淺析后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值的計算.doc

1、淺析后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值的計算 摘要：高速鐵路的設(shè)計和施工中，橋梁工程占了很大的比重。橋梁工程大量采用后張法預(yù)應(yīng)力箱梁或預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。在相關(guān)的設(shè)計文件及規(guī)范中，均要求預(yù)施應(yīng)力鋼絞線采用張拉應(yīng)力與伸長值雙控的措施，因而預(yù)應(yīng)力筋理論伸長值的計算就成為預(yù)應(yīng)力施工過程中重要的技術(shù)工作之一。本文根據(jù)工程實際，談?wù)勅绾芜M行預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值的計算。關(guān)鍵詞：后張法 鋼絞線 伸長值 計算。 1、 后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長值計算的重要性在客運專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制箱梁暫行技術(shù)條件（鐵科技2004120號）第3.3.15條明確規(guī)定：預(yù)施應(yīng)力值以油壓表讀數(shù)為主，以預(yù)應(yīng)力筋伸長值作校核，按預(yù)應(yīng)力筋實際

2、彈性模量計算的伸長值與實測伸長值相差不得超過±6；實際伸長值宜以20%張拉力作為測量的起始點。在設(shè)計文件中，給定的理論會長值是在預(yù)先設(shè)定的喇叭口及錨具損失、管道偏差系數(shù)、管道摩阻系數(shù)的情況下計算出來的，而實測的叭口及錨具損失、管道偏差系數(shù)、管道摩阻系數(shù)往往與預(yù)先設(shè)定值是不一樣的，因此，工程實際中，需要結(jié)合實測的相關(guān)參數(shù)對鋼絞線理論伸長值重新進行計算。在工程實際中，有些技術(shù)人員沒有熟練掌握鋼鉸線伸長值的計算方法和要領(lǐng)，張拉記錄中填寫不規(guī)范、不詳實、甚至錯誤的情況彼此可見。因此鋼絞線理論伸長值的計算就相當(dāng)重要，也是現(xiàn)場參建技術(shù)人員必須熟練掌握的基本技能之一。后張法預(yù)應(yīng)力鋼鉸線伸長值計算與

3、現(xiàn)場控制的重要性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1） 鋼絞線理論伸長值計算正確，并在張拉過程中測量準確，根據(jù)偏差情況，并進一步查明原因，有利于過程的質(zhì)量控制:技術(shù)人員可以從側(cè)面判斷控制應(yīng)力實施情況，避免控制應(yīng)力不足，或超張拉；可以了解張拉設(shè)備的工作狀況；可以查明鋼絞線本身的質(zhì)量缺陷；促進張拉工藝的不斷改進等多個方面的質(zhì)量控制。（2） 管道摩阻系數(shù)k和管道偏差系數(shù)與實際伸長值的大小影響比較大，而這兩個參數(shù)的大小，主要取決于管道位置的精確程度。在實際工程施工中，相同的設(shè)計文件，相同的工程材料和施工工藝，而在工程施工過程中對預(yù)應(yīng)力管道孔道孔道形狀和位置偏差控制不嚴，使實測的管道摩阻系數(shù)k和管道偏差系數(shù)卻遠

4、遠大于正常水平，而不得不增加控制應(yīng)力的情況。在施工過程中通過實測伸長值與理論會長值的比較，在施工過程中不斷的改進成孔工藝，確保正確的孔型和孔道位置，對預(yù)應(yīng)力工程的質(zhì)量控制，意義重大。（3） 預(yù)應(yīng)力工程是預(yù)制箱梁、現(xiàn)澆連續(xù)梁質(zhì)量控制的重點和難點，施工過程中準確、真實的預(yù)應(yīng)力張拉情況及梁段（箱梁）的變形情況定期的反映給相關(guān)單位，有利于施工單位關(guān)鍵工序的技術(shù)管理，有利于監(jiān)理單位的現(xiàn)場監(jiān)控和設(shè)計單位進一步優(yōu)化設(shè)計。 2、 后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值與實際伸長值的產(chǎn)生偏差的影響因素預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長值的影響因素較多，但主要有以下幾個方面的原因：（1） 控制應(yīng)力的大?。嚎刂茟?yīng)力的大小，與鋼絞線伸長值成正比

5、關(guān)系；按設(shè)計的控制應(yīng)力進行張拉，這是理論伸長值與實測伸長值相符的前提條件之一。在工程實際中，發(fā)現(xiàn)有些技術(shù)人員分不清錨外控制應(yīng)力和錨下控制應(yīng)力、錨外張拉力與錨下張拉力的定義和區(qū)別，就盲目的進行張拉，控制應(yīng)力使用錯誤，伸長值計算與控制也成為空談。 在工程設(shè)計文件中，均要求對錨口及喇叭口損失、管道摩阻系數(shù)及管道偏差系數(shù)等經(jīng)現(xiàn)場試驗確定，如果與設(shè)計設(shè)定值偏差較大時，應(yīng)由設(shè)計單位對張拉控制應(yīng)力進行調(diào)整。在實際張拉中，一定要將設(shè)計的錨下控制應(yīng)力，根據(jù)張拉力調(diào)整報告的建議，考慮上喇叭口及錨具損失后，換算成錨外控制應(yīng)力和錨外控制張拉力，作為鋼絞線伸長值計算的起始力，這一點非常重要。（2） 管道摩阻系數(shù)k和管道

6、偏差系數(shù)的影響：伸長值主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，即管道摩阻系數(shù)k；二是管道偏差影響引起的摩擦力，即管道偏差系數(shù)。這兩個值的的大小取決于多方面的因素：管道的成型方式、預(yù)應(yīng)力束筋的類型、表面特征、表面是否有銹斑，以及波紋管的布設(shè)是否正確，偏差大小，彎道位置及角度等等。各個因素在施工中的變動很大，有一些因素是客觀的，有一些很大程度上取決于施工過程質(zhì)量控制情況。在施工過程中，發(fā)現(xiàn)同樣的設(shè)計圖紙，同樣的原材料，實測的管道摩擦系數(shù)相差很大的情況，說明施工工藝及預(yù)應(yīng)力孔道位置的精確程度對管道摩擦系數(shù)的影響很大。（3） 鋼較線彈性模量的取值與鋼絞線公稱截面面積誤差：鋼絞線理論

7、伸長值與鋼絞線的彈性模量和公稱截面面積成反比，它們的取值誤差直接影響理論會長值的計算。在工程實際中，一般取鋼絞線的公稱截面面積，取鋼鉸線的實際彈性模量。鋼絞線的彈性模量Ep是決定計算值的重要因素，它的取值是否正確，對計算預(yù)應(yīng)力筋伸長值的影響較大。在預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線GB/T5224-2003中，標準型鋼絞線彈性模量Ep的理論值為Ep=（195±10）Gpa，而鋼絞線進場檢測試驗，彈性模量則常出現(xiàn)彈性模量Ep=（196-204）Gpa的結(jié)果，實際的鋼絞線的直徑都偏大，所以實際計算時，要以該批鋼絞線實測彈性模量值Ep進行計算。在客運專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制箱梁暫行技術(shù)條件（鐵科技20041

8、20號）第3.2.10條規(guī)定：供應(yīng)商應(yīng)提供每批鋼絞線的實際彈性模量值。（4） 測量方法的不同：目前測量鋼絞線伸長值一般采用測量千斤頂活塞伸長量的方法，以10%-20%k做為測量的初始值。這種方法測量時，因夾片會隨著張拉力的增大而產(chǎn)生3-4mm的回縮；同時，夾片在張拉前打緊程序不同，也會產(chǎn)生1-2mm的誤差。這對于長度較小或需分級張拉的較長鋼絞線時，誤差積累會更大。所以，建議采用測量鋼絞線絕對伸長值的測量方法。（5） 張拉機具與張拉工藝實施情況：張拉所用的千斤頂與油表必須配套使用，按要求定期對其進行校核；千斤頂?shù)牧砍虘?yīng)不小于最大張拉力的2倍；張拉時，控制應(yīng)力的實現(xiàn)是以油壓表的讀數(shù)間接測量的，顯然

9、可見，千斤頂和油壓表的正常工作正確張拉的前提；在張拉工藝方面，如圖紙設(shè)計要求兩端同步張拉，左右對稱進行。在現(xiàn)場實際張拉時，兩臺千斤頂一定要做到同步操作，協(xié)調(diào)一致。張拉操作不同步、不協(xié)調(diào)，對伸長值影響較大，尤其是兩側(cè)測量的伸長值差別較大。對于兩端同步張拉的對稱鋼絞線，現(xiàn)場實測兩側(cè)伸長值誤差，不宜大于10%。3、后張法鋼絞線伸長值的計算公式及各參數(shù)的意義： （1）關(guān)于預(yù)應(yīng)力筋伸長值的計算按照以下公式： （a） （b）式中：L各分段預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長值（mm）；Pp各分段預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力，注意不等于各分段的起點力與終點力的平均值（N）；L預(yù)應(yīng)力筋的分段長度（mm）；Ap預(yù)應(yīng)力筋的截面面積（mm2

10、）；Ep預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量（Mpa）；P預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力，將鋼絞線分段計算后，為每分段的起點張拉力，即為前段的終點張拉力（N）；從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，分段后為每分段中各曲線段的切線夾角（rad）；x從張拉端至計算截面的孔道長度，整個分段計算時x等于L（m）；k孔道每束局部偏差對摩擦的影響系數(shù)（1/m），管道彎曲及直線部分全長均應(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。 （2）分段計算時，靠近張拉端第一段的終點力即為第二段的起點力。每段的終點力與起點力的關(guān)系如下式： （c）Pz分段終點力（N）Pq分段的起點力（N）、x、k、意義

11、同上由公式（c）可見，鋼絞線張拉時，錨下控制應(yīng)力沿著管壁向梁跨中逐漸減小，因而每一段的鋼絞線的伸長值也是不同的。需要說明的是，保證預(yù)應(yīng)力孔道正確的空間位置，線型符合設(shè)計，孔壁堅實圓滑，可避免鋼絞線在工作狀態(tài)下，應(yīng)力均勻遞減，不致發(fā)生應(yīng)力突變現(xiàn)象。4、后張法鋼絞線伸長值理論會長值計算時的計算方法及注意事項（1）后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線在預(yù)制構(gòu)件中的空間線型有對稱、不對稱兩種情況，計算時，從張拉端開始，依次各段的起、終點力，并計算出各段的伸長值后累加即可。在分段時，應(yīng)根據(jù)空間線型把整根鋼絞線由拐點將線型分成若干曲線段及直線段，分段進行計算；不能將直線段及曲線段分在同一段內(nèi)；曲線要素不同的，也應(yīng)分開。 （

12、2）如果鋼絞線的線型是對稱的，施工時兩端同步張拉，則每一端的伸長量計算至對稱中心，總的伸長量乘以二即可；非對稱單端張拉的鋼絞線，則要從張拉端開始對全長進行計算。 （3）而對于非對稱兩端同步張拉結(jié)構(gòu)，在計算鋼絞線的伸長值時，計算原則是從兩側(cè)向中間分段計算，至跨中某一點時鋼絞線的受力平衡點，而不是簡單的分中計算。本人在實際工作中，對受力平衡點的計算借助EXEL表格，利用試差法進行計算，很容易找到受力平衡點。（4）在實際工程中，一些鋼絞線為了梁端錨固空間的需要，在靠近端部時，除了豎彎，也會設(shè)置一定的平彎，此時，平彎一般角度較小，一般可以忽略不計，對伸長值的影響較小。如平彎的角度較大，應(yīng)把兩個方向的角

13、度看做是失量，以失量和作為此段的曲線轉(zhuǎn)角。即 (d）：平彎角；：豎彎角（5） 如果梁位于設(shè)計的曲線上，則應(yīng)考慮縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線不同的曲線半徑引起的工作長度的不同，曲線半徑越小，影響越大。在鐵路橋梁方面，曲線要素是按左線中心給的，那么左線中心以外的鋼絞線，工作長度均會產(chǎn)生不同程度的變化。在實際計算時，應(yīng)注意這一方面的影響。 5、后張法鋼絞線理論伸長值計算公式說明及計算示例：寧安鐵路銅陵制梁場生產(chǎn)的32米預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，圖紙上給定的錨口及喇叭口摩阻損失為6%，管道摩阻系數(shù)u為0.55，管道偏差系數(shù)k為0.0015；該梁場于2010年3月25日生產(chǎn)了第一片箱梁，于2010年5月17日由鐵道部產(chǎn)品質(zhì)

14、量監(jiān)督檢驗中心鐵道建筑檢驗站做了箱梁預(yù)應(yīng)力摩阻試驗，實測的的錨口及喇叭口摩阻損失為4.8%，管道摩阻系數(shù)u為0.3548，管道偏差系數(shù)k為0.0007（報告編號：（2010）TJ字第W386號），均小于設(shè)計文件給定值，質(zhì)量控制較好；2010年6月份由中鐵第四勘察設(shè)計院出據(jù)的張拉力調(diào)整報告給出的預(yù)應(yīng)力張拉力調(diào)整結(jié)論是：錨下張拉控制應(yīng)力不做調(diào)整，維持原設(shè)計；各束鋼絞線的錨外張拉力由梁場根據(jù)相應(yīng)的錨下張拉控制應(yīng)力及實測的錨口和喇叭口摩阻損失、鋼絞線根數(shù)自行確定。示例：銅陵制梁場32米箱梁N7預(yù)應(yīng)力筋大樣圖如下（N7線型對稱于跨中），預(yù)應(yīng)力鋼鉸線采用1×7-15.2-1860-GB/ T 5

15、224-2003，鋼絞線束數(shù)為11j15.2；錨口及喇叭口損失、管道摩阻系數(shù)及管道偏差系數(shù)、張拉控制應(yīng)力、鋼絞線面積、彈性模量等見下表所示。相差參數(shù)序號項目名稱數(shù)值備注1喇叭口及錨口損失設(shè)計值6%/實測值4.8%/2管道偏差系數(shù)k設(shè)計值0.0015/實測值0.0007/3管道摩阻系數(shù)u設(shè)計值0.55/實測值0.3548/4彈性模量Ep196GPa該批鋼絞線實測值5錨下張拉控制應(yīng)力k初張拉870MPa設(shè)計文件給定終張拉1320MPa設(shè)計文件給定6鋼絞線面積Ag140mm1j15.2公稱截面面積 N7大樣圖 360 800 R=20000 a=60 梁底 跨中 4330 2091 9879N7(豎

16、彎） 單位：mm146400 R=15000 a=80 1950 2088 12262 N7(平彎） 單位：mm理論伸長值計算表格 預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉伸長量計算 張拉鋼絞線對稱布置,故取半簡支梁考慮(以下所有分段均對應(yīng)于半簡支梁):輸入已知數(shù)據(jù) (注意單位)NK(KN) =2135.3 張拉控制力Ay(mm2)=1540 預(yù)應(yīng)力鋼絞線截面面積Eg(MPa)=196000 預(yù)應(yīng)力鋼絞線彈性模量k=0.0007 預(yù)應(yīng)力鋼絞線孔道偏差系數(shù)=0.3548 預(yù)應(yīng)力鋼絞線與孔道壁的摩擦系數(shù)分段輸入各段參數(shù)分段一伸長量計算值L(m)(rad)終點力(KN)L1=13.791.950.00000.00290.9

17、9708 2156.2分段二伸長量計算值L(m)(rad)終點力(KN)L2=14.382.0880.13963 0.0799 0.92318 1990.6分段三伸長量計算值L(m)(rad)終點力(KN)L3=1.960.2920.00000.00023 0.99977 1990.1分段四伸長量計算值L(m)(rad)終點力(KN)L4=13.602.0910.174530.06073 0.94107 1872.8分段五伸長量計算值L(m)(rad)終點力(KN)L5=62.029.8790.00000 0.01482 0.98529 1845.3單端總伸長量(mm) L=105.75 總伸長量(mm) L=211.49 說明： （1）NK(KN)=1320*11*140/(1-4.8%)=2135.3KN，考慮錨口及喇叭口損失，此值為錨外張拉力，因考慮到現(xiàn)場測量鋼絞線伸長值時，大部分采用的是測量千斤頂活塞伸長值及鋼絞線夾片回縮的方法。而這種測量方法，在測量伸長值時，是在千斤頂回油前，在錨外張拉力作用下下產(chǎn)生的伸長值。 注意：錨外張拉力NK(KN)=1320*11*140/(1-4.8%)=2135.29KN當(dāng)中的除號，而不是乘號；而NK(KN)=1320*11*140*