預應力鋼絞線張拉程序及影響因素分析

王 沙

（中鐵十八局集團第三工程有限公司 河北涿州 072750）

1 預應力鋼絞線張拉概述

預應力施工方法一般包括先張法和后張法兩種方法。然而由于先張法的預應力筋一般多是直線，可以在無管道摩擦的理想狀態下看作后張法的一種特例，所以土木工程測量中所應用的預應力施工方法多是后張法預應力鋼絞線張拉程序計算方法。

在當今的土木工程領域，預應力混凝土結構是應用最為廣泛的一種建筑結構，預應力施工技術作為土木工程施工技術的重要組成部分，在很大程度上決定著預應力混凝土結構的質量及其可靠性。而在預應力混凝土結構中，預應力的大小作為其中最重要的一項技術指標，要時刻控制好張拉完成的應力，而在當前的土木工程領域中張拉應力的控制多采用的是后張法預應力鋼絞線張拉程序。而后張法預應力鋼絞線張拉程序為了保證施工質量，在預應力鋼絞線的張拉施工中，除了要進行預應力控制外，還需要對伸長值進行校核，有效控制理論伸長值與實際伸長值之間的誤差。

2 預應力鋼絞線張拉程序的計算方法

按照相關的技術規范的規定，預應力鋼絞線張拉程序的計算主要包括預應力鋼絞線有效長度的計算、預應力鋼絞線理論伸長值以及實測伸長值的計算，然后對理論與實測伸長值的計算結果進行校核后，采取有效措施，縮小二者之間的誤差來達到預應力控制的目的。

2.1 預應力鋼絞線有效長度的計算

由于預應力鋼絞線在梁的長度方向的分布是立體的，而在梁的高度以及梁的寬度方向的分布是有彎折現象的，而且對于直線段與曲線段組成的曲線預應力筋要分開計算。其中預應力鋼絞線有效長度的計算需注意以下兩點：

第一，由于工具錨與工作錨之間的這一段的預應力鋼絞線同樣有受力伸長，所以鋼絞線的有效計算長度必須加上這一段，然而由于不同廠家的千斤頂長度與錨具厚度是有差異的，因此這一段預應力鋼絞線的有效長度還需要進行現場量測。

第二，由于預應力鋼絞線在垂直面和水平面的投影中存在曲線，所以應利用微積分的數學方法，將曲線段劃分為無數個投影為直線的小線段，通過計算每一小段預應力鋼絞線的長度后，再積分計算出這一曲線段的預應力鋼絞線的有效長度。

2.2 預應力鋼絞線理論伸長值的計算

預應力鋼絞線理論伸長值的計算可根據《建筑施工手冊》的相關理論計算公式進行計算，假定預應力鋼絞線的伸長值為ΔL，其計算公式如下：

式中，Pj為各分段預應力鋼絞線的張拉力；LT為預應力鋼絞線的分段長度；Ap為預應力鋼絞線的截面面積；Es為預應力鋼絞線的彈性模量；θ為截面曲線孔道部分切線的夾角之和；x為截面的孔道長度；k為管道的摩擦系數；μ為預應力鋼絞線與管道壁之間的摩擦系數。需要注意的是，鋼絞線的彈性模量Es對張拉伸長值的影響比較大，彈性模量Es取值的正確與否，對計算預應力鋼絞線的理論伸長值的影響比較大。另外根據《建筑施工手冊》的相關說明，應力鋼絞線的伸長值為ΔL可近似計算為：

公式（2）可以變換為

這樣在進行分段計算時，就可以把靠近第一段張拉端的終點力視為第二段的起點力，每段的終點力與起點力的關系如式（4）所示：

式中，Pz為分段終點力；Pj為分段的起點力。其他各段的起點力和終點力可以按上述公式逐步的進行計算。

2.3 預應力鋼絞線實測伸長值的計算

在鋼絞線預應力張拉時，鋼絞線的外露部分，大部分被錨具和千斤頂所包裹，鋼絞線的張拉伸長量無法在鋼絞線上直接測量，故只能用測量張拉千斤頂的活塞行程，計算鋼絞線的張拉伸長值，但同時還應減掉鋼絞線張拉全過程的錨塞回縮量。其中預應力鋼絞線實測伸長值的計算公式如下：L= L1+L2-b-c。式中，L1為從初始拉力至張拉設計控制拉力間的千斤頂活塞的張拉行程；L2為初始拉力時的推算伸長值；b為工具錨錨塞回縮量；c為工作錨錨塞回縮量。其中，工具錨錨塞回縮量b與工作錨錨塞回縮量c的測量方法如下：

（1）工具錨錨塞回縮量b的測量。在鋼絞線開始張拉，當千斤頂張拉力達到鋼絞線張拉至初始拉力已把松弛的預應力鋼絞線拉緊時，應將千斤頂充分固定，精確量取工具錨錨環外露端面至鋼絞線外露端頭的長度 b1。當千斤頂張拉力達到鋼絞線預應力張拉設計控制拉力時，再量取工具錨錨環外露端面至鋼絞線外露端頭的長度b2，則b= b1- b2。

（2）工作錨錨塞回縮量c的測量。當預應力鋼絞線由很多單根組成時應每根量測，取其平均值，一般至少測量三處，千斤頂限位板凹槽深度已知為C1，工作錨錨塞回縮位移后，將引起鋼絞線張拉力的減小，減小量及補償方法見后述。張拉完畢卸掉千斤頂后，在工作錨處測量工作錨夾片與錨環處的外露長度為C2，則C= C1- C2。

3 預應力鋼絞線張拉程序的影響因素分析

（1）摩擦系數的影響。摩擦系數決定了鋼表面和管道表面的狀態，同時摩擦系數還還對受力鋼絞線的受力大小產生影響。

（2）鋼絞線尺寸的影響。鋼絞線之間的尺寸差會使各單根鋼絞線的受力不均勻，受力不均勻將會導致相應鋼絞線彈性模量的下降，進而對預應力鋼絞線理論伸長值的計算以及預應力鋼絞線實測伸長值的計算都會產生影響。

（3）鋼絞線偏轉角的影響。在設計時偏轉角的選取是否合理將直接影響鋼絞線的偏轉問題。

（4）鋼絞線退扭的影響。不同轉向的鋼絞線連接在一起很有可能導致鋼絞線旋轉退扭現象的出現，進而影響鋼絞線的張拉延伸值。

（5）彈性模量的影響。由于彈性模量的測量比較復雜，測量時所采用的測量設備比較多，測量設備的誤差以及測量經驗的不足都會對預應力鋼絞線理論伸長值的計算以及預應力鋼絞線實測伸長值的計算都會產生影響。

（6）鋼絞線屈服強度變化的影響。當彎曲應力大于屈服點時就會造成鋼絞線屈服強度的變化，鋼絞線屈服強度變化勢必會對預應力鋼絞線理論伸長值的計算以及預應力鋼絞線實測伸長值的計算都會產生影響。

（7）鋼絞線橫截面積的影響。在不同橫截面積條件下預應力鋼絞線理論伸長值的計算以及預應力鋼絞線實測伸長值的計算結果會有所不同。

（8）張拉和測量設備以及千斤頂、壓力表或其它測力裝置誤差的影響。以上設備的測量誤差會對預應力鋼絞線理論伸長值的計算以及預應力鋼絞線實測伸長值的計算結果產生直接影響。

4 工程應用實例

4.1 工程概況

護國河大橋上部結構為預應力混凝土連續剛構梁，跨徑布置為90 m +160 m +160 m +90 m，由兩個160米T組成對稱結構，主橋總長為500 m。主橋箱梁縱向預應力筋采用高強度、低松弛鋼絞線，公稱直徑為φ15.2 mm，標準強度fpK=1 860 MPa，張拉錨下控制應力為σ=0.75fpk=1 395 MPa。管道采用塑料波紋管預埋成孔。

主梁采用三向預應力體系的混凝土結構，設置縱向、橫向、豎向預應力。其中縱向、橫向預應力、0#塊橫隔板橫向預應力及梁高≥6 m的豎向預應力采用高強度、低松弛鋼絞線，縱向預應力采用大噸位群錨體系，橫向預應力采用扁錨體系，豎向預應力依梁高不同分別采用預應力鋼絞線和精軋螺紋鋼筋錨固體系。縱向預應力采用φs15-15、φs15-22、φs15-25鋼束，群錨錨固體系，設計張拉噸位分別為292.5 t、429.7 t、488.3 t。

縱向預應力包括頂板束、腹板束、底板束和合龍束。橫向預應力采用φs15.2-3鋼束，扁錨錨固體系，設計張拉噸位為58.6 t，以100 cm等間距布置。1～85號豎向預應力鋼筋采用φ32mm精軋螺紋鋼筋，設計張拉噸位為56.8t；86～150號豎向預應力及151號橫隔板橫向預應力采用φs15.2-4預應力鋼絞線，設計張拉噸位為72.8 t。

4.2 縱向預應力鋼絞線張拉

縱向預應力筋采用高強度、低松弛鋼絞線，標準強度1 860 MPa，彈性模量1.95×105MPa，預應力張拉前對預應力千斤頂及配套設備選擇有資質的檢驗機構進行標定，采取應力和伸長值進行雙控。預應力張拉設備包括壓力表、張拉千斤頂、高壓油管、油泵、工具錨、工作錨、夾片等。

4.2.1 錨具

錨具采用設計規定的15-15，15-13，15-23、15-27型系列錨具。夾片必須附有產品合格證，校對實物檢驗型號、規格、硬度、質量、外觀要求等。在安裝錨具、夾片前，在操作錨固范圍內，鋼絞線表面應用毛刷、精煉油或汽油洗干凈，確保錨固質量，夾片內側齒口及表面也應刷洗干凈后，予以安裝。

4.2.2 張拉

張拉順序。本橋所有預應力筋張拉按照左右對稱，先頂板束再腹板束后底板束，先長束后短束，先縱后豎的原則進行。采用張拉力及引伸量雙控制的方法檢查張拉的質量。

張拉程序。張拉程序按規范要求進行，其張拉程序為：0→10%σcon→20%σcon→100%σcon（持荷2 min錨固）。

張拉時，及時填寫施工記錄且張拉時要檢查構件彎曲變形，如發生異常情況必須停止張拉，分析原因，待問題解決后方可繼續張拉。施工中應做好各項記錄，以備檢查。每束鋼絞線中鋼絲的斷絲、滑絲數不超過1絲，每個斷面斷絲之和不超過該斷面鋼絲總數的1% 。

4.3 豎向預應力鋼筋張拉

豎向預應力筋采用采取同一梁段兩端對稱張拉的方案，具體操作為：清理錨墊板，在錨墊板上做伸長量的標記點并量取從粗鋼筋頭至錨墊板標記點之間的豎向距離δ1作為計算伸長量的初始值→安裝工作螺帽→安裝千斤頂→安裝聯結器與張拉桿→安裝工具螺帽→初張拉至控制張拉力的10%→張拉至控制張拉力P→持荷2min→旋緊螺帽→卸去千斤頂及其他附件→1～2 d后再次張拉至控制應力并旋緊工作螺帽→量取從鋼筋頭至錨墊板上標記點的豎向距離δ2→計算實際伸長量δ=δ2-δ1，將該值與理論計算值比較，若誤差在±6%內則在24 h內完成壓漿，若誤差超出±6%則進行分析處理。

豎向預應力鋼筋張拉伸長值計算公式及計算過程與縱向預應力鋼絞線張拉伸長值計算公式及計算過程基本相同，可參照進行計算。

5 結語

預應力鋼絞線張拉程序對張拉應力伸長值的計算與測定可以有效提高預應力施工技術在土木工程施工中的技術含量。然而預應力鋼絞線張拉程序容易受各種因素的影響，所以為了更好的發揮其在土木工程施工中的價值，在使用該方法時還要采取有效措施來避免相關影響因素對其計算結果的影響，有效確保其計算結果的精度。