連續梁預應力鋼絞線施工伸長值的計算和控制

魏 鳳

(中鐵二十四局集團福建鐵路建設有限公司， 福建 福州 350000)

0 引言

作為連續梁懸澆法施工的關鍵工序，預應力鋼絞線施工質量直接影響連續梁的結構安全。近幾年來，連續梁工程由于預應力鋼絞線施工出現的問題，造成橋梁結構滿足不了設計要求而返工的質量事故屢屢發生。本文結合福平鐵路古槐特大橋連續梁施工，從預應力鋼絞線理論伸長值計算、張拉施工控制及伸長值量測等方面進行探討論述，分析總結施工技術要點，確保預應力施工質量滿足設計要求。

1 工程概況

福平鐵路古槐特大橋跨越規劃路主梁采用（32+48+32）m連續梁，梁體設計為單箱室、變高度、變截面結構，梁頂寬度 12.6m，梁體全長 113.1m，梁體按全預應力結構設計，梁體頂，腹板縱向預應力鋼束采用12-15.2鋼絞線，OVM15-12錨具錨固；在梁體底板縱向預應力鋼束采用15-15.2鋼絞線，OVM15-15錨具錨固。梁體橫向預應力鋼束采用5-15.2鋼絞線，配套扁錨錨固；梁體豎向采用φ32PSB830螺紋鋼筋[1]。

2 伸長值計算

連續梁設計圖紙中通常會提供鋼絞線的理論伸長值，而這些伸長值是根據預先設定的錨口及喇叭口損失、管道偏差系數、管道摩阻系數和理論鋼絞線彈性模量計算出來的，然而在實際施工過程中由于預應力束筋的類型、表面特征、孔道定位、管道的接頭質量及波紋管的偏差大小、彎道位置及角度等因素均會影響理論伸長值的計算，且設計提供的伸長值并未考慮張拉工作長度的伸長值；因此在工程實際中，需要結合實測的鋼絞線彈性模量及經過現場試驗確定的喇叭口損失、管道摩阻系數來重新計算鋼絞線的理論伸長值。

根據《鐵路混凝土工程施工技術指南》附錄C要求，對于由多個直線段和曲線段組成的預應力筋，應分段計算每個直線段和曲線段鋼絞線的伸長值后再進行累加，而任意直線段或曲線段的預應力筋伸長值[2]按照下列公式進行計算：

在此以本工程連續梁 3#塊腹板束F4#為例計算在其控制張拉應力下的理論伸長值，本橋理論伸長值計算根據以上公式（1）、（2）建立EXCEL表格量進行自動計算，從而減少手工計算工作量，并且可提供計算的準確度。見表1：

圖1 鋼束分段

表1 F4#縱向鋼絞線理論伸長量計算過程

3 預應力施工

3.1 預應力設備選用

本橋最大鋼束為梁體底板束采用 15-15.2鋼絞線，設計錨下張拉控制應力為1320MPa，則張拉錨外控制力為 15×140×1320/（1-0.06）=2949KN(設計)，根據規定，一般以預應力鋼絞線張拉力的1.2～1.5倍來選用千斤頂，故本橋采用額定張拉力為4000KN的千斤頂，最大行程20cm，并配套選用ZB4/600型電動高壓油泵；選用耐震精密壓力表，精度為0.4級，最小刻度值不大于1MPa。

預應力張拉所用的張拉設備和儀表采用專人使用和管理，并定期維護。千斤頂和壓力表應配套使用并定期校驗。張拉機具應與錨具配套使用，并應在進場時進行檢查和校驗，對長期不使用的機具設備應在使用前進行全面的檢查和校驗。千斤頂和壓力表在校驗標定后必須按照標定配套使用，嚴禁混用[3]。

張拉時，應根據千斤頂和壓力表配套校驗的報告計算出張拉控制應力及初始應力對應的油壓表讀數，以指導施工。

3.2 預應力張拉

設計圖紙要求懸澆梁段預應力筋張拉應在梁體混凝土強度達到設計值的90%、彈性模量達到設計值的90%及混凝土齡期達到7天后，才能進行張拉施工[1]。張拉時采用兩端同步張拉，張拉順序為從外向內左右對稱進行。

張拉程序：0→20%δ→40%δ→100%δ (持荷5min)→錨固

張拉應力控制：為確保張拉至初始應力時預應力鋼絞線處于緊繃狀態，本橋張拉初始應力按照20%δ控制（δ為設計控制應力）。張拉時，控制應力的實現是以油壓表的讀數間接量測出來的，所以在張拉前應先根據最新標定校準報告計算出相應張拉力時所對應的油表數據，F4#鋼束張拉控制油表讀數見表2：

張拉作業施工時，要保持兩端張拉同步進行，并保持兩端的鋼絞線伸長值基本一致。當油表達到張拉力后，停止張拉，關閉主油缸油，并持荷5min，測量鋼絞線伸長量加以校核。在持荷5min以后，若拉力值有下降，須補油張拉至設計拉力的，確保張拉力滿足設計要求。

表2 F4#鋼絞線張拉油表數據

3.3 實際伸長量量測

張拉時鋼絞線伸長值量測采用測量千斤頂活塞頂程的方法，在張拉至20%δ、40%δ、100%δ時分別量測千斤頂的活塞頂伸值為L1、L2、L3并做好記錄，鋼絞線的伸長值量測從20%δ開始，而0～20%δ段實際伸長量無法測量，只能通過20%δ～40%δ推算的伸長值作為20%δ前的伸長量，因此在張拉至20%、40%時的油壓表讀數及伸長量量測必須精確，否則會影響最終伸長率。

實測單端伸長值為ΔL1=L3-L2+2*（L2-L1）

同時由于工具夾片張拉前是通過作業人員敲緊后進行張拉，夾片與錨墊板未完全錨固，所以在張拉受力過程中，工具夾片會隨鋼絞線的張拉向內滑動回縮，所以每次量測伸長量時需量測工具夾片的外露長度，測量夾片外露長度時應量測鋼束每個夾片外露長度后取平均值，然后計算確定工具錨夾片回縮量ΔL2，根據現場實測統計工具錨夾片單端回縮值為3mm。

3.4 伸長率計算

以上分析，兩端張拉實測伸長值為ΔL=（ΔL1-ΔL2）*2，同時計算伸長率：伸長率=（實測伸長值-理論伸長值）/理論伸長值，其值不得大于±6%，如果伸長率超標，應暫停施工并分析原因。現場實測F4#鋼絞線張拉記錄見表3：

表3 預應力鋼絞線張拉記錄表

4 應力損失措施及伸長量偏差分析

4.1 工作錨夾片回縮應力損失控制

本橋張拉采用 YCW400A-200型穿心式千斤頂，為限制工作錨夾片在張拉過程中隨鋼絞線的拉伸而不斷向后移動，需在千斤頂與工作錨之間設置限位板來控制夾片位移，而在鋼絞線張拉至設計控制張拉力后，回油放松時，工作錨夾片又會隨鋼絞線收縮向錨墊板孔內位移，從而將鋼絞線錨固，這就是工作錨夾片回縮的全過程。因此在張拉至控制應力后回油錨固時，隨著工作錨夾片的回縮，錨下應力會相應的損失，造成錨下應力達不到設計要求，需采取措施進行補張拉補足應力值。

本工程在張拉前，首先量取了限位板凹槽深度為6mm（見圖1），張拉完成卸掉千斤頂后，量取工作錨夾片的外露長度為3mm（見圖2），從而確定工作錨夾片回縮量為3mm[4]。因此張拉過程中在持荷完畢并量取完伸長量后，再將鋼絞線補張拉長，其拉長值為單端夾片的回縮量值，從而滿足錨固應力滿足設計錨下應力值。

圖1：限位板凹槽深度

圖2：工作錨夾片外露長度

4.2 伸長值存在偏差分析

預應力鋼絞線施工質量以張拉力控制為主，伸長值進行校核，伸長率偏差不得大于±6%，現場施工過程中也存在伸長率超標的的現象，根據現場情況分析原因并總結如下：

（1）理論伸長量計算時，未采用實測的鋼絞線參數及試驗確定的孔道摩阻等參數進行計算，且未考慮張拉工作長度的伸長量。

（2）張拉千斤頂和油表未配套使用或者未按規定要求進行校核或出現故障未重新校核。

（3）張拉過程中兩端張拉未同步張拉，張拉操作不規范，兩端伸長量相差較大。

（4）伸長量量測時方法不正確，讀數誤差。

6 總結

通過對本工程預應力鋼絞線從理論伸長值計算、張拉控制、實際伸長量量測及夾片回縮量等進行系統分析和研究，確保了本工程的預應力鋼絞線施工質量滿足設計要求，為本項目后續懸澆法連續梁預應力施工提供借鑒。

[1]《新建鐵路福州至平潭鐵路新建工程施工圖（32+48+32）m連續梁（橋面寬12.6m）》福平施（橋）參-15 鐵四院

[2]《鐵路混凝土工程施工技術指南》 鐵建設（2010）241號

[3]連 偉 現澆預應力混凝土連續箱梁橋施工技術總結 建筑知識 2010年S2期

[4]張相璽 預應力張拉伸長值及夾片回縮量量測淺析 黑龍江科技信息2008年23期