浅谈后张法构件预应力伸长值的计算与量测

浅谈后张法构件预应力伸长值的计算与量测

摘要：后张法预应力在桥梁工程整个过程之中得到广泛的应用。如何计算质量双控指标：钢绞线张拉伸长值和锚固张拉力，必须按照与之相关的明文规定好的条款来进行，但对预应力张拉施工中的伸长值量测，都存在较大差异。

关键词：预应力张拉 伸长值 锚固回缩量 量测 1 工程概况

某桥引桥为单箱单室预应力钢筋混凝土连续箱梁结构，梁高1.8米，砼设计标号为c55。预应力钢束采用符合gb/t5224—2003国家标准的φs15.2mm的低松弛钢绞线，每股公称面积140mm2，标准强度fpk=1860mpa，弹性模量1.95*105mpa。设计张拉控制应力0.75fpk，采用对称张拉，预应力束张拉采用双控，以张拉力为主，引伸量为辅。

现结合工程实际，以其中横梁钢束h1为例，研究后张法构件预应力伸长值的计算与量测。

①横梁钢束h1，15根/束，长度6060mm，两端张拉，设计总伸长量为42mm。

②实际施工中，由于钢束较短，初应力定为0.15σk，张拉程序：0→初应力（0.15σk）→0.3σk→张拉控制应力（σk）→持荷2分钟→锚固。采用测量千斤顶活塞伸出量的方法。0.15σk→0.3σk段伸长量为8mm，0.3σk→张拉控制应力（σk）段伸长量为36mm，按《公路桥涵施工技术规范》要求0→初应力（0.15σk）段伸长量

取相邻段伸长量值，计算出总伸长量为52mm，偏差23.8%，远大于6%的要求。

2 验算伸长量的计算 2.1 对设计伸长量验算

后张法预应力钢绞线在张拉过程中，因为管道不够直及管道出现偏差所产生的摩擦力减少了锚下张拉控制应力，而且在顺着管壁向梁跨中是越来越小，为了精确计算其伸长量，采用分段计算的方法。

①预应力筋伸长量计算： δl=pp*x/(ap*ep)

说明：ep——预应力筋的弹性模量(mpa)，取195000mpa δl——分段预应力筋的伸长量(mm) pp——分段预应力筋的平均张拉力(103kn) x——分段预应力筋的孔道长度(mm) ap——预应力筋的截面面积(m2) ②分段预应力筋平均张拉力计算：

pp=p(1-e-(kx/1000+μθ))/(kx/1000+μθ) 说明：pp——分段预应力筋的平均张拉力(103kn) θ——分段预应力筋切线的夹角(rad) x——分段预应力筋的孔道长度(mm)

k——孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数，取0.0015 μ——预应力筋与孔道壁的摩擦系数，取0.16

p——预应力筋张拉端的张拉力，进行分段计算过后，前后两个分段相互联系在一起，通常情况下，前者的起点张拉力就是后者的终点张拉力(103kn)。

式中k和μ是后张法钢绞线伸长量计算中的两个重要参数，这两个值的大小取决于多方面的因素：管道的成型方式、预应力筋的类型、表面特征是光滑的还是有波纹的，表面是否有锈斑，波纹管的布设是否正确，偏差大小，弯道位置及角度等等，由设计要求及类似工程施工经验，取k=0.0015，μ=0.16。

进行分段计算时，靠近张拉端第一段的终点力即为第二段的起点力，每段的终点力与起点力的关系如下： pz=pqe-(kx/1000+μθ) 说明：pz——分段终点力(103kn) pq——分段起点力(103kn) x、k、μ、θ——意义同上

h1为非对称结构，且为两端张拉，故应从两侧向中间分段计算，至跨中某一点时钢绞线的受力基本相等为止。（受力值越相近，计算结果越精确）

③张拉端张拉力计算： p=0.75fpk*ap

说明：p——预应力筋张拉端的张拉力(103kn) fpk——预应力筋标准强度，取1860mpa ap——预应力筋的截面面积(m2)

根据h1结合上述公式，计算时，调整第一段第3小段与第二段第1小段x的取值（但其总和保持不变），使其分段终点力相等。 2.2 对计算模型分析

钢绞线预应力张拉施工设计控制张拉力，即预应力张拉完成后钢绞线在锚夹具前的拉力。所以说，在计算钢绞线预应力张拉理论伸长量的时候，需要把钢绞线两头锚固点相隔的距离长短算作是钢绞线的计算长度的大小，然而因为千斤顶工具锚完全控制着预应力张拉时钢绞线的控制张拉力的大小，所以说来，为了使得控制和计算张拉力更加的便利，通常情况下，钢绞线预应力张拉理论伸长量的计算长度就是钢绞线两头锚固点之间的距离，再加上钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度的和。 3 伸长量的量测

在钢绞线预应力张拉时，锚具和千斤顶将会包裹住几乎所有的钢绞线的裸露在外面的地方。要计算钢绞线的张拉伸长量就必须使用被用来测量张拉千斤顶的活塞行程，因为它没有办法直接通过钢绞线进行测量。然而于锚固整个过程，钢绞线存在相应程度上的回缩，所以说计算钢绞线的张拉伸长值的同时要注意把钢绞线张拉整个过程的锚塞回缩量控制到一定范围内。

依据《公路桥涵施工技术规范》的通常情况下的计算式是：δl=δl1+δl2-b-c。式中:δl1：为一个千斤顶活塞的张拉行程，范围是从初始拉力至张拉设计控制拉力间；δl2：为初始拉力时的推算伸长值；b：工具锚锚塞回缩量；c：工作锚锚塞回缩量。

钢绞线预应力张拉锚塞回缩量的量测：钢绞线预应力张拉锚塞回缩量通常情况下是出现在在两个“工具锚”部位：就是指产生在张拉千斤顶使用的“工具锚”，和把钢绞线锚固在混凝土中的，参与钢绞线预应力工作的“工作锚”部位。

如何进行工具锚锚塞回缩量的量测有以下几个步骤：首先是在钢绞线开始张拉，当千斤顶张拉力达到钢绞线张拉至初始拉力的时候，就可以拉紧处在松弛状态的预应力钢绞线，就在这个时候充分的固定好千斤顶，测量从千斤顶工具锚锚杯外露端面至钢绞线外露端头的长度，并记下精确量：b1。

其次是，当千斤顶张拉力达到钢绞线预应力张拉设计控制拉力的时候测量从千斤顶工具锚锚杯外露端面至钢绞线外露端头的长度，并记下精确量：b2；然后把计算b1和b2的差，获得工具锚锚塞回缩量：b。此回缩的出现对张拉力量测没有影响。钢束h1工具锚锚塞回缩量实测为2mm。扣除回缩后，实际伸长量为52-2=50mm，偏差为4.2%<6%，满足规范要求。 4 锚塞回缩量对设计控制张拉力的影响

为了避免工作锚回缩对预应力造成的损失，确保张拉力能达到设计的需求，要采取以下的措施进行补救：当实施两端张拉达到设计控制张拉力时，应按一端先锚固，再将另一端补张拉力后锚固的方法操作。要注意的是在b端补张拉后再锚固；b端补张拉锚固时，为了确保设计控制张拉力达到要求，其修正后的设计控制张拉力pk应按下式计算：pk=p+δp式中：p：为设计控制张拉力；δp：工作

锚回缩对预应力损失的影响力。 5 结束语

影响预应力钢束伸长量的因素较多，本文就张拉工作长度、锚固回缩量等因素对其影响进行论述，为类似工程施工给予指导。 参考文献：

[1]《公路桥涵施工技术规范》. [2]《混凝土结构设计规范》.

[3]《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》.