非對稱預應力兩端張拉伸長量計算方法

□李 輝（陜西水利水電工程集團有限公司）

非對稱預應力兩端張拉伸長量計算方法

□李 輝（陜西水利水電工程集團有限公司）

預應力施工是橋梁上部結構是橋梁上部結構施工的控制性關鍵工序，其施工質量直接影響到結構的使用性和安全性。文章從陜西省渭南市湭河入渭口堤防交通橋工程實際出發，探討非對稱預應力筋在兩端張拉時伸長量的計算方法，并總結了影響該工程預應力筋理論伸長值的若干因素及其合理取值，通過改進計算方法提高計算的準確性，達到有效控制預應力施工的效果。

橋梁；非對稱；預應力對稱張拉；伸長量

1 工程概況

渭南市湭河入渭口堤防交通橋位于渭南市臨渭區湭河入渭河口處，上距渭南市湭河綜合治理已建工程3#橡膠壩2.20km，橋梁跨越湭河，連通渭河大堤。橋梁全長280m，寬26m，設計為雙向四車道，主橋箱梁分47節現澆，包括3個合攏段、8個支架現澆段、36個懸臂澆筑段。主梁設計形式為單箱三室預應力變截面連續箱梁，其中主橋主梁邊跨底板、頂板連續預應力束BS1、BS2、BX1、BX2、BX3、BX4為非對稱預應力鋼絞線束，設計要求采用兩端對稱張拉方式進行張拉錨固。

在此以BS1為例計算其采用兩端張拉錨固時在控制張拉應力下的理論伸長值，用于實際張拉過程中作為預應力張拉的雙控指標之一。BS1立面布置所需鋼束的幾何要素。

2 非對稱預應力兩端張拉伸長量計算

2.1 計算公式

后張法預應力鋼絞線張拉的理論伸長值按下列公式計算：

式中：△LT為鋼絞線恰好位于張拉處的伸長長度（mm）；σi、σp、σj為張拉位置所在截面起點處的張拉應力、張拉應力的平均值以及終點位置的張拉應力（MPa）；L為鋼絞線所在節點的孔道長（mm）；k為節點所可能出現的偏差系數最大值，取k=1.50×10-3；x為相應的孔道長（m）；μ為鋼絞線與孔道所可能發生的摩擦系數最大值，一般取μ=0.16；θ為孔道偏離角度（rad）；EP為鋼絞線模數量值，結合工程實際報告，取EP=195000N/mm2。

2.2 計算步驟

將預應力鋼束根據彎曲情況分成若干個區段，計算或標注出每一個區段孔道長度曲線孔道的彎起角度，采用Microsoft EXCEL工具先創建空白表格，并將工程實際參數取值分別帶入，見表2。首先假定僅僅在鋼絞線BS1的一端（通常是左端）施加拉力進行拉升試驗，右端為固定端；再反過來做施加同樣大小的張力做相反方向的拉升試驗，以此計算各段端點的張拉應力值（見表1）。其中上一段的張拉終點截面應力為下一段的張拉起點截面應力。

表1 BS1鋼絞線束假定單端張拉各區段應力計算結果表

分別比較各區段左端張拉右端固定起點應力與左端固定 右端張拉時終點應力的離偏值（即終點截面應力差的絕對值），偏差最小則應力最小截面在該段上某處。從表1可以看出，cd區段左端張拉右端固定時的起點應力與左端固定右端張拉時的終點應力的離偏最小，因此可以判定采用兩端對稱張拉時鋼絞線應力最小截面s將在cd區段某處。假定s截面將cd區段分成cs、sd兩個區段，則孔道長度既定情況下XCS、Xsd彎轉的距離與孔道之間的夾角分別為θcs、θsd，因此有Xsd=13.37-XCS，θcs、θsd=0。

以cd區段上的典型截面i固定在右端并在其左端施加大小同cs段典型截面i完全相等的預應力張拉強度應力，且在試驗過程中做出6csj=6sdj的簡化性假設，通常情況下s會成為左右兩端兩種情況下張拉預應力相等時截面應力最小的一種截面情況。通過利用Excel基本的計算工具計算求得XCS=5.88m、Xsd=7.49m。詳見表2。預應力最小截面s的存在將BS1鋼絞線等分為左端與右端兩部分，各段按在s截面處固定，BS1的詳細計算如表3。

表2 s截面位置確定試算結果表

表3 BS1鋼絞線伸長量計算結果表

由上表的過程和結果可以看出，BS1在兩端張拉并不完全相同，這與上述理論分析過程的確存在一定的出入，但是誤差率較小可以忽略不計。根據此方法可以相應分別計算得出其他鋼絞線束的左右端伸長量和總伸長量。

3 結論與討論

鋼絞線束兩端非對稱張拉伸長量計算過程中，最小應力截面的確定是關鍵，對于對稱的鋼絞線束，其中點截面即為最小應力截面。在伸長量的計算過程中，伸長值與鋼絞線彈性模量、鋼絞線束與管道之間的摩擦系數、孔道位置偏差系數的取值有關。因此在施工過程中，必須嚴格遵守設計規范的相關規定，在選材方面和試驗設計參數的選取方面都要充分結合工程實際與規范設計，如果條件允許情況下還必須利用鋼絞線的孔道偏差相關原理對其偏離系數進行合理估算與修正，以確保在試驗和設計過程中能夠精準確定預應力最小的可能截面所在位置及其合理的預應力提高比例。文章的計算過程與結果充分表明，在鋼絞線一端進行施加壓力并將另一端進行固定的試驗過程將引起應力較大程度的損失，并大大降低施加應力的有效性，為此在實際施工過程中必須予以足夠重視。并隨著固定端頭所施加應力的減小，在相同的孔道內預應力成加速度增加的趨勢的愈加明顯，鋼絞線的預應力作用得不到充分發揮。

［1］房振葉，預應力鋼絞線(非對稱布置)兩端張拉伸長量計算方法研究［J］，黑龍江科技信息，2016（7）：110-114.

［2］肖明，非對稱預應力筋兩端對稱張拉伸長量計算方法［J］，鐵道建筑技術，2012（1）：70-73.

U445.57

B

1673-8853（2017）09-0088-02

李輝（1981—），男，工程師，主要從事水利水電工程施工與管理工作。

2017-7-12

編輯：劉長垠 韋詩佳