王 沙

（中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司 河北涿州 072750）

1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉概述

預(yù)應(yīng)力施工方法一般包括先張法和后張法兩種方法。然而由于先張法的預(yù)應(yīng)力筋一般多是直線，可以在無管道摩擦的理想狀態(tài)下看作后張法的一種特例，所以土木工程測量中所應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力施工方法多是后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉程序計算方法。

在當(dāng)今的土木工程領(lǐng)域，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最為廣泛的一種建筑結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)作為土木工程施工技術(shù)的重要組成部分，在很大程度上決定著預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及其可靠性。而在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力的大小作為其中最重要的一項技術(shù)指標(biāo)，要時刻控制好張拉完成的應(yīng)力，而在當(dāng)前的土木工程領(lǐng)域中張拉應(yīng)力的控制多采用的是后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉程序。而后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉程序為了保證施工質(zhì)量，在預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉施工中，除了要進(jìn)行預(yù)應(yīng)力控制外，還需要對伸長值進(jìn)行校核，有效控制理論伸長值與實際伸長值之間的誤差。

2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉程序的計算方法

按照相關(guān)的技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉程序的計算主要包括預(yù)應(yīng)力鋼絞線有效長度的計算、預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值以及實測伸長值的計算，然后對理論與實測伸長值的計算結(jié)果進(jìn)行校核后，采取有效措施，縮小二者之間的誤差來達(dá)到預(yù)應(yīng)力控制的目的。

2.1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線有效長度的計算

由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線在梁的長度方向的分布是立體的，而在梁的高度以及梁的寬度方向的分布是有彎折現(xiàn)象的，而且對于直線段與曲線段組成的曲線預(yù)應(yīng)力筋要分開計算。其中預(yù)應(yīng)力鋼絞線有效長度的計算需注意以下兩點：

第一，由于工具錨與工作錨之間的這一段的預(yù)應(yīng)力鋼絞線同樣有受力伸長，所以鋼絞線的有效計算長度必須加上這一段，然而由于不同廠家的千斤頂長度與錨具厚度是有差異的，因此這一段預(yù)應(yīng)力鋼絞線的有效長度還需要進(jìn)行現(xiàn)場量測。

第二，由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線在垂直面和水平面的投影中存在曲線，所以應(yīng)利用微積分的數(shù)學(xué)方法，將曲線段劃分為無數(shù)個投影為直線的小線段，通過計算每一小段預(yù)應(yīng)力鋼絞線的長度后，再積分計算出這一曲線段的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的有效長度。

2.2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值的計算

預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值的計算可根據(jù)《建筑施工手冊》的相關(guān)理論計算公式進(jìn)行計算，假定預(yù)應(yīng)力鋼絞線的伸長值為ΔL，其計算公式如下：

式中，Pj為各分段預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉力；LT為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的分段長度；Ap為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的截面面積；Es為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的彈性模量；θ為截面曲線孔道部分切線的夾角之和；x為截面的孔道長度；k為管道的摩擦系數(shù)；μ為預(yù)應(yīng)力鋼絞線與管道壁之間的摩擦系數(shù)。需要注意的是，鋼絞線的彈性模量Es對張拉伸長值的影響比較大，彈性模量Es取值的正確與否，對計算預(yù)應(yīng)力鋼絞線的理論伸長值的影響比較大。另外根據(jù)《建筑施工手冊》的相關(guān)說明，應(yīng)力鋼絞線的伸長值為ΔL可近似計算為：

公式（2）可以變換為

這樣在進(jìn)行分段計算時，就可以把靠近第一段張拉端的終點力視為第二段的起點力，每段的終點力與起點力的關(guān)系如式（4）所示：

式中，Pz為分段終點力；Pj為分段的起點力。其他各段的起點力和終點力可以按上述公式逐步的進(jìn)行計算。

2.3 預(yù)應(yīng)力鋼絞線實測伸長值的計算

在鋼絞線預(yù)應(yīng)力張拉時，鋼絞線的外露部分，大部分被錨具和千斤頂所包裹，鋼絞線的張拉伸長量無法在鋼絞線上直接測量，故只能用測量張拉千斤頂?shù)幕钊谐?，計算鋼絞線的張拉伸長值，但同時還應(yīng)減掉鋼絞線張拉全過程的錨塞回縮量。其中預(yù)應(yīng)力鋼絞線實測伸長值的計算公式如下：L= L1+L2-b-c。式中，L1為從初始拉力至張拉設(shè)計控制拉力間的千斤頂活塞的張拉行程；L2為初始拉力時的推算伸長值；b為工具錨錨塞回縮量；c為工作錨錨塞回縮量。其中，工具錨錨塞回縮量b與工作錨錨塞回縮量c的測量方法如下：

（1）工具錨錨塞回縮量b的測量。在鋼絞線開始張拉，當(dāng)千斤頂張拉力達(dá)到鋼絞線張拉至初始拉力已把松弛的預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉緊時，應(yīng)將千斤頂充分固定，精確量取工具錨錨環(huán)外露端面至鋼絞線外露端頭的長度 b1。當(dāng)千斤頂張拉力達(dá)到鋼絞線預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)計控制拉力時，再量取工具錨錨環(huán)外露端面至鋼絞線外露端頭的長度b2，則b= b1- b2。

（2）工作錨錨塞回縮量c的測量。當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線由很多單根組成時應(yīng)每根量測，取其平均值，一般至少測量三處，千斤頂限位板凹槽深度已知為C1，工作錨錨塞回縮位移后，將引起鋼絞線張拉力的減小，減小量及補(bǔ)償方法見后述。張拉完畢卸掉千斤頂后，在工作錨處測量工作錨夾片與錨環(huán)處的外露長度為C2，則C= C1- C2。

3 預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉程序的影響因素分析

（1）摩擦系數(shù)的影響。摩擦系數(shù)決定了鋼表面和管道表面的狀態(tài)，同時摩擦系數(shù)還還對受力鋼絞線的受力大小產(chǎn)生影響。

（2）鋼絞線尺寸的影響。鋼絞線之間的尺寸差會使各單根鋼絞線的受力不均勻，受力不均勻?qū)?dǎo)致相應(yīng)鋼絞線彈性模量的下降，進(jìn)而對預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值的計算以及預(yù)應(yīng)力鋼絞線實測伸長值的計算都會產(chǎn)生影響。

（3）鋼絞線偏轉(zhuǎn)角的影響。在設(shè)計時偏轉(zhuǎn)角的選取是否合理將直接影響鋼絞線的偏轉(zhuǎn)問題。

（4）鋼絞線退扭的影響。不同轉(zhuǎn)向的鋼絞線連接在一起很有可能導(dǎo)致鋼絞線旋轉(zhuǎn)退扭現(xiàn)象的出現(xiàn)，進(jìn)而影響鋼絞線的張拉延伸值。

（5）彈性模量的影響。由于彈性模量的測量比較復(fù)雜，測量時所采用的測量設(shè)備比較多，測量設(shè)備的誤差以及測量經(jīng)驗的不足都會對預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值的計算以及預(yù)應(yīng)力鋼絞線實測伸長值的計算都會產(chǎn)生影響。

（6）鋼絞線屈服強(qiáng)度變化的影響。當(dāng)彎曲應(yīng)力大于屈服點時就會造成鋼絞線屈服強(qiáng)度的變化，鋼絞線屈服強(qiáng)度變化勢必會對預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值的計算以及預(yù)應(yīng)力鋼絞線實測伸長值的計算都會產(chǎn)生影響。

（7）鋼絞線橫截面積的影響。在不同橫截面積條件下預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值的計算以及預(yù)應(yīng)力鋼絞線實測伸長值的計算結(jié)果會有所不同。

（8）張拉和測量設(shè)備以及千斤頂、壓力表或其它測力裝置誤差的影響。以上設(shè)備的測量誤差會對預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值的計算以及預(yù)應(yīng)力鋼絞線實測伸長值的計算結(jié)果產(chǎn)生直接影響。

4 工程應(yīng)用實例

4.1 工程概況

護(hù)國河大橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)梁，跨徑布置為90 m +160 m +160 m +90 m，由兩個160米T組成對稱結(jié)構(gòu)，主橋總長為500 m。主橋箱梁縱向預(yù)應(yīng)力筋采用高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線，公稱直徑為φ15.2 mm，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpK=1 860 MPa，張拉錨下控制應(yīng)力為σ=0.75fpk=1 395 MPa。管道采用塑料波紋管預(yù)埋成孔。

主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系的混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置縱向、橫向、豎向預(yù)應(yīng)力。其中縱向、橫向預(yù)應(yīng)力、0#塊橫隔板橫向預(yù)應(yīng)力及梁高≥6 m的豎向預(yù)應(yīng)力采用高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線，縱向預(yù)應(yīng)力采用大噸位群錨體系，橫向預(yù)應(yīng)力采用扁錨體系，豎向預(yù)應(yīng)力依梁高不同分別采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線和精軋螺紋鋼筋錨固體系?？v向預(yù)應(yīng)力采用φs15-15、φs15-22、φs15-25鋼束，群錨錨固體系，設(shè)計張拉噸位分別為292.5 t、429.7 t、488.3 t。

縱向預(yù)應(yīng)力包括頂板束、腹板束、底板束和合龍束。橫向預(yù)應(yīng)力采用φs15.2-3鋼束，扁錨錨固體系，設(shè)計張拉噸位為58.6 t，以100 cm等間距布置。1～85號豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用φ32mm精軋螺紋鋼筋，設(shè)計張拉噸位為56.8t；86～150號豎向預(yù)應(yīng)力及151號橫隔板橫向預(yù)應(yīng)力采用φs15.2-4預(yù)應(yīng)力鋼絞線，設(shè)計張拉噸位為72.8 t。

4.2 縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉

縱向預(yù)應(yīng)力筋采用高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa，彈性模量1.95×105MPa，預(yù)應(yīng)力張拉前對預(yù)應(yīng)力千斤頂及配套設(shè)備選擇有資質(zhì)的檢驗機(jī)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)定，采取應(yīng)力和伸長值進(jìn)行雙控。預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備包括壓力表、張拉千斤頂、高壓油管、油泵、工具錨、工作錨、夾片等。

4.2.1 錨具

錨具采用設(shè)計規(guī)定的15-15，15-13，15-23、15-27型系列錨具。夾片必須附有產(chǎn)品合格證，校對實物檢驗型號、規(guī)格、硬度、質(zhì)量、外觀要求等。在安裝錨具、夾片前，在操作錨固范圍內(nèi)，鋼絞線表面應(yīng)用毛刷、精煉油或汽油洗干凈，確保錨固質(zhì)量，夾片內(nèi)側(cè)齒口及表面也應(yīng)刷洗干凈后，予以安裝。

4.2.2 張拉

張拉順序。本橋所有預(yù)應(yīng)力筋張拉按照左右對稱，先頂板束再腹板束后底板束，先長束后短束，先縱后豎的原則進(jìn)行。采用張拉力及引伸量雙控制的方法檢查張拉的質(zhì)量。

張拉程序。張拉程序按規(guī)范要求進(jìn)行，其張拉程序為：0→10%σcon→20%σcon→100%σcon（持荷2 min錨固）。

張拉時，及時填寫施工記錄且張拉時要檢查構(gòu)件彎曲變形，如發(fā)生異常情況必須停止張拉，分析原因，待問題解決后方可繼續(xù)張拉。施工中應(yīng)做好各項記錄，以備檢查。每束鋼絞線中鋼絲的斷絲、滑絲數(shù)不超過1絲，每個斷面斷絲之和不超過該斷面鋼絲總數(shù)的1% 。

4.3 豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉

豎向預(yù)應(yīng)力筋采用采取同一梁段兩端對稱張拉的方案，具體操作為：清理錨墊板，在錨墊板上做伸長量的標(biāo)記點并量取從粗鋼筋頭至錨墊板標(biāo)記點之間的豎向距離δ1作為計算伸長量的初始值→安裝工作螺帽→安裝千斤頂→安裝聯(lián)結(jié)器與張拉桿→安裝工具螺帽→初張拉至控制張拉力的10%→張拉至控制張拉力P→持荷2min→旋緊螺帽→卸去千斤頂及其他附件→1～2 d后再次張拉至控制應(yīng)力并旋緊工作螺帽→量取從鋼筋頭至錨墊板上標(biāo)記點的豎向距離δ2→計算實際伸長量δ=δ2-δ1，將該值與理論計算值比較，若誤差在±6%內(nèi)則在24 h內(nèi)完成壓漿，若誤差超出±6%則進(jìn)行分析處理。

豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉伸長值計算公式及計算過程與縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉伸長值計算公式及計算過程基本相同，可參照進(jìn)行計算。

5 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉程序?qū)埨瓚?yīng)力伸長值的計算與測定可以有效提高預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在土木工程施工中的技術(shù)含量。然而預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉程序容易受各種因素的影響，所以為了更好的發(fā)揮其在土木工程施工中的價值，在使用該方法時還要采取有效措施來避免相關(guān)影響因素對其計算結(jié)果的影響，有效確保其計算結(jié)果的精度。