張拉計(jì)算方法

1、后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)量的計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工時(shí)，采用張拉應(yīng)力和伸長(zhǎng)值雙控，實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值誤差不得超過6，后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)一般用于預(yù)制大跨徑簡(jiǎn)支連續(xù)梁、簡(jiǎn)支板結(jié)構(gòu)，各種現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)或塊體拼裝結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力施工是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，預(yù)應(yīng)力筋張拉是預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵工序，施工質(zhì)量關(guān)系到橋梁的安全和人身安全，因此必須慎重對(duì)待。一般現(xiàn)行常接觸到的預(yù)應(yīng)力鋼材主要：有預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線、PC光面鋼絲、刻痕鋼絲、冷拔低碳鋼絲、精軋螺紋鋼等材料。對(duì)于后張法預(yù)應(yīng)力施工時(shí)孔道成型方法主要有：金屬螺旋管、膠管抽芯、鋼管抽芯、充氣充水膠管抽芯等方法。本人接觸多的是混凝土預(yù)應(yīng)力鋼絞線（PCstr

2、and、17公稱直徑15,24mm，fpk1860Mpa，270級(jí)高強(qiáng)底松弛），成孔方法多采用金屬螺旋管成孔，本文就以此兩項(xiàng)先決條件進(jìn)行論述。1 施工準(zhǔn)備：1.1 熟悉圖紙：拿到施工圖紙應(yīng)先查閱施工說明中關(guān)于預(yù)應(yīng)力鋼絞線的規(guī)格，一般預(yù)應(yīng)力鋼束采用ASTMA416-270級(jí)低松弛鋼絞線，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk1860Mpa，17公稱直徑15,24mm，錨下控制力為k=0.75 fpkMpa。1.2 根據(jù)施工方法確定計(jì)算參數(shù)：預(yù)應(yīng)力管道成孔方法采用金屬螺旋管成孔，查下表確定K、取值：表1孔道成型方式K值值鋼絞線帶肋鋼筋精軋螺紋鋼預(yù)埋鐵皮管道0.0030.350.4抽芯成型管道0.00150.550.6

3、預(yù)埋金屬螺旋管道0.00150.20.250.5注：摘自公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000）附錄G8根據(jù)鋼絞線試驗(yàn)結(jié)果取得鋼絞線實(shí)際彈性模量Ep（一般為1.92.04105Mpa）1.3 材料檢測(cè)：金屬螺旋管根據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000）附錄G7之要求檢測(cè)；錨具根據(jù)公路橋梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線用YM錨具、連接器規(guī)格系列（JT/T 329.1-1997）及公路橋梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線用錨具、連接器試驗(yàn)方法及檢驗(yàn)規(guī)則（JT/T 329.2-1997）之要求檢測(cè)；鋼絞線根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線GB/T5224-2003之要求檢測(cè)2 理論伸長(zhǎng)量計(jì)算：后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線在張拉過程中，主

4、要受到以下兩方面的因素影響：一是管道彎曲影響引起的摩擦力，二是管道偏差影響引起的摩擦力；兩項(xiàng)因素導(dǎo)致鋼絞線張拉時(shí)，錨下控制應(yīng)力沿著管壁向跨中逐漸減小，因而每一段的鋼絞線的伸長(zhǎng)值也是不相同的。2.1 計(jì)算公式：公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 041-2000)中關(guān)于預(yù)應(yīng)筋伸長(zhǎng)值L的計(jì)算按照以下公式（1）：LPpLApEpL各分段預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長(zhǎng)值（mm）；Pp各分段預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力（N）；L預(yù)應(yīng)力筋的分段長(zhǎng)度（mm）；Ap預(yù)應(yīng)力筋的截面面積（mm2）；Ep預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量（Mpa）；公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 041-2000)附錄G8中規(guī)定了Pp的計(jì)算公式（2）：PpP（1e（kx）k

5、xP預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力，將鋼絞線分段計(jì)算后，為每分段的起點(diǎn)張拉力，即為前段的終點(diǎn)張拉力（N）；從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，分段后為每分段中每段曲線段的切線夾角（rad）；x從張拉端至計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度，分段后為每個(gè)分段長(zhǎng)度或?yàn)楣?中L值；k孔道每束局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)（1/m），管道內(nèi)全長(zhǎng)均應(yīng)考慮該影響；預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的磨擦系數(shù)，只在管道彎曲部分考慮該系數(shù)的影響。從公式（1）可以看出，鋼絞線的彈性模量Ep是決定計(jì)算值的重要因素，它的取值是否正確，對(duì)計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值的影響較大。所以鋼絞線在使用前必須進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，彈性模量則常出現(xiàn)Ep=（1.962.04）105

6、Mpa的結(jié)果，這是由于實(shí)際的鋼絞線的截面積并不是絕對(duì)的140mm2，而進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)并未用真實(shí)的鋼絞線截面積進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)公式（1）可知，若Ap有偏差，則得到了一個(gè)Ep值，雖然Ep并非真實(shí)值，但將其與鋼絞線理論面積相乘所計(jì)算出的L卻是符合實(shí)際的，所以要按實(shí)測(cè)值Ep進(jìn)行計(jì)算。公式2中的k和是后張法鋼絞線伸長(zhǎng)量計(jì)算中的兩個(gè)重要的參數(shù)，其大小取決于多方面的因素：管道的成型方式、預(yù)應(yīng)力筋的類型、表面特征是光滑的還是有波紋的、表面是否有銹斑，波紋管的布設(shè)是否正確，彎道位置及角度是否正確，成型管道內(nèi)是否漏漿等等，各個(gè)因素在施工中的變動(dòng)很大，還有很多是不可能預(yù)先確定的，因此，摩擦系數(shù)的大小很大程度上取決于施工的

7、精確程度。在工程實(shí)施中，最好對(duì)孔道磨擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)定（測(cè)定方法可參照公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 041-2000)附錄G9），并對(duì)施工中影響磨擦系數(shù)的方面進(jìn)行認(rèn)真的檢查，如波紋管的三維位置是否正確等等，以確保摩擦系數(shù)的大小基本一致。實(shí)際計(jì)算可根據(jù)表1選取參數(shù)。3 劃分計(jì)算分段：整束鋼絞線在進(jìn)行分段計(jì)算時(shí)，首先是分段（見圖1）：3.1 工作長(zhǎng)度：工具錨到工作錨之間的長(zhǎng)度，圖1中工作段AB長(zhǎng)度L，計(jì)算時(shí)不考慮、，計(jì)算力為A點(diǎn)力，采用公式1直接進(jìn)行計(jì)算，Pp千斤頂張拉力；3.2 波紋管內(nèi)長(zhǎng)度：計(jì)算時(shí)要考慮、，計(jì)算一段的起點(diǎn)和終點(diǎn)力。每一段的終點(diǎn)力就是下一段的起點(diǎn)力，例如靠近張拉端第一段BC的終點(diǎn)C點(diǎn)

8、力即為第二段CD的起點(diǎn)力，每段的終點(diǎn)力與起點(diǎn)力的關(guān)系如下式：Pz=Pqe-(KX+)（公式3）Pz分段終點(diǎn)力（N）Pq分段的起點(diǎn)力（N）、x、k、意義同上各段的起終點(diǎn)力可以根據(jù)公式3從張拉端開始進(jìn)行逐步的計(jì)算。3.3 根據(jù)每一段起點(diǎn)力Pq代入公式2中求出每一段平均張拉力Pp。3.4 根據(jù)Pp代入公式1計(jì)算出每一段的伸長(zhǎng)值L，相加后得出全長(zhǎng)鋼絞線伸長(zhǎng)量。4 算例：已知構(gòu)件鋼束布置如圖1所示，曲線段鋼束半徑600cm，預(yù)應(yīng)力筋采用15.24的鋼絞線束，fpk1860Mpa，錨下（張拉）控制力為k=0.75 fpk1395Mpa，Ep1.95105Mpa，孔道采用金屬螺旋管。采用分段計(jì)算理論伸長(zhǎng)量。

9、解：根據(jù)圖1所示共分為：AB、BC、CD、DE、EF、GF共6段進(jìn)行計(jì)算。曲線段CD的：arc tg（19.46/151.58）0.1277rad曲線段EF的：arc tg（19.46/151.58）0.1277rad表2ABBCCDDEEFFG長(zhǎng)度x（cm）6019.94153.22100.6153.2299.03弧度（rad）000.127700.12770根據(jù)錨下（張拉）控制力為k=0.75 fpk1395Mpa及錨圈口摩阻損失（一般規(guī)定不大于3%，也可根據(jù)公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 041-2000)附錄G9測(cè)得，這里計(jì)算取3%）計(jì)算千斤頂張拉力P1395140（13%）201159

10、N（每根）；根據(jù)公式1計(jì)算工作長(zhǎng)度（AB）段的伸長(zhǎng)量：L1201159601401.95105L14.42mm根據(jù)表2中參數(shù)計(jì)算當(dāng)k0.0015，0.2各段伸長(zhǎng)量：表3分段x（mm）（rad）kx+e-(kx+)起點(diǎn)力Pq終點(diǎn)力PzPpLBC199.400.0002990.99970094195300.0195241.6195270.81.4CD1532.20.12770.0278380.97254561195241.6189881.419254910.8DE100.600.0001510.99984911189881.4189852.71898670.7EF1532.20.12770.027

11、8380.97254561189852.7184640.4187234.510.5FG990.300.0014850.99851565184640.4184366.3184503.36.7當(dāng)k0.0015，0.2總伸長(zhǎng)量L4.421.410.80.710.56.735mm根據(jù)表2中參數(shù)計(jì)算當(dāng)k0.0015，0.25各段伸長(zhǎng)量：表4分段x（mm）（rad）kx+e-(kx+)起點(diǎn)力Pq終點(diǎn)力PzPpLBC199.400.0002990.99970094195300.0195241.6195270.81.4CD1532.20.12770.0342230.96635569195241.6188672

12、.8191938.510.8DE100.600.0001510.99984911188672.8188644.4188658.60.7EF1532.20.12770.0342230.96635569188644.4182297.5185452.910.4FG990.300.0014850.99851565182297.5182027.0182162.26.6當(dāng)k0.0015，0.25總伸長(zhǎng)量L4.421.410.80.710.56.634mm5 計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)控制伸長(zhǎng)量范圍：根據(jù)公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 041-2000)12.8.3條規(guī)定“實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值的差值應(yīng)控制在6%以內(nèi)，否則應(yīng)暫

13、停張拉，待查明原因并采取措置予以調(diào)整后，方可繼續(xù)張拉”。從上述例題中不難看出，其它參數(shù)正確的情況下，當(dāng)0.2時(shí)L35mm，符合規(guī)范規(guī)定的控制范圍是32.937.1mm，當(dāng)0.25時(shí)L34mm，符合規(guī)范規(guī)定的控制范圍是3236mm。但在實(shí)際施工時(shí)由于管道成型后表面特征是否光滑、表面是否有銹斑，位置偏差大小，彎道位置及角度是否正確、成型管道內(nèi)是否漏漿等因素影響，規(guī)范中提供的是一個(gè)變值，根據(jù)表1中提供，變化范圍為0.20.25，所以上述例題計(jì)算出的伸長(zhǎng)量的實(shí)際控制范圍應(yīng)是3237mm。6 張拉時(shí)鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)量的測(cè)量方法鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)量的測(cè)量方法有多種多樣，目前使用較多的是直接測(cè)量張拉端千斤頂活塞伸

14、出量的方法，我認(rèn)為這樣的測(cè)量方法存在一定的誤差，這是因?yàn)楣ぞ咤^端夾片張拉前經(jīng)張拉操作人員用鋼管敲緊后，在張拉到10%k時(shí)因鋼絞線受力，夾片會(huì)向內(nèi)滑動(dòng)，張拉到20%k時(shí)，夾片又會(huì)繼續(xù)向內(nèi)滑動(dòng)，這樣通過測(cè)量千斤頂?shù)纳扉L(zhǎng)量而得到的10%20%k的伸長(zhǎng)量比鋼絞線的實(shí)際伸長(zhǎng)值長(zhǎng)12mm，若以10%20%k的伸長(zhǎng)量作為0%10%k的伸長(zhǎng)量，哪么在0%20%k的張拉控制段內(nèi)，鋼絞線的伸長(zhǎng)量就有23mm的誤差。從20%k張拉到100%k時(shí)，鋼絞線的夾片又會(huì)向內(nèi)滑動(dòng)一點(diǎn)，按最小值滑動(dòng)量計(jì)算單端鋼絞線的伸長(zhǎng)量就有34mm的誤差，兩側(cè)同時(shí)張拉時(shí)共計(jì)有約68mm的誤差（誤差值的大小取決于工具錨夾片打緊程度），但是張拉

15、力是達(dá)到的。因此用測(cè)量千斤活塞的方法一般測(cè)出來的值都是偏大的。對(duì)于鋼束實(shí)際伸長(zhǎng)值的測(cè)量，建議采用量測(cè)鋼絞線絕對(duì)伸長(zhǎng)值的方法，而不使用量測(cè)千斤頂活塞伸出量的方法，后者測(cè)得的伸長(zhǎng)值須考慮工具錨處鋼束回縮及夾片滑移等影響，尤其是在鋼絞線較長(zhǎng)，必須進(jìn)行分級(jí)張拉時(shí)，更為繁瑣，若直接通過測(cè)量千頂活塞的伸出量，則誤差累計(jì)更大。推存的測(cè)量方法如圖2所示，使用一個(gè)標(biāo)尺固定在鋼絞線上，不論經(jīng)過幾個(gè)行程，均以此來量測(cè)分級(jí)鋼絞線的長(zhǎng)度，累計(jì)的結(jié)果就是初應(yīng)力與終應(yīng)力之間的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值。7 夾片回縮量補(bǔ)充張拉在實(shí)際張拉控制過程中，在張拉并持荷完畢后千斤頂放松過程中對(duì)于夾片式錨具有一個(gè)夾片回縮自錨及錨具變形，使錨下控制應(yīng)力有

16、所損失，根據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000）表12.8.3規(guī)定夾片式錨具容許回縮量不大于6mm，但是各個(gè)廠家設(shè)計(jì)是不一樣的，基本在36mm之間，所以在錨具使用前應(yīng)詳細(xì)查閱產(chǎn)品使用說明書，明確夾片的回縮量，具體市公共過程中建議在最后一步持荷并測(cè)量完伸長(zhǎng)量在控制范圍內(nèi)后應(yīng)再把每端鋼絞線拉長(zhǎng)36mm（補(bǔ)足夾片回縮量），這樣最終的錨固應(yīng)力才是設(shè)計(jì)的錨下控制應(yīng)力。8 結(jié)束語理論伸長(zhǎng)值計(jì)算中，如果采取的是兩端張拉，鋼絞線對(duì)稱布置，在進(jìn)行伸長(zhǎng)量計(jì)算時(shí)是計(jì)算一半鋼絞線的伸長(zhǎng)值然后乘以二的方法；如果是一端錨固一端張拉，計(jì)算時(shí)應(yīng)從張拉端計(jì)算至錨固端；而對(duì)于非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，鋼絞線不對(duì)稱布置，在計(jì)算鋼絞線的伸長(zhǎng)值時(shí)，計(jì)算原則