□李 輝（陜西水利水電工程集團(tuán)有限公司）

非對稱預(yù)應(yīng)力兩端張拉伸長量計(jì)算方法

□李 輝（陜西水利水電工程集團(tuán)有限公司）

預(yù)應(yīng)力施工是橋梁上部結(jié)構(gòu)是橋梁上部結(jié)構(gòu)施工的控制性關(guān)鍵工序，其施工質(zhì)量直接影響到結(jié)構(gòu)的使用性和安全性。文章從陜西省渭南市湭河入渭口堤防交通橋工程實(shí)際出發(fā)，探討非對稱預(yù)應(yīng)力筋在兩端張拉時(shí)伸長量的計(jì)算方法，并總結(jié)了影響該工程預(yù)應(yīng)力筋理論伸長值的若干因素及其合理取值，通過改進(jìn)計(jì)算方法提高計(jì)算的準(zhǔn)確性，達(dá)到有效控制預(yù)應(yīng)力施工的效果。

橋梁；非對稱；預(yù)應(yīng)力對稱張拉；伸長量

1 工程概況

渭南市湭河入渭口堤防交通橋位于渭南市臨渭區(qū)湭河入渭河口處，上距渭南市湭河綜合治理已建工程3#橡膠壩2.20km，橋梁跨越湭河，連通渭河大堤。橋梁全長280m，寬26m，設(shè)計(jì)為雙向四車道，主橋箱梁分47節(jié)現(xiàn)澆，包括3個(gè)合攏段、8個(gè)支架現(xiàn)澆段、36個(gè)懸臂澆筑段。主梁設(shè)計(jì)形式為單箱三室預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁，其中主橋主梁邊跨底板、頂板連續(xù)預(yù)應(yīng)力束BS1、BS2、BX1、BX2、BX3、BX4為非對稱預(yù)應(yīng)力鋼絞線束，設(shè)計(jì)要求采用兩端對稱張拉方式進(jìn)行張拉錨固。

在此以BS1為例計(jì)算其采用兩端張拉錨固時(shí)在控制張拉應(yīng)力下的理論伸長值，用于實(shí)際張拉過程中作為預(yù)應(yīng)力張拉的雙控指標(biāo)之一。BS1立面布置所需鋼束的幾何要素。

2 非對稱預(yù)應(yīng)力兩端張拉伸長量計(jì)算

2.1 計(jì)算公式

后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉的理論伸長值按下列公式計(jì)算：

式中：△LT為鋼絞線恰好位于張拉處的伸長長度（mm）；σi、σp、σj為張拉位置所在截面起點(diǎn)處的張拉應(yīng)力、張拉應(yīng)力的平均值以及終點(diǎn)位置的張拉應(yīng)力（MPa）；L為鋼絞線所在節(jié)點(diǎn)的孔道長（mm）；k為節(jié)點(diǎn)所可能出現(xiàn)的偏差系數(shù)最大值，取k=1.50×10-3；x為相應(yīng)的孔道長（m）；μ為鋼絞線與孔道所可能發(fā)生的摩擦系數(shù)最大值，一般取μ=0.16；θ為孔道偏離角度（rad）；EP為鋼絞線模數(shù)量值，結(jié)合工程實(shí)際報(bào)告，取EP=195000N/mm2。

2.2 計(jì)算步驟

將預(yù)應(yīng)力鋼束根據(jù)彎曲情況分成若干個(gè)區(qū)段，計(jì)算或標(biāo)注出每一個(gè)區(qū)段孔道長度曲線孔道的彎起角度，采用Microsoft EXCEL工具先創(chuàng)建空白表格，并將工程實(shí)際參數(shù)取值分別帶入，見表2。首先假定僅僅在鋼絞線BS1的一端（通常是左端）施加拉力進(jìn)行拉升試驗(yàn)，右端為固定端；再反過來做施加同樣大小的張力做相反方向的拉升試驗(yàn)，以此計(jì)算各段端點(diǎn)的張拉應(yīng)力值（見表1）。其中上一段的張拉終點(diǎn)截面應(yīng)力為下一段的張拉起點(diǎn)截面應(yīng)力。

表1 BS1鋼絞線束假定單端張拉各區(qū)段應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表

分別比較各區(qū)段左端張拉右端固定起點(diǎn)應(yīng)力與左端固定 右端張拉時(shí)終點(diǎn)應(yīng)力的離偏值（即終點(diǎn)截面應(yīng)力差的絕對值），偏差最小則應(yīng)力最小截面在該段上某處。從表1可以看出，cd區(qū)段左端張拉右端固定時(shí)的起點(diǎn)應(yīng)力與左端固定右端張拉時(shí)的終點(diǎn)應(yīng)力的離偏最小，因此可以判定采用兩端對稱張拉時(shí)鋼絞線應(yīng)力最小截面s將在cd區(qū)段某處。假定s截面將cd區(qū)段分成cs、sd兩個(gè)區(qū)段，則孔道長度既定情況下XCS、Xsd彎轉(zhuǎn)的距離與孔道之間的夾角分別為θcs、θsd，因此有Xsd=13.37-XCS，θcs、θsd=0。

以cd區(qū)段上的典型截面i固定在右端并在其左端施加大小同cs段典型截面i完全相等的預(yù)應(yīng)力張拉強(qiáng)度應(yīng)力，且在試驗(yàn)過程中做出6csj=6sdj的簡化性假設(shè)，通常情況下s會成為左右兩端兩種情況下張拉預(yù)應(yīng)力相等時(shí)截面應(yīng)力最小的一種截面情況。通過利用Excel基本的計(jì)算工具計(jì)算求得XCS=5.88m、Xsd=7.49m。詳見表2。預(yù)應(yīng)力最小截面s的存在將BS1鋼絞線等分為左端與右端兩部分，各段按在s截面處固定，BS1的詳細(xì)計(jì)算如表3。

表2 s截面位置確定試算結(jié)果表

表3 BS1鋼絞線伸長量計(jì)算結(jié)果表

由上表的過程和結(jié)果可以看出，BS1在兩端張拉并不完全相同，這與上述理論分析過程的確存在一定的出入，但是誤差率較小可以忽略不計(jì)。根據(jù)此方法可以相應(yīng)分別計(jì)算得出其他鋼絞線束的左右端伸長量和總伸長量。

3 結(jié)論與討論

鋼絞線束兩端非對稱張拉伸長量計(jì)算過程中，最小應(yīng)力截面的確定是關(guān)鍵，對于對稱的鋼絞線束，其中點(diǎn)截面即為最小應(yīng)力截面。在伸長量的計(jì)算過程中，伸長值與鋼絞線彈性模量、鋼絞線束與管道之間的摩擦系數(shù)、孔道位置偏差系數(shù)的取值有關(guān)。因此在施工過程中，必須嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，在選材方面和試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)的選取方面都要充分結(jié)合工程實(shí)際與規(guī)范設(shè)計(jì)，如果條件允許情況下還必須利用鋼絞線的孔道偏差相關(guān)原理對其偏離系數(shù)進(jìn)行合理估算與修正，以確保在試驗(yàn)和設(shè)計(jì)過程中能夠精準(zhǔn)確定預(yù)應(yīng)力最小的可能截面所在位置及其合理的預(yù)應(yīng)力提高比例。文章的計(jì)算過程與結(jié)果充分表明，在鋼絞線一端進(jìn)行施加壓力并將另一端進(jìn)行固定的試驗(yàn)過程將引起應(yīng)力較大程度的損失，并大大降低施加應(yīng)力的有效性，為此在實(shí)際施工過程中必須予以足夠重視。并隨著固定端頭所施加應(yīng)力的減小，在相同的孔道內(nèi)預(yù)應(yīng)力成加速度增加的趨勢的愈加明顯，鋼絞線的預(yù)應(yīng)力作用得不到充分發(fā)揮。

［1］房振葉，預(yù)應(yīng)力鋼絞線(非對稱布置)兩端張拉伸長量計(jì)算方法研究［J］，黑龍江科技信息，2016（7）：110-114.

［2］肖明，非對稱預(yù)應(yīng)力筋兩端對稱張拉伸長量計(jì)算方法［J］，鐵道建筑技術(shù)，2012（1）：70-73.

U445.57

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1673-8853（2017）09-0088-02

李輝（1981—），男，工程師，主要從事水利水電工程施工與管理工作。

2017-7-12

編輯：劉長垠 韋詩佳