多次分級張拉伸長值的量測與應力控制簡析

郭子強

（山西路橋集團陽蟒高速公路有限責任公司，山西 太原 030006）

0 引言

普通T梁及箱梁大多都是一次性張拉，也就是千斤頂一次安裝張拉到設計控制應力后錨固，在張拉過程中分段讀數記錄計算張拉伸長值的方法。但對于某些大跨徑的橋梁或者現澆連續箱梁的長鋼絞線來說，比如高速公路匝道橋及城市交通中多采用現澆一聯多跨施工的現澆箱梁最少也在80 m以上，甚至更長，這些長鋼絞線的理論伸長值都大于400 mm。張拉這些箱梁的正彎矩預應力施工中，由于普通千斤頂的行程一般為200 mm，采用兩端同時張拉最大行程也不過400 mm，在張拉這類鋼絞線時千斤頂需要兩個行程以上，也就是要分兩級以上，千斤頂每張拉一個行程，即鎖定鋼絞線的錨環錨塞，千斤頂油壓表回零，卸下或原位重新開始張拉。在這種張拉法計算實測伸長值時，需要將每次張拉伸長量值累加得到實測伸長值。在普通張拉一次張拉到位的伸長值量測計算中，大多情況下幾個對計算伸長值影響不大的值都忽略不計，但在多次張拉的過程中這些值便成為了系統誤差，最終計算的實測伸長量與理論計算值相差較大，超出了規范中+6%的范圍，本文就某高速公路匝道橋現澆箱梁為例剖析多次分級張拉理論伸長值與實測伸長值的量測及應力控制方面的問題。

1 工程概況

某高速公路出口互通式立交匝道橋，跨徑組合為左幅20 m+17.768 m+4×20 m，右幅為4×20 m+17.768 m+20 m，共一聯，均采用預應力混凝土連續箱梁，橋梁全長為124.368 m，本文就以此橋梁預應力筋為例展開論述，在計算中主要以左幅A1束鋼絞線為例論述，鋼絞線布置大樣見圖1，鋼束要素見表1。

圖1 鋼束豎彎大樣

圖2 鋼束平彎大樣圖(單位：cm)

表1 N1鋼束豎彎要素表

表2 N1鋼束平彎要素表

注：表1及表2中除角度外所有值的單位都是cm。

2 理論伸長值的計算

計算本例鋼絞線應分開左右分別向中間計算，其中N1束開始為直線段，緊接的一段為平彎段，在有的地方平彎與豎彎又有重合需要分別計算，后面又是直線段和縱彎段，依次循環分別計算每段鋼絞線平均張拉力及伸長值，計算結果為左幅N1束鋼絞線總伸長值為683 mm，已經遠遠超出兩端張拉千斤頂最大行程400 mm，需要分級兩次張拉。計算過程略。下面就張拉伸長值的計算和實際量測中的誤區做一個簡單分析。

3 計算誤差分析

3.1 理論伸長值計算中誤區分析

在理論計算中，端頭張拉力為實時傳遞的，普通的預應力箱梁或者空心板計算中都采用由端頭計算到梁中心，由于普通箱梁為絕對對稱的形式，所以不論由哪一端計算到中心點的張拉力都是相同的。本例計算中由0號臺計算到3號墩頂中心點的張拉力值為145589 N，而由6號臺計算到3號墩頂中心

點的張拉力值為148587 N，兩端計算值由于跨徑和角度值的不同，端頭張拉傳遞的張拉力在固定點的力值會產生不同，那么如何解決本問題呢，筆者研究計算表后將3號墩頂直線全部計算入大樁號計算中發現在ZD11處所對應的曲線段內由0號臺所計算傳遞的張拉力為148457 N，而由6號臺所計算傳遞的本曲線段大樁號方向的值為148341 N，兩個值為相近值，所以筆者認為在本例中兩端張拉力的契合點位于這段曲線段內，可以采用上述兩端值的平均值計算曲線內平均張拉力，計算表值如表3。

表3 N1鋼束理論伸長值計算

在計算中對于ZD11處所對應的曲線段，由兩端頭張拉力計算平均值148399 N當作端頭張拉力計算曲線內平均張拉力，計算段內平均張拉力為147085 N，由此計算段內曲線張拉伸長值，筆者根據相關公式通過計算發現理論計算的鋼絞線總伸長量最大差距在1 mm以內，并不影響理論伸長值的計算，所以理論伸長值取為683 mm。

3.2 實際施工伸長值誤差分析

在實際施工中，大多數為一次單級張拉，一次錨固，在理論計算伸長值中都以圖紙中給定的在梁體內鋼絞線總長計算，即工作錨內的鋼絞線全長計算，在實際工作中，千斤頂張拉力其實是作用于兩端工具錨之間的所有鋼絞線，所以在大多數的理論計算中沒有考慮在工具錨與工作錨之間的工作長度的伸長值和應力損失。在單級張拉或者使用小的穿心頂的情況下，大多都忽略不計對實際伸長值的計算也不太影響，但在多級張拉中這種誤差就成為了系統誤差，成為系統誤差的值還有工具錨與工作錨的回縮量，以下就這幾個值的量測和確定一一剖析。

4 影響鋼絞線實測伸長值的幾個量值的確定

在實際施工中，預應力量測多數采用的是量測千斤頂活塞伸長量的方法和復核理論伸長值來控制伸長量，并計算伸長率是否在規范允許誤差范圍內，但在施工中人的量測本身就存在誤差外，千斤頂作為機械本身也存在一定的誤差。

4.1 工作長度伸長量

在鋼絞線預應力張拉施工中，常用的千斤頂其工作方式都是后夾式。張拉千斤頂實際張拉的是兩端工具錨之間的鋼絞線，本工程所用的是圓錨千斤頂，相關文獻[2]中給出的方法為在實驗室用3～5段普通短鋼絞線插入千斤頂幾個不同的方向，基本緊固錨塞后啟動油泵，加壓在油表讀數剛起未起時或油表指針閃動時停止實際量測預應力工作錨錨塞中心與工具錨錨塞中心距離，取平均值，筆者認為這種測量在千斤頂內測量并不容易，所以筆者將插入千斤頂內的鋼絞線換成直徑約為15 mm的木棒或者膠棒，在千斤頂內夾緊后取出，直接量測兩端夾片在棒上的刻痕，此種量測方法更加直觀。本例中實測工作長度為471 mm，理論計算在達到100%應力狀態也就是1395 MPa下，該工作長度內伸長量及應力損失見表4。

表4 工作長度內應力及伸長值計算表

由計算可得在此段工作長度內的伸長量計算值為3 mm，所以在計算實測伸長量時應該考慮將本值予以扣除，兩端同時張拉作用于鋼絞線上與理論伸長值的誤差為6 mm單級，張拉力在端頭為195162 N，損失力值為138 N，即0.138 kN，對應損失率為0.07%，所以在該處筆者認為可以在張拉應力值時就以圖紙計算中的應力值，不必將張拉應力專門張拉到102%～103%。

4.2 錨塞回縮量

在鋼絞線預應力張拉過程中錨塞回縮量出現在兩個部位，在張拉過程中產生于張拉千斤頂后端的握固鋼絞線的工具錨部分及將鋼絞線錨固在混凝土中的工作錨部分。但這兩個值在實際張拉過程中產生于千斤頂放張時刻，其實就是限位板凹槽與夾片和錨具回縮的很小的距離，而且兩個回縮量中應該主要考慮工作錨的回縮值，也就是限位凹槽的深度與錨具之間活動范圍，主要由限位板凹槽深度及錨具的磨損程度決定，本例實測為2 mm。

5 施工中引起的其他變化

在鋼絞線理論計算中采用的是普通鋼絞線，其設計的強度級別為1860[3]，在張拉中多采用0.75倍的值，也就是1395，在單級張拉中，一次張拉錨固中，混凝土全長范圍內所有的鋼絞線參與工作，但在多次張拉中，由于千斤頂張拉過程中放張后再次頂到錨具上，也就是有將近20 cm的鋼絞線是從計算理論伸長量的鋼絞線中拉了出來，在第二次張拉時是不參與工作的，在此是否可以說理論計算中的計算鋼絞線長度偏大，再次分析因為鋼絞線標準中的強度級別為1860，其最大負荷為259 kN，其屈服負荷為220 kN，遠遠大于鋼絞線張拉力195 kN，所以其彈性模量值仍然是1.95×105，但在張拉第二次時鋼絞線的直徑和截面積會減小，而且在混凝土內的摩擦相關系數也會發生變化，筆者變化相應數值計算理論伸長量變化值不大，還是683 mm，并不影響相關計算和量測，但由于筆者水平有限，只能用現有公式計算相應值，期待相關學者就本問題有更加深入的研究。

6 實際伸長值的量測與計算

在實際工作中，伸長值的量測主要以“行程法”來量測伸長值，即在千斤頂張拉過程中，當應力值達到鋼絞線初始應力值，多采用10%時或者也可以取25%應力值，油壓千斤頂暫時停止加壓后量取初始應力時伸長值L1，繼續加壓到20%或者后項所對應50%，這個值一般為初始應力值的2倍，此時量取伸長值L2，取L2-L1為初應力計算伸長值，而后張拉至100%或者計算了工作長度及錨塞回縮量值在內的應力值即100%，持荷2 min量測伸長值L3，計算的實測伸長值為L3-L1+L2-L1，再減去工作長度計算伸長值及錨回縮量值，便是鋼絞線的實測伸長值，與理論計算伸長值對比差值應該在6%的范圍內。

7 測量結果及復核

在本例中通過對張拉過程中的理論分析及影響伸長值的幾個相關值的測定，在實際張拉中采用了100%最終張拉力，分級張拉卸荷后第二次張拉中也需要量測一個工作錨的實際回縮值及錨具松弛量，過程值及計算見表5。

表5 伸長值量測及計算表

由表5可知，計算伸長率差值都在6%的范圍內，符合規范要求。

8 結語

經施工實踐對按該方法施工的箱梁大量鋼絞線預應力張拉伸長值、錨塞回縮量量測、計算結果分析，均符合《公路工程質量檢驗評定標準》預應力筋的加工及張拉的各項指標要求；張拉完成時的上拱度量測結果均與設計計算結果相符。因此，證明該量測方法是符合設計與施工規范要求和可行的。可用于鋼絞線預應力張拉施工工藝的計算、量測。但在上述分析中仍然存在很多人為的近似和想象，而且現行的規范及參考書中并沒有對多次張拉和鋼絞線內應力有準確的計算方法和相關方法，對于鋼絞線的截面積變化后的計算也沒有相應的方法，筆者通過現有公式計算分析沒有太大的變化，但相應的精確計算方法和理論有待更多學者開發研究。