摘要：預應力筋的張拉數(shù)值計算和測量是預應力結構施工質量控制的關鍵和重點，張拉數(shù)值計算是基礎、是重中之重。張拉數(shù)值計算準確與否對預應力構件的質量和使用壽命起著決定性的作用。張拉數(shù)值計算涉及內容多、步驟復雜、難度大。以某高速公路A2標預應力鋼筋混凝土箱梁頂板負彎矩預應力筋（低松弛鋼絞線）的張拉數(shù)值計算為例，介紹了橋梁工程中箱梁頂板負彎矩預應力筋的張拉數(shù)值計算內容、計算方法、計算步驟、要點和注意事項。

Abstract： Numerical calculation and measurement of prestressed tendon is the key point of construction quality control of prestressed structure， and tension numerical calculation is the foundation and the most important. Whether the tension numerical calculation is accurate or not plays a decisive role in the quality and service life of the prestressed component. Tensioning numerical calculation involves the content， more complicated and difficult steps. Taking the tension numerical calculation of negative prestressed tendons （low relaxation strand） of prestressed reinforced concrete box beam on A2 highway as an example， this paper introduces the numerical calculation， calculation method， calculation steps， main points and points of attention of the tension moment of negative bending moment prestressed reinforcement of box beam roof in bridge engineering.

關鍵詞：箱梁；頂板；負彎矩；預應力筋；張拉；數(shù)值

Key words： box beam；roof；negative bending moment；prestressing tendons；tension；numerical

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）14-0089-03

0 引言

預應力混凝土構件廣泛應用在各種建筑工程中。預應力筋的張拉是預應力混凝土構件施工中的核心技術，對預應力混凝土構件的質量起著決定性的作用。預應力筋的布設位置、形式多樣，施工難度各不相同，但施工精度要求高、注意事項多，尤其是負彎矩預應力筋的施工更有許多不同的特別要注意之處[1]。先簡支后連續(xù)箱梁被廣泛應用到大中型橋梁中，它是一種介于簡支結構和傳統(tǒng)連續(xù)結構之間的橋梁上部結構形式[2]，但橋梁結構中負彎矩張拉不被大家重視，影響了橋梁的安全和使用壽命[3]。預應力筋的張拉數(shù)值計算是預應力筋張拉質量控制的關鍵和重點。準確計算負彎矩預應力筋理論伸長量是控制張拉施工質量的基礎[4]。本文以某高速公路A2標預應力鋼筋混凝土箱梁頂板負彎矩預應力筋（低松弛鋼絞線）的張拉數(shù)值計算為例，介紹了橋梁工程中箱梁頂板負彎矩預應力筋的張拉數(shù)值計算內容、計算方法、計算步驟、要點和注意事項。

1 工程概況

某高速公路A2標段主線全長7.000公里（起訖樁號為K210+000～K217+000），共有大橋949.6米/5座，大橋上部結構選用標準跨徑為25米、30米的先簡支后連續(xù)裝配式預應力混凝土連續(xù)箱梁。

箱梁頂板負彎矩預應力筋設計采用低松弛高強度鋼絞線，采用BM15-5、BM15-4扁錨體系。預應力筋孔道采用金屬波紋扁管。負彎矩束布設及材料技術參數(shù)詳見表1。

2 計算準備工作

計算準備工作是為負彎矩束相關數(shù)值計算收集必須的數(shù)據(jù)和依據(jù)。主要包括對預應力筋（鋼絞線）取樣檢測、張拉設備檢定、測定影響預應力筋計算長度的結構尺寸等。

2.1 預應力筋取樣檢測

預應力筋取樣檢測主要是通過對購入施工現(xiàn)場的鋼絞線按規(guī)定方法和頻率制取試樣。送有資質單位檢測，對材料的質量進行驗證、復核，對比產品出廠合格證的數(shù)值；同時為預應力筋張拉相關數(shù)據(jù)計算提供鋼絞線準確的必須數(shù)據(jù)（如面積AP、彈性模量Ep等）。

2.2 張拉設備標定校驗

負彎矩預應力筋張拉采用電動高壓油泵（含壓力表）、穿心式單根千斤頂各2臺。壓力表表面最大讀數(shù)為張拉力的1.5～2.0倍，標定精度應不低于1.0級[5]。

在張拉前張拉機具應在有相應資質的檢驗計量單位進行儀器儀表的標定，為張拉提供依據(jù)[6]。千斤頂與壓力表必須配套校驗，以確定張拉力與壓力表之間的關系曲線。根據(jù)大量的試驗數(shù)據(jù)分析研究，張拉力與壓力表讀數(shù)之間具有一元線性方程關系，可以用一元線性回歸方程表示如下：

Y=a×X+b （1）

式中：Y：壓力表讀數(shù)（MPa）；X：張拉控制力（kN）；a為系數(shù)（無單位）；b：修正值（MPa）。a、b的值因壓力表、千斤頂及組合不同而不同。

通過式（1）可以計算負彎矩預應力筋張拉表見值，進行分級測量、計算預應力筋伸長值。

2.3 測定影響預應力筋計算長度的結構尺寸

張拉預應力筋必須安裝錨具和千斤頂，錨具、千斤頂占用一定的預應力筋長度，其中千斤頂工具夾片到錨墊板之間的預應力筋也被張拉、伸長，對預應力筋的伸長值計算和測量直接產生影響，故必須測量這部分預應力筋的長度，也即工作錨具的厚度B、千斤頂頂壓器外端與工具夾片內端之間距離D（如圖1）的和。

3 張拉力計算

3.1 預應力筋張拉控制應力（бcon）

根據(jù)設計規(guī)定，鋼絞線張拉錨下控制應力為бcon =0.75fpk=0.75×1860=1395MPa。由于施工工藝、獲取質量控制數(shù)據(jù)等的需要，張拉必須分行程進行，бcon是唯一的依據(jù)，如張拉需要行程為10%бcon、20%бcon、100%бcon，相應的錨下應力為139.5MPa、279.0MPa、1395MPa。據(jù)此，可進行預應力筋張拉端的張拉力P、預應力筋張拉理論伸長量植的計算。

3.2 預應力筋張拉端的張拉力（P）

預應力筋張拉端的張拉力P（N）可由下式計算求出：

P=бcon×Aρ×n×c （2）

式中：бcon：預應力筋張拉控制應力（Mpa）；Aρ：預應力筋的截面面積（mm2）；n：同時張拉預應力筋的根數(shù)，此處n=1.0；c：超張拉系數(shù)，不超張拉時為1.0。

預應力筋張拉端的張拉力P不是固定數(shù)值，張拉力P隨每批鋼絞線實際送檢測得或鋼絞線生產廠家提供的截面面積Aρ值不同而不同。如某批鋼絞線檢測得Aρ=140mm2則計算P得：P=1395×140×1×1.0=195300（N）。

各個階段的張拉控制力依據(jù)設計給定錨下張拉控制應力帶入式（2）可分別求得（見表2）。

3.3 張拉壓力表讀數(shù)計算

張拉壓力表讀數(shù)是進行張拉施工控制的依據(jù)。壓力表讀數(shù)用各階段張拉控制力數(shù)值帶入式（1）求得。必須注意每個壓力表讀數(shù)都必須由張拉力帶入式（1）求得，不得以某次計算得到的壓力表讀數(shù)再按張拉行程按比例計算其他行程壓力表讀數(shù)。因為關系方程中的相關系數(shù)和修正值是關鍵所在。盡管兩者計算結果相差有時非常小。這是經常被忽視的一個問題?，F(xiàn)以一次實際標定得關系方程來計算壓力表讀數(shù)并作比較以更直觀地說明此問題，計算及比較結果詳見表3所示。

4 預應力筋計算長度（L）

預應力筋計算長度（L）既不是設計圖紙中包含工作長度的束長，也不是錨固端之間的束長。是張拉受力時參與伸長的分段預應力筋長度之和，對于兩端張拉的預應力筋來說等于兩張拉端千斤頂工具夾片內端之間預應力筋的長度。包括錨固端之間的束長（T）、工作錨具厚度（B）、千斤頂頂壓器外端與工具夾片內端之間距離（D），也即預應力筋計算長度L=T+2B+2D。此處預應力筋為直線且兩端張拉，可以以預應力筋的中點作為計算截面，即以（T+2B+2D）/2長度值帶入相關公式計算每端理論伸長值，然后合計求和取得整束預應力筋的理論伸長值。

5 理論伸長值（ΔL）計算

5.1 計算依據(jù)

按文獻[5]，預應力筋的理論伸長值ΔL按下式分段計算疊加。

5.2 伸長值計算

由上述式（2）、（3）及設計圖紙相關數(shù)據(jù)，分別計算得30m、25m箱梁頂板負彎矩束張拉理論伸長值?，F(xiàn)列出30米箱梁頂板負彎矩束張拉理論伸長值如表5所示。

5.3 伸長值控制范圍

根據(jù)文獻[5]規(guī)定張拉采取“雙控制”，預應力筋采用應力控制方法張拉，以伸長值進行校核，若理論伸長值和實際伸長值之間的差超過±6%時應立即停止張拉，找到原因并解決后，方可繼續(xù)張拉[7]。預應力筋伸長值的控制范圍為：

6 張拉實際伸長值計算

根據(jù)文獻[5]張拉程序為0→初應力（量伸長量初讀數(shù)L1）→бcon持荷5分鐘（量伸長量終讀數(shù)L3）→錨固。實際施工時，在施加應力前，鋼絞線處于松曲狀態(tài)，此時不能作為鋼絞線伸長值的起點，而鋼絞線恰好被作用至繃緊狀態(tài)的應力較小且不易掌握。為了準確測算預應力筋實際發(fā)生的所有伸長值，文獻[5]提出鋼絞線在初應力作用下的非彈性伸長值可以用公式求出或采用相鄰階段推算法獲得。根據(jù)工程實踐檢驗，大都采用相鄰階段推算法。此法具有簡便易行、數(shù)據(jù)準確可靠等優(yōu)點。具體的操作方法如下：

按0→10%бcon→20%бcon→100%бcon三個階段，共量出三個伸長值，即：

第一階段0→10%бcon，量伸長量初讀數(shù)L1；

第二階段10%con→20%бcon，量伸長值為L2；

第三階段20%con→100%бcon，量伸長量終讀數(shù)為L3。

由第一、二階段可以推算出鋼絞線非彈性伸長值ΔL''=L2-L1。張拉實際伸長值為：

ΔLs=（L3-L1）+ΔL''=（L3-L1）+（L2-L1）=L3+L2-2L1。

實際伸長值理論上還應考慮錨環(huán)的壓縮量，由于此值很小而一般予以忽略不計[8]。

7 結論

影響預應力筋張拉數(shù)值和施工質量的因素很多，如孔道平順、位置正確等，負彎矩管道精確定位可有效保障后續(xù)施工順利進行和工程質量[9]。

張拉力、壓力表讀數(shù)、鋼絞線理論伸長值等的計算必須認真、準確、嚴謹，要有專人計算、另外有人復核。張拉有專人記錄、測量伸長值，現(xiàn)場實測值與理論值進行比較，對張拉應力進行校核[7]。張拉應力及壓力表讀數(shù)計算錯誤可能導至斷絲、伸長率超出控制范圍等事故。檢查張拉應力及壓力表讀數(shù)是否計算錯誤直至重新送檢鋼絞線。

必須在預應力筋的張拉設備標定及原材料檢驗、張拉理論伸長值計算與伸長值范圍確定、以及現(xiàn)場張拉控制與記錄等各個環(huán)節(jié)加強全面質量意識，認真做好自檢、互檢、驗收。務必做到計算測量精確、操作方法正確和施工工藝控制嚴格。

箱梁頂板負彎矩預應力筋的張拉數(shù)值計算內容、計算方法、計算步驟、要點和注意事項等同樣適用于其他形式梁板頂板負彎矩預應力筋、以及正彎矩預應力筋，只是預應力筋數(shù)量、張拉設備型號不同相關參數(shù)須做相應調整。

參考文獻：

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