淺談預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長量的計算與現(xiàn)場測量控制

李 輝

(陜西水利水電工程集團有限公司，陜西 渭南 714000)

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淺談預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長量的計算與現(xiàn)場測量控制

李 輝

(陜西水利水電工程集團有限公司，陜西 渭南 714000)

預(yù)應(yīng)力施工是橋梁上部結(jié)構(gòu)施工的控制性關(guān)鍵工序，其施工質(zhì)量直接影響到結(jié)構(gòu)的使用性和安全性。文章結(jié)合湭河橋梁工程實例，總結(jié)了影響預(yù)應(yīng)力筋理論伸長值的幾個因素，通過改進計算方法提高計算的準確性，達到有效控制預(yù)應(yīng)力施工的效果。預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工時，要采用伸長值和張拉應(yīng)力雙控，按照規(guī)范要求理論伸長值和伸長值的誤差要控制在6%以內(nèi)。預(yù)應(yīng)力施工作為一項對技術(shù)水平要求比較高的工作，在施工過程中張拉施工是施工的重點，施工質(zhì)量對作業(yè)人員的人身安全和橋梁安全都有較大的影響。當前，預(yù)應(yīng)力筋張拉施工過程中，精軋螺紋鋼、冷拔低碳鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線、PC光面鋼絲是幾種比較常用的預(yù)應(yīng)力施工材料。而孔道成型施工時一般會選擇充水充氣膠管抽芯法、鋼管抽芯法、橡膠螺旋管等方法。該工程施工時使用橡膠螺旋管進行成孔，并選用預(yù)應(yīng)力鋼絞線作為張拉材料。

橋梁；預(yù)應(yīng)力；伸長量計算；現(xiàn)場控制

1 工程實例

渭南市湭河入渭口堤防交通橋位于渭南市臨渭區(qū)湭河入渭河口處，上距渭南市湭河綜合治理已建工程3#橡膠壩2.2km，橋梁跨越湭河，連通渭河大堤。橋梁全長280m，寬26m，設(shè)計為雙向四車道，主橋箱梁分47節(jié)現(xiàn)澆，包括3個合攏、段、8個支架現(xiàn)澆段、36個懸臂澆筑段。主梁設(shè)計形式為單箱三室預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁，其中主橋主梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線210t；橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線58t；豎向預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼27t。在此以主橋主梁W3預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長值計算及現(xiàn)場控制為例進行分析。

鋼絞線理論伸長量計算：

1)鋼絞線理論伸長量計算公式：

在張拉鋼絞線時，管道偏差引起的摩擦力、管道彎曲造成的摩擦力是影響張拉效果的兩個主要因素。在這兩個因素的影響下，會使張拉鋼絞線的過程中，沿著管壁向跨中方向的錨下控制應(yīng)力降低，進而導(dǎo)致各段鋼絞線的伸長值也有所不同。按照《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50-2011)中的規(guī)范要求，在計算預(yù)應(yīng)力筋伸長值ΔL時，可以使用以下公式計算：

(1)

《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/ F50-2011)附錄G-8中規(guī)定了的計算公式：

(2)

式中：指的是節(jié)段起點截面的終點截面應(yīng)力、平均應(yīng)力、節(jié)段起點截面張拉應(yīng)力，MPa；指的是鋼絞線張拉節(jié)段的伸長量，mm；K指的是張拉端和計算截面的孔道長度，m；L指的是節(jié)段孔道的長度，mm；θ指的是曲線段孔道的彎起角度，rad；μ指的是管道和預(yù)應(yīng)力鋼絞線之間的摩擦系數(shù)，取值0.155；EP指的預(yù)應(yīng)力鋼絞線彈性模量，取值1.95×105MPa。

根據(jù)公式(1)可以發(fā)現(xiàn)，計算值正確與否和鋼絞線的彈性模量有比較大的關(guān)系，對預(yù)應(yīng)力筋的實際伸長量有較大的影響。所以要做好鋼絞線的檢測工作。實際計算時，由于沒有按照鋼絞線的實際截面積計算，并且鋼絞線截面積大小值并不絕對，彈性模量經(jīng)常會出現(xiàn)Ep’=(1.96-2.04)×105Mpa的結(jié)果。從公式(1)可以看出，如果Ap存在誤差，那么會計算得到一個Ep’值，Ep’雖然并不是真實值，但是將鋼絞線理論面積和Ep’值相乘后得到的預(yù)應(yīng)力筋伸長值符合實際情況，所以在計算過程中，可以根據(jù)實測值Ep’計算。

在公式(2)中μ和k都是計算鋼絞線伸長量時需要用到的兩個比較重要的參數(shù)。兩個參數(shù)在進行取值時會受多方面因素的影響。例如預(yù)應(yīng)力筋類型、管道成型方式、表面是否有銹斑、表面特征值是否有波紋、布設(shè)的波紋管是否正確、管道成型后是否出現(xiàn)了漏漿、彎道的角度和位置是否準確等。在施工過程中這些因素都是在不斷變化的，并且大部分變化是無法提前確定的[1]。所以，施工的精確性直接影響著摩擦系數(shù)。在實際施工過程中，要先按照規(guī)范要求檢測孔道摩擦系數(shù)，并認真的檢查所有有可能對施工摩擦系數(shù)造成影響的因素，保證摩擦系數(shù)大小可以保持一致。在實際計算的過程中，可以從表1中進行參數(shù)的選取。

表1 系數(shù)K及μ值表

2)工作長度的計算：

工作長度指的是工作錨和工具錨之間的長度，在實際計算過程中不需要對μ、θ進行考慮。主要將A點力作為計算力，在計算時，直接利用公式(1)計算。

3)計算各個劃分段的伸長值：

在采用分段計算法對束鋼絞線進行計算時，要先將計算段劃分出來，如圖1所示。在進行計算的過程中要對μ、θ進行考慮，對每一段的起點和終點力進行計算，下一段的起點力就是上一段的終點力，各段終點力和起點力關(guān)系如下式所示：

Pz=Pq×e-(KX+μθ)

(3)

式中：Pz為指的是分段終點力，N；Pq為分段的起點力，N；θ、x、k、μ為意義同上。

圖1 W3鋼束立面布置圖

4) 補充夾片回縮量：

在對預(yù)應(yīng)力張拉進行控制時，經(jīng)常會遇到夾片回縮自錨、錨具變形等情況。按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG /F50-2011)中的規(guī)定要求，錨具允許的回縮量要控制在6mm以內(nèi)。不同廠家在進行設(shè)計時會存在3-6mm左右的誤差。因此在使用錨具之前要認真的查看說明書，對具體的回縮量有一個詳細的了解，充分了解夾片施工后會產(chǎn)生的回縮量，在最后一步持荷完成并且對伸長量進行測量保持在控制應(yīng)力范圍后，為了對夾片回縮量進行補充，還要將鋼絞線的各端進一步拉長3-6mm，保證錨固應(yīng)力可以達到設(shè)計應(yīng)力要求。W3鋼束幾何要素表見表2，W3預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長量計算表見表3。

表2 W3鋼束幾何要素表

表3 W3預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長量計算表

工作長度為0.80m直線段,θ=0,考慮3%局部偏差的摩阻.△L=P*L/Ay/E=1302*140*1.03*80/140/195000=0.54cm

測量鋼絞線張拉過程中實際伸長量：

在測量鋼束實際伸長值時，可以使用絕對伸長值的方法來進行測量。測量得到的伸長值需要考慮夾片滑移以及工具錨處鋼束回縮等因素的影響。測量過程中，將標尺固定到鋼絞線上，通過標尺測量鋼絞線長度，最終得到的累積測量結(jié)果即為初應(yīng)力和終應(yīng)力的伸長值在測量鋼絞線實際伸長量時，目前主要采用直接量測張拉端千斤頂活塞伸出量的方法來進行測量[2]。但是在使用這種方法進行測量時會存在比較大的測量誤差。特別是當需要張拉的鋼絞線比較長時，測量過程過更加的頻繁，累積測量誤差更大。文章推薦的測量方法見圖2。先使用標尺布置在鋼絞線上，然后利用標尺測量分級鋼絞線的長度。測量后得到的累積計算結(jié)果即為初應(yīng)力和終應(yīng)力的實際測量伸長值。W3預(yù)應(yīng)力鋼絞線現(xiàn)場伸長量記錄分析表見表4。

圖2 絕對伸長值法表4 W3預(yù)應(yīng)力鋼絞線現(xiàn)場伸長量記錄分析表

2 結(jié) 語

1)在0-10%(20%)σK進行張拉時，因為夾片會在產(chǎn)生內(nèi)滑，管道中的預(yù)應(yīng)力筋會盤曲，所以此階段測量后得到的伸長值是不準確的，在實際張拉的過程中，將10%(20%)-100%σK階段測量得到的伸長值作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來對預(yù)應(yīng)力筋真正的伸長值進行反算。

2)當預(yù)應(yīng)力筋比較長且伸長值大于千斤頂?shù)男谐虝r，需要在實際施工時多次換頂分級張拉。因為需要對千斤頂活塞的伸出梁進行多次測量，會產(chǎn)生比較大的累積誤差[3]。

3)在計算管道摩阻系數(shù)時，取值不夠準確。為了保證計算值的準確性，需要先施工現(xiàn)場測定出管道的摩阻系數(shù)，并認真檢查施工過程中所有有可能影響摩阻系數(shù)的因素，保證測量結(jié)果的精確性。

4)在張拉過程中，如果管道預(yù)埋設(shè)計位置和實際埋設(shè)位置存在誤差、錨墊板的板面角度和預(yù)埋位置存在誤差都會導(dǎo)致設(shè)計預(yù)應(yīng)力筋和張拉作用線的軸線不重合，進而對伸長值造成影響。

5)如果施工過程中先進行穿束，然后進行混凝土澆筑時，預(yù)應(yīng)力筋局部范圍會因為管道破損而被水泥包裹。

6)對兩端進行張拉時，因啟動不同步出現(xiàn)單端受拉的情況。

7)雖然對壓力表和千斤頂進行了配套校核，但是在施工時沒有配套使用，當千斤頂持續(xù)使用200次或者使用六個月以上后要再次進行標定。

8)由于施工現(xiàn)場一些預(yù)應(yīng)力筋彈性模量不均勻或預(yù)應(yīng)力筋截面面積偏差，會導(dǎo)致伸長值出現(xiàn)誤差。

[1]朱光業(yè).后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉錨下應(yīng)力的準確控制[J].科技信息，2011(01):704-705.

[2]陸昱龍.大渡河特大橋預(yù)制T梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長量計算與現(xiàn)場控制[J].科技風(fēng)，2011(06)：180-181，185.

[3]李鵬.小議在T型橋梁梁片中后張法預(yù)應(yīng)力張拉雙控法的運用[J].科技促進發(fā)展，2010(S1)：149-150，144.

1007-7596(2017)05-0097-03

2017-04-14

李輝(1981-)，男，陜西大荔人，工程師，從事水利水電工程施工與管理工作。

U445.57

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