陳 濤

(四川省晟茂建設(shè)有限公司, 四川成都 610045)

紅砬埡大橋預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長值計算及張拉過程中存在問題的分析

陳 濤

(四川省晟茂建設(shè)有限公司, 四川成都 610045)

文章介紹了預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值計算以及伸長值量測中應(yīng)注意的事項，分析了在鋼絞線張拉過程中造成伸長值不符合規(guī)范要求的各種原因。并結(jié)合工程實例加以論證。

后張法； 預(yù)應(yīng)力； 鋼絞線； 伸長值； 量測

在建筑工程預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工中，最關(guān)鍵的技術(shù)當(dāng)屬預(yù)應(yīng)力施工這個環(huán)節(jié)，混凝土結(jié)構(gòu)的使用可靠性，很大程度上取決于這個環(huán)節(jié)。在公路橋梁建設(shè)中，后張法預(yù)應(yīng)力施工工藝已經(jīng)日趨成熟，在施工過程中對鋼絞線伸長量的理論計算，施工中鋼絞線的張拉方法、錨固方式、量測方法等方面，都必須嚴(yán)格加以控制，不然將會出現(xiàn)伸長量不符合規(guī)范要求的情況?，F(xiàn)從鋼絞線伸長量計算以及張拉時伸長量不符合規(guī)范要求時的原因分析作簡要說明。

1 預(yù)應(yīng)力筋理論伸長量的計算

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50-2011)，預(yù)應(yīng)力筋理論伸長值ΔL(mm)的計算按照以下公式：

(1)

式中：ΔL為各分段預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長值(mm)；PP為各分段預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力(N)；L為預(yù)應(yīng)力筋的分段長度(mm)；AP為預(yù)應(yīng)力筋的截面面積(mm2)；EP為預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量(MPa)。

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/TF50-2011)附錄，規(guī)定了PP的計算公式如下：

(2)

式中：P為預(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)；

θ為從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，分段后為每分段中每段曲線段的切線夾角(rad)；

x為從張拉端至計算截面的孔道長度(m)，分段后為每個分段長度或為式(1)中L值；

k為孔道每束局部偏差對摩擦的影響系數(shù)，管道內(nèi)全長均應(yīng)考慮該影響,取值參見表1；

μ為預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的磨擦系數(shù)，取值參見表1。

在工程建設(shè)中，因預(yù)應(yīng)力構(gòu)件較長，必須對鋼絞線進行分段，然后分段計算伸長值，最后累加得出總的伸長值。計算時，需考慮每段的孔道偏差與摩擦導(dǎo)致的張拉力損失，其計算公式如下：

表1 系數(shù)K及μ值表

(3)

式中：δ為本段損失的張拉力(N)；P為本段張拉端的張拉力(N)；其他符號意義同前。

2 預(yù)應(yīng)力筋實際伸長量計算及量測

2.1 預(yù)應(yīng)力筋實際伸長量計算

預(yù)應(yīng)力筋張拉時，應(yīng)先調(diào)整至初應(yīng)力。該初應(yīng)力宜為張拉控制應(yīng)力σcon的10 %～15 %，伸長值應(yīng)從初應(yīng)力開始量測。力筋的實際伸長值除量測的伸長值外，必須加上初應(yīng)力以下的推算伸長值，但同時還應(yīng)減掉預(yù)應(yīng)力筋張拉全過程的錨塞回縮量。其計算公式一般為：

(4)

式中：ΔL1為從初應(yīng)力至最大張拉應(yīng)力間的實測值(mm)；ΔL2為初應(yīng)力以下的推算伸長值(mm)；b為工具錨錨塞回縮量；c為工作錨錨塞回縮量。

2.2 預(yù)應(yīng)力筋伸長值及錨塞回縮量的量測

在預(yù)應(yīng)力筋張拉時，力筋的外露部份，大部分被錨具和千斤頂所包裹，預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長量不容易在力筋上直接量測，故一般都采用量測千斤頂?shù)幕钊谐虂碛嬎?。此時應(yīng)注意，如果預(yù)應(yīng)力筋較長，伸長量遠(yuǎn)大于千斤頂活塞行程時，或設(shè)計有要求，為保持同一個水平線的幾個孔的預(yù)應(yīng)力筋受力平衡，要分多次實施張拉，此時就需要采用倒頂反復(fù)張拉的方法，然后將伸長量迭加，最后求出總伸長量。

錨塞回縮量是指工具錨錨塞回縮量和工作錨錨塞回縮量，兩種錨塞回縮量的量測方法不同。簡述如下：

(1)工具錨錨塞回縮量的量測：當(dāng)千斤頂張拉力達到初始應(yīng)力，已將松弛的預(yù)應(yīng)力筋拉緊，此時應(yīng)將千斤頂固定好，量取工具錨錨環(huán)外露端面至力筋外露端頭的長度b1，當(dāng)千斤頂張拉力達到控制應(yīng)力時，再量取工具錨錨環(huán)外露端面至力筋外露端頭的長度b2，則工具錨錨塞回縮量b=b1-b2。應(yīng)注意，當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋由多數(shù)單根組成時，應(yīng)量取其平均值進行計算。

(2)工作錨錨塞回縮量的量測：千斤頂與工作錨接觸處，設(shè)有一塊限制工作錨夾片在張拉過程位移的限位板，張拉時，工作錨夾片跟隨預(yù)應(yīng)力筋的拉伸，向后移動至限位板凹槽底部，對預(yù)應(yīng)力筋失去約束，當(dāng)千斤頂張拉至設(shè)計控制張拉力，回油放松鋼絞線的瞬間，預(yù)應(yīng)力筋彈性收縮，工作錨夾片跟隨收縮向錨環(huán)孔內(nèi)位移，隨即將預(yù)應(yīng)力筋錨固。張拉完畢卸掉千斤頂后，量測工作錨夾片的外露長度c2，同樣，當(dāng)由多數(shù)力筋構(gòu)成時，應(yīng)取其平均值。限位板凹槽深度已知為c1，則工作錨錨塞回縮量c=c1-c2。

3 伸長值異常的情況分析

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50-2011)，規(guī)定，實際伸長值與理論伸長值的差值應(yīng)控制在6%以內(nèi)，否則應(yīng)暫停張拉，待查明原因并采取措施予以調(diào)整后，方可繼續(xù)張拉。

在建設(shè)工程實踐中，經(jīng)常會遇到預(yù)應(yīng)力筋張拉后伸長值偏大或偏小的情況，此時，我們一定要從理論伸長值的數(shù)據(jù)復(fù)核、預(yù)應(yīng)力筋的各項技術(shù)指標(biāo)檢測、千斤頂?shù)男：?、油壓表的精度測試、張拉機具是否按規(guī)程進行操作以及施工工藝是否符合規(guī)范要求等多方面進行詳細(xì)分析，以便找到伸長值異常的原因。

下面筆者將結(jié)合工程實例，分析預(yù)應(yīng)力筋伸長值異常時的處理過程。

4 工程實例分析

4.1 工程概況

某高速公路紅砬埡大橋，全橋總長126 m(K12+102-K12+228)，橋跨設(shè)計為6-20 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，全橋一聯(lián)。橋梁分為左右兩幅，左幅橋面寬為整體式路基的單幅標(biāo)準(zhǔn)寬12 m，右幅橋面寬為變寬設(shè)置。箱梁縱向預(yù)應(yīng)力束按照兩次張拉方式設(shè)計，先施工3、4跨，兩端同時對稱張拉，第1、2跨及第5、6跨采用單端張拉，采用連接器與第3、4跨鋼束連接。預(yù)應(yīng)力筋采用15.2鋼絞線，抗拉標(biāo)準(zhǔn)強度fpk=1 860 MPa，張拉控制應(yīng)力σcon=0.75fpk=1 395 MPa。每19根鋼絞線組成一束，左幅共計9束，右幅共計12束。

在張拉時，因左幅5～6跨出現(xiàn)問題，現(xiàn)將左幅有關(guān)圖紙附上(圖1、圖2)。

圖1 紅砬埡大橋預(yù)應(yīng)力鋼束總布置(5、6跨左幅)

圖2 紅砬埡大橋預(yù)應(yīng)力豎彎大樣(5～6跨左幅)

4.2 紅砬埡大橋左幅5～6跨理論伸長值計算

根據(jù)設(shè)計資料及鋼絞線力學(xué)性能檢測報告，其每根鋼絞線截面面積A=139 mm2，每束面積為：AP=19×139=2 641 mm2；彈性模量實測為EP=196 444 MPa，張拉端張拉力P=1395×139×19=3 684 195 N；根據(jù)表1所規(guī)定，K取值0.0015，μ取值0.20。張拉時工作長度，包含千斤頂、工具錨、工作錨、限位板，共計90 cm。依據(jù)圖1、圖2的鋼束布布置形式，可將N1b鋼束分為16段(含工作段，下同)、N2b鋼束分為14段、N3b鋼束分為14段。根據(jù)式(1)～式(3)以及鋼絞線分段計算的規(guī)則，可以分別計算出N1b、N2b、N3b的理論伸長值。計算結(jié)果為N1b的理論伸長量為250.31 mm ,N2b的理論伸長量為249.51 mm，N3b的理論伸長量為254.69 mm。

4.3 紅砬埡大橋張拉程序及發(fā)現(xiàn)的問題

4.3.1 張拉程序

預(yù)應(yīng)力張拉前對錨具、千斤頂、壓力表、高壓油泵等機具均送有資質(zhì)的檢測單位進行了配套校驗，編號后配套使用。根據(jù)設(shè)計文件要求，現(xiàn)澆箱梁混凝土強度達到設(shè)計強度標(biāo)準(zhǔn)的100 %時，方準(zhǔn)進行張拉。因該橋鋼絞線較長，其理論伸長量已超出千斤頂活塞的行程，故張拉程序定為：0→初應(yīng)力(15 %)→2倍初應(yīng)力(30 %)→50 %бcon回頂；然后50%бcon→100%бcon(持荷2分鐘)→錨固。張拉時先中腹板，再邊腹板，對稱張拉。

其張拉力與油壓表對應(yīng)讀數(shù)見表2、表3。

表2 千斤頂張拉力與油壓表對應(yīng)數(shù)值表一

表3 千斤頂張拉力與油壓表對應(yīng)數(shù)值表二

4.3.2 張拉中發(fā)現(xiàn)的問題

紅砬埡大橋5～6跨左幅箱梁施工時，鋼束通過連接器與3～4跨鋼束相連。梁體現(xiàn)澆后，按規(guī)范養(yǎng)生，在梁體強度達到100%設(shè)計強度時進行了單端張拉。按設(shè)計文件要求，先張拉中腹板N1b鋼束，在張拉過程中出現(xiàn)如下異常情況：

(1)油壓表指針走動不均勻，或停滯不前，或突然跳動，上下?lián)u擺劇烈，無法穩(wěn)定。

(2)張拉過程中，鋼絞線發(fā)出異常的響聲。

(3)達到50%控制應(yīng)力時，千斤頂活塞伸出量較小，行程足夠，沒必要進行回頂進行二次張拉。

(4)實測其最終伸長值為183 mm，而N1b鋼束理論伸長值為250.31 mm，伸長率誤差值達到-26.9%，遠(yuǎn)超±6%的規(guī)范要求。

(5)卸掉千斤頂后，發(fā)現(xiàn)外露鋼絞線束劃痕明顯，劃痕連續(xù)，深淺不一。

4.4 伸長值不足的情況分析與應(yīng)對措施

發(fā)生上述情況后，按規(guī)范要求，暫停張拉，查找原因。

4.4.1 金屬波紋管是否破裂

考慮是否金屬波紋管在澆筑混凝土?xí)r破裂，或是波紋管接頭未處理好而發(fā)生斷開，導(dǎo)致水泥漿從裂口滲入，致使預(yù)應(yīng)力鋼束被水泥漿包裹凝固，致使伸長量不足。據(jù)調(diào)查，左幅金屬波紋管在施工過程中，但凡有接頭地方均采用防水封閉膠帶纏繞三層，纏繞長度為30 cm，能有效的防止波紋管從接頭處斷開。為了驗證管道是否從其他地方破裂，遂用空壓機從張拉端口用強風(fēng)吹入，然后在遠(yuǎn)端連接器處的預(yù)留壓漿通氣孔處驗證，左幅九個孔道內(nèi)均有強風(fēng)吹出，故排除波紋管破裂導(dǎo)致鋼束被水泥漿包裹凝結(jié)住的可能。

4.4.2 油壓表、千斤頂是否損壞

考慮油壓表、千斤頂在施工現(xiàn)場是否有碰撞、跌落的情況，導(dǎo)致指針讀數(shù)不準(zhǔn)，從而導(dǎo)致張拉結(jié)果異常。隨即再次送檢，檢測結(jié)果表明油壓表、千斤頂同原來檢測結(jié)果有很細(xì)微的差別，故排除了這方面的原因。

4.4.3 鋼紋線是否合格

考慮鋼絞線的力學(xué)性能不穩(wěn)定，隨即對鋼絞線取樣送有資質(zhì)的單位檢測。最后結(jié)果表明該批鋼絞線的力學(xué)性能仍然是符合規(guī)范要求的，隨即排除了鋼絞線不合格的原因。

4.4.4 施工工藝是否正確

排除了上述原因之后，轉(zhuǎn)而從施工工藝方面找原因。故從安裝工作錨、限位板、千斤頂、工具錨等各個環(huán)節(jié)，逐一復(fù)核施工工藝是否有不符合規(guī)范的地方。在操作人員還原張拉機具的安裝過程中，發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙要求預(yù)留張拉端槽口寬度為40 cm，深20 cm，而YDC5000型千斤頂直徑為56 cm，在安裝了工作錨及工作夾片之后，限位板及千斤頂根本不能就位。操作人員因為不了解限位板的作用，技術(shù)人員也忽略安裝過程的監(jiān)控，遇到此種情況后，操作人員在安裝了工作錨及工作夾片后，私自在其上加了兩個工作錨錨環(huán)人為墊長，超過了張拉端預(yù)留槽口深度后，才使限位板及千斤頂安裝就位。

發(fā)現(xiàn)了這種安裝方式后，才算找到了伸長值不足的真正原因，而在張拉過程中出現(xiàn)的種種異常情況也得到了合理的解釋。上文提到，限位板的作用是在張拉時使工作夾片向后伸出至限位板凹槽底部，使鋼束失去約束，而能自由伸長。但操作人員因預(yù)留槽口狹窄，而用工作錨錨環(huán)墊長，此時，工作夾片被錨環(huán)頂緊，不能向后伸出，導(dǎo)致鋼絞線不能自由伸長，故在千斤頂?shù)膹姶罅α繌埨瓡r，導(dǎo)致應(yīng)力傳輸受阻，在力量足夠大時，工作夾片會劃破鋼絞線而致鋼鉸線突然伸長，故會在張拉過程中出現(xiàn)異響、油壓表指針上下擺動、鋼絞線上會留下深淺不一的劃痕等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致實際伸長量與理論伸長量相差較大。

4.4.5 應(yīng)對措施

應(yīng)對措施是將張拉端槽口每邊開鑿加寬10 cm，總寬度達到60 cm，然后使限位板、千斤頂正常就位。隨后按要求進行張拉，其結(jié)果顯示，伸長值滿足了±6%的規(guī)范要求，使紅砬埡大橋左幅5～6跨箱梁的施工順利完成。表4為其中三個孔的張拉伸長值記錄。

5 結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工中，預(yù)應(yīng)力施加的過程是最關(guān)鍵的一環(huán)，必須按規(guī)范要求進行張拉力與伸長值雙控。在出現(xiàn)伸長值超出規(guī)范要求的情況后，必須細(xì)心分析各種可能出現(xiàn)的原因，才能及早發(fā)現(xiàn)并解決問題。本文的案例反映出，不僅張拉機具的性能對預(yù)應(yīng)力的施加起主要作用，同時加強對施工操作工藝方面的控制，也是同樣重要的。

表4 紅砬埡大橋左幅5～6跨張拉記錄

[1] JTG/T F50-2011 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTG D60-2004 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[3] JTG D62-2012 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[4] 向中富. 橋梁施工控制技術(shù)[M] . 北京：人民交通出版社，2001.

[5] 范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋[M]. 北京：人民交通出版社，2001.

2015-06-26

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