賀香寶

（江西有色工程有限公司，江西 南昌 3300038）

從上世紀(jì)70年代預(yù)應(yīng)力技術(shù)引入國(guó)內(nèi)以來(lái)，以其獨(dú)具的受力優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)效益得到廣泛運(yùn)用，尤其在橋梁工程和大跨度空間結(jié)構(gòu)中。且預(yù)應(yīng)力體系能改善混凝土材料性能，在使用階段混凝土材料由脆性材料成為彈性材料，提高混凝土材料延性，改善混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性[2]。

無(wú)論是體內(nèi)預(yù)應(yīng)力還是體外預(yù)應(yīng)力體系，鋼束的安裝位置精度是預(yù)應(yīng)力體系質(zhì)量保證的重要環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確的定位能減少混凝土的預(yù)應(yīng)力損失，預(yù)應(yīng)力受力路徑連續(xù)光滑。

預(yù)應(yīng)力損失及理論伸長(zhǎng)量一般按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）附錄G-8表中的預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力計(jì)算公式，普遍工程技術(shù)員通常采用公式（一）以直線(xiàn)與曲線(xiàn)合算的方法計(jì)算平均張拉力。筆者以為附錄中公式適用于曲線(xiàn)段，而小注中的PP=P的公式適用于直線(xiàn)段，且直線(xiàn)段與曲線(xiàn)段應(yīng)采用分段計(jì)算。并分段計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失推出每段的終點(diǎn)張拉力作為下一段的張拉力。采用HintCAD道路設(shè)計(jì)軟件模擬鋼束并計(jì)算導(dǎo)出直曲參數(shù)表和逐樁坐標(biāo)表能指導(dǎo)施工并減少預(yù)應(yīng)力損失和伸長(zhǎng)量手算強(qiáng)度。尤其是多段連續(xù)曲線(xiàn)非對(duì)稱(chēng)布束時(shí)。

1 運(yùn)用HintCAD系統(tǒng)模擬鋼束布設(shè)

HintCAD系統(tǒng)是道路設(shè)計(jì)軟件，以其適合中國(guó)工程師的設(shè)計(jì)思路且易學(xué)易懂與國(guó)外同類(lèi)軟件分庭抗禮。

鋼束是混凝土體內(nèi)一條光滑連續(xù)曲線(xiàn)，與道路設(shè)計(jì)中的主線(xiàn)具有相同的特性，因此鋼束位置的豎直面位置與路線(xiàn)平面位置一樣。以梁底為X軸，以豎向?yàn)閅軸，以張拉端為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系。鋼束的各個(gè)位置就相當(dāng)于公路平面圖中的中線(xiàn)逐個(gè)樁號(hào)。

一般預(yù)應(yīng)力鋼束為直線(xiàn)、曲線(xiàn)相連的形式布置，而且大多左右對(duì)稱(chēng)。設(shè)計(jì)圖只提供張拉端的坐標(biāo)，曲線(xiàn)起點(diǎn)、終點(diǎn)的坐標(biāo)和曲線(xiàn)半徑等參數(shù)，少量設(shè)計(jì)圖紙會(huì)提供曲線(xiàn)交點(diǎn)坐標(biāo)。如果提供轉(zhuǎn)角交點(diǎn)可直接輸入，如果沒(méi)有可在CAD中找出交點(diǎn)坐標(biāo)后輸入HintCAD中的主線(xiàn)平面設(shè)計(jì)選項(xiàng)中。

2 HintCAD系統(tǒng)參數(shù)成果輸出

交點(diǎn)坐標(biāo)和曲線(xiàn)半徑輸完后，點(diǎn)擊計(jì)算繪圖，在HintCAD繪圖區(qū)內(nèi)出現(xiàn)一條與設(shè)計(jì)圖紙中相同的鋼束布置曲線(xiàn)，同時(shí)會(huì)標(biāo)注起點(diǎn)、直圓點(diǎn)、圓直點(diǎn)、曲線(xiàn)半徑、曲線(xiàn)長(zhǎng)和各點(diǎn)樁號(hào)等。運(yùn)用設(shè)計(jì)導(dǎo)向建立樁號(hào)控制文件等四個(gè)中間文件。輸出各逐樁坐標(biāo)，注意按每隔2m或5m樁號(hào)輸出，以施工控制定樁號(hào)間距。一般直線(xiàn)段為4m～6m，曲線(xiàn)段適當(dāng)加密為2m。輸出的逐樁坐標(biāo)在安裝鋼束時(shí)能精確地定位,并能精確地確定特征點(diǎn)的位置。

同時(shí)打開(kāi)HintCAD中的表格輸出菜單，點(diǎn)擊輸出直曲表選項(xiàng)以導(dǎo)出鋼束的分段長(zhǎng)度、偏角等參數(shù)。

3 鋼束參數(shù)導(dǎo)入編制的EXCEL程序分段計(jì)算預(yù)應(yīng)力及理論伸長(zhǎng)量

預(yù)應(yīng)力損失和伸長(zhǎng)量包括瞬間損失和長(zhǎng)期損失，長(zhǎng)期損失是由混凝土徐變引起，計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，且涉及因素很多。本計(jì)算為瞬時(shí)損失和瞬時(shí)伸長(zhǎng)量。預(yù)應(yīng)力瞬時(shí)損失主要為長(zhǎng)度效應(yīng)、曲率效應(yīng)和錨具壓縮量三個(gè)因素。因錨具壓縮量可通過(guò)試驗(yàn)確定。

按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2200）附錄G-8預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力的計(jì)算公式應(yīng)用，普遍技術(shù)人員采用按直線(xiàn)段和曲線(xiàn)段合并輸入附錄G-8中的公式，計(jì)算整段平均張拉力。把長(zhǎng)度效應(yīng)與曲率效應(yīng)疊加考慮的平均算法。但附錄中的小注標(biāo)明“當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋為直線(xiàn)時(shí)PP=P”，式中PP為預(yù)應(yīng)力平均張拉力，P為張拉端的張拉力。注明中應(yīng)理解為在直線(xiàn)段預(yù)應(yīng)力沒(méi)有損失。因此把直線(xiàn)與曲線(xiàn)合并計(jì)算的方法只能理解為簡(jiǎn)化的平均計(jì)算。

筆者認(rèn)為應(yīng)按附錄G-8中的平均張拉力公式并結(jié)合小注中的PP=P公式，按直線(xiàn)段和曲線(xiàn)段分段計(jì)算，更能符合預(yù)應(yīng)力損失的本質(zhì)。

為了解決繁雜的手工計(jì)算，根據(jù)附錄G-8中的兩個(gè)公式編制EXCEL計(jì)算小程序。

PP=P（1-e-（Kx+μθ））/（Kx+μθ）（橋涵規(guī)范公式）[1]曲線(xiàn)段計(jì)算；

PP=P （橋涵規(guī)范附錄G-8中小注說(shuō)明公式）[1]直線(xiàn)段計(jì)算；

預(yù)應(yīng)力曲線(xiàn)終點(diǎn)張拉力 Pn=P*e-（Kx+μθ），直線(xiàn)段終點(diǎn)張拉力Pn=P；

按分段終點(diǎn)張拉力套用單向拉伸長(zhǎng)度計(jì)算公式Δ=Pnl/EA；

以上公式含義見(jiàn)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2200）附錄G-8。

4 實(shí)例應(yīng)用

根據(jù)HintCAD導(dǎo)出鋼束的直曲表參數(shù)和編制的EXCEL表格程序就可以方便地計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失和各段的理論伸長(zhǎng)量。

福建省南安（金淘）至廈門(mén)高速公路泉州段A6合同段橋梁上部結(jié)構(gòu)均采用后張法30m預(yù)應(yīng)力T梁。邊跨梁鋼束按左右非對(duì)稱(chēng)布置，筆者采用HintCAD系統(tǒng)模擬鋼束并導(dǎo)出直曲參數(shù)表，并把直曲表中的分段參數(shù)導(dǎo)入EXCEL程序中實(shí)現(xiàn)分段計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失和理論伸長(zhǎng)量。并與橋梁博士3.0軟件計(jì)算結(jié)果一致。

圖1 HintCAD鋼束系統(tǒng)模擬

表1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉理論伸長(zhǎng)量計(jì)算

HintCAD鋼束模擬圖、直曲表，分段計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1、表1。

5 結(jié)語(yǔ)

準(zhǔn)確地安裝預(yù)應(yīng)力鋼束和計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量是預(yù)應(yīng)力體系質(zhì)量保證的重要環(huán)節(jié)，通常設(shè)計(jì)圖紙只提供特征點(diǎn)的參數(shù)，準(zhǔn)確地計(jì)算各點(diǎn)的參數(shù)相當(dāng)煩碎，尤其是非對(duì)稱(chēng)多段連續(xù)光滑曲線(xiàn)時(shí)。運(yùn)用道路設(shè)計(jì)HintCAD系統(tǒng)模擬鋼束布設(shè)能精確計(jì)算且導(dǎo)出各點(diǎn)的坐標(biāo)，偏角等參數(shù)（EXCEL文擋）。編制EXCEL小程序且套用HintCAD系統(tǒng)導(dǎo)出的直曲表（EXCEL）文件能實(shí)現(xiàn)全過(guò)程程序化分段精確計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失及理論伸長(zhǎng)量，省去復(fù)雜的手工計(jì)算。運(yùn)用道路設(shè)計(jì)HintCAD系統(tǒng)模擬鋼束布設(shè)及參數(shù)計(jì)算套用是筆者的首次嘗試，通過(guò)實(shí)例反復(fù)驗(yàn)算并與橋梁博士3.0互算結(jié)果一致。