力為890kN，按設計要求進行超張拉。每束錨索采用OVM.M15系列錨具用于錨固φ15.2鋼絞線，配套千斤頂為YDC240QX－200型。預應力孔道采用預埋66mm(跨中)金屬波紋管，靠近錨固端350mm范圍孔道直徑由66mm漸擴展至97mm。現場采用“后張法”一端張拉錨索的施工工藝。

在準備施工之前，計算并反復校核了曲線錨索張拉時的理論伸長值，以便現場張拉時能夠快捷、高效地對錨索張拉的實際伸長值進行校核，以確保張拉應力達到設計錨索張拉應力。

2 預應力錨索張拉伸長值的理論計算公式

根據JTJ041－2000《公路橋涵施工技術規范》第12．8．3項和《路橋施工計算手冊》第 2．3．2 項，“對多曲線或直線段和曲線段組成的曲線筋的張拉伸長值應分段進行計算，然后再進行疊加。在計算過程中應將每段兩端扣除孔道摩阻損失后的張拉力，再按照精確法計算每段張拉伸長值，最后進行全疊加。”

(1)鋼絞線張拉時的理論伸長值ΔL計算公式:

(2)參照《公路橋涵施工技術規范》附錄G－8，預應力筋平均張拉力P平均的計算公式如下:

(3)孔道摩阻損失后的張拉力計算公式:

在計算張拉端總張拉力P0時扣除孔道摩阻損失后即可求出下一計算截面段的張拉力P，從而可了解各計算段張拉力受到摩阻損失后遞減的規律，便于掌握運用計算公式。

3 預應力鋼絞線伸長值的計算

本工程溢流壩段壩頂預應力錨索是由較典型的直線段和曲線段組成的曲線錨索，現結合公路橋涵規范、手冊的計算公式，介紹計算過程。

每榀交通橋預制梁設計4束預應力錨索(2種規格)，本次僅對其中一種規格錨索(見圖1)的伸長值進行計算分析。預應力筋采用7φj15.2鋼絞線，設計張拉力為890kN，Ay=6×14.51(mm2)，Eg=195GPa，孔道采用金屬波紋管成型，μ=0.25，K=0.001 5，鋼束折點彎起角為12°，在一端張拉施工，根據設計要求，采用分級張拉，步驟如下:

0→0.25σcon→0.5σcon→0.75σcon→1.0σcon→1.05σcon(每級張拉噸位持荷時間為5min，穩壓時間為5min)，在孔道注漿前如鋼絞線預應力損失超過10%應在另一端進行補償張拉。

圖1 曲線錨束示意

(1)圖1所示的預應力筋由直線段AB、曲線段BC、直線段CD、曲線段DE和直線段EF組成，其在各級張拉下的理論伸長值計算如下:

①張拉應力為 0.25σcon，即 0.25×890=223(kN)。計算的各段張拉力(考慮扣除孔道摩阻損失后)參數見表1，各計算段平均張拉力計算和各段鋼絞線張拉理論伸長值計算參數見表2。

表1 各段張拉力(P0張拉端力、P終點力)的計算

表2 各段平均張拉力(P平均)和理論伸長值(△L)的計算

②按照上述計算方法類推張拉應力為0.5σcon時，△L=42.69mm;張拉應力為0.75σcon時，△L=64.09mm;張拉應力為 1.0σcon時，△L=85.40mm;張拉應力為1.05σcon時，△L=89.71mm。

(2)曲線錨索現場張拉實測伸長值與理論伸長值對比見表3。

表3 錨索張拉實測伸長值與理論伸長值對比

①根據表3中的數據，在0.25σcon(初應力)→1.05σcon(最大張拉應力)彈性范圍內，張拉段AF實測伸長值:△L1=90.85－21.37=69.48(mm)。

②根據表3中的數據，0→0.25σcon(初應力)由胡克定律推算張拉段AF實測伸長值:△L2=223×△L1/(935－223)=21.76(mm)。

③張拉至1.05σcon(最大張拉應力)錨束鎖定錨固前，張拉段AF實際伸長值:△L=△L1+△L2=69.48+21.76=91.24(mm)。

(3)張拉實際伸長值的校核:

錨索超張拉至最大控制應力穩壓后鎖定前的實測伸長值與理論伸長值的偏差率為:

(91.24－89.71)/89.71×100%=1.71% ＜6%(滿足規范和設計要求)。

4 結束語

(1)對于曲線錨索的理論伸長值計算，采用直線錨索理論伸長值計算公式算出的數值與采用曲線錨索張拉理論伸長值計算公式算出的數值相差不大，但是曲線錨索張拉理論伸長值的計算與直線錨索理論伸長值的計算理論依據、計算方法完全不同，應引起各方的高度重視。

(2)即使目前我國各類型錨索施工工藝已經發展到相當成熟的程度，在準備施工之前，也需事前完成錨索張拉理論伸長值的計算，事中可以及時發現問題，如出現偏差，能夠及時查明原因，及時糾正偏差，以達到控制質量的目的。

(3)在龍灘水電站壩頂公路橋曲線錨索的施工質量控制過程中，通過監理工程師事前對理論伸長值的悉心計算和承包商的精心準備，在確保施工、監理人員熟悉曲線錨索工作原理、原材料準備無誤以及張拉設備工況良好等條件下，圓滿地完成了曲線錨索的施工質量控制工作，確保了曲線錨索張拉應力滿足設計指標的要求。