胡 濤

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津 300171）

0 引言

預(yù)應(yīng)力技術(shù)在工程上的應(yīng)用十分普遍。為了有效控制預(yù)應(yīng)力筋的張拉效果,其理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算就必須準(zhǔn)確。如果只是簡(jiǎn)單套用規(guī)范及公式，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉校核依據(jù)不準(zhǔn)確、不能真實(shí)反映張拉質(zhì)量情況等現(xiàn)象。因此,在實(shí)際工程計(jì)算中一般采取直接測(cè)算預(yù)應(yīng)力筋運(yùn)動(dòng)絕對(duì)伸展值，通過(guò)分段計(jì)算的方法，確保預(yù)應(yīng)力張拉的有效拉力滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。本文以實(shí)際工程作為案例，說(shuō)明了伸長(zhǎng)值計(jì)算方法的有效性，并對(duì)影響預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值的關(guān)鍵因素及防治措施進(jìn)行了分析。

1 工程概況

某工程預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁采用了后張法施工，簡(jiǎn)支箱梁的長(zhǎng)度尺寸分別為20m、25m和30m。20m箱梁設(shè)置14束鋼絞線，其中腹板6束，底板8束；25m箱梁設(shè)置14束鋼絞線，其中6束在腹板，另外8束在底板；30m箱梁設(shè)置16束鋼絞線，腹板6束、底板10束。工程中采用標(biāo)準(zhǔn)型鋼絞線制作預(yù)應(yīng)力鋼絞線，鋼絞線為7根公稱(chēng)直徑為15.2mm的鋼絲捻制而成，抗拉強(qiáng)度為1860Mpa[1]。

2 理論計(jì)算公式

根據(jù)（JTG∕T3650-2020）《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》7.6.2 條，預(yù)應(yīng)力筋理論伸長(zhǎng)值ΔL（mm）和實(shí)際伸長(zhǎng)ΔLS（mm）值計(jì)算公式如下[2]：

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中附錄F預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力PP（N）計(jì)算公式如下[2]：

上述公式（1）、（2）、（3）中：

PP——預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力（N）；

L——預(yù)應(yīng)力筋的長(zhǎng)度；

AP——預(yù)應(yīng)力筋的截面面積（mm2）；

EP——預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量（N∕mm2）；

P——預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力（N）；

x——從張拉端至計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度（m）；

θ——從張拉端至計(jì)算截面的孔道部分切線的夾角之和（rad）；

k——孔道每米偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)；

μ——預(yù)應(yīng)力筋與孔壁的摩擦系數(shù)。

3 伸長(zhǎng)值計(jì)算

預(yù)應(yīng)力筋在梁體中的有兩種布置形式，分別為直線、曲線。因管道與預(yù)應(yīng)力筋的張拉力之間存在摩擦，從而使從張拉端至跨中張拉力慢慢減小。本文將準(zhǔn)備采取分段計(jì)算的方法來(lái)得出張拉的伸長(zhǎng)值，先計(jì)算每一段鋼束剩余有效張拉力、平均張拉力以及伸長(zhǎng)值，然后將每段鋼束的伸長(zhǎng)值進(jìn)行相加。在計(jì)算預(yù)應(yīng)力伸長(zhǎng)值時(shí)，不僅要正確劃分分線型的段落，而且還要確定預(yù)應(yīng)力筋的工作長(zhǎng)度等[3]。

依據(jù)規(guī)范中理論伸長(zhǎng)值計(jì)算的公式，現(xiàn)結(jié)合上述工程情況說(shuō)明計(jì)算方法：

對(duì)于采用后張法施工的20m、25m和30m混凝土簡(jiǎn)支箱梁，張拉時(shí)兩端同步張拉。以30m梁為例，其采用的鋼束分為10根15.2mm鋼絞線、9根15.2mm鋼絞線兩種，工程采用直徑為90mm和85mm的金屬波紋管進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管道成孔。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管道摩阻試驗(yàn)測(cè)出：k=0.0025，u=0.23，相關(guān)設(shè)計(jì)院根據(jù)工程實(shí)測(cè)的孔道摩阻系數(shù)和摩擦系數(shù)，得出錨下張拉控制應(yīng)力為Pk=1395MPa。

現(xiàn)以腹板索鋼束F1為例，由于采用兩端同步張拉，因而只需計(jì)算張拉端至跨中截面鋼絞線伸長(zhǎng)值，腹板索鋼束F1為17根鋼絞線，單根鋼絞線的截面面積和彈性模量分別為Ag=140mm2，E=1.95×105MPa，腹板索鋼束F1的1∕2大樣圖如圖1所示。

圖1 鋼束F1豎彎大樣圖（單位：cm）

1段的鋼絞線長(zhǎng)度為：L1= 837.7cos-16°= 842.1cm

1 段 的 錨 下 張 力：P1=17×140×1395MPa=3320.10kN

1 段的平均張拉力：PP1=3285.39kN

2 段、3 段腹板索鋼束F1 伸長(zhǎng)值的計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 腹板索鋼束F1伸長(zhǎng)值

4 預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際伸長(zhǎng)量的測(cè)量方法

測(cè)定預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際拉伸量的方法具有多種，實(shí)際項(xiàng)目工程中經(jīng)常采用直接測(cè)定工具張拉端千斤頂活塞運(yùn)動(dòng)拉伸量，但該方法存在一定的偏差。因?yàn)樵诠ぞ咤^端張拉之前，張拉施工的操作人員會(huì)使用鋼管敲緊工具夾片,當(dāng)張拉方式的用工速率超過(guò)10%σk時(shí)會(huì)有預(yù)應(yīng)力筋受力,夾片會(huì)向內(nèi)滑動(dòng)；當(dāng)張拉方式的用工速率超過(guò)20%σk后,夾片又會(huì)向內(nèi)滑動(dòng)；當(dāng)用工速率從20%σk到100%σk時(shí),預(yù)應(yīng)力筋的夾片仍會(huì)繼續(xù)向內(nèi)滑動(dòng)。按最低位滑動(dòng)量計(jì)算單端預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際最大拉伸量，這樣會(huì)有3～4mm的偏差；若兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行拉力，那么將合計(jì)有約6～8mm的誤差，工具錨夾片的松緊程度決定了偏差值的大小。由于存在這樣的偏差,對(duì)于理論伸長(zhǎng)值不大的預(yù)應(yīng)力筋而言,其偏差會(huì)達(dá)到或高于6%的理論精度值與實(shí)際計(jì)算結(jié)果之間的最大誤差值,從而嚴(yán)重影響了施工精度與理論張拉的作用[6]?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)查看伸長(zhǎng)量

所以,為了測(cè)算預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際運(yùn)動(dòng)伸展值，應(yīng)采取直接測(cè)算預(yù)應(yīng)力筋運(yùn)動(dòng)絕對(duì)伸展值的辦法，僅量測(cè)千斤頂活塞的實(shí)際運(yùn)動(dòng)伸展量方法不可取。在預(yù)應(yīng)力筋上固定一根標(biāo)尺，無(wú)論伸長(zhǎng)了多少距離，均可由此來(lái)量測(cè)分級(jí)后預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際長(zhǎng)度，初始應(yīng)力和最后應(yīng)力間的實(shí)際伸長(zhǎng)值就是它所累計(jì)的結(jié)果，詳見(jiàn)圖3所示[7]。

圖3 量測(cè)分級(jí)后預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際長(zhǎng)度

5 伸長(zhǎng)值的影響因素及防治措施

5.1 伸長(zhǎng)值的影響因素

在施工過(guò)程中，一些重要因素會(huì)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值產(chǎn)生影響，現(xiàn)對(duì)這些關(guān)鍵影響因素進(jìn)行分析。

（1）當(dāng)波紋管的定位筋間距超過(guò)設(shè)計(jì)要求時(shí)，若定位筋焊接不牢靠，焊口質(zhì)量差，則可能會(huì)造成實(shí)際成孔管道與設(shè)計(jì)管道的線型及位置存在比較大的出入。當(dāng)管道摩阻（摩擦阻力）實(shí)際與理論數(shù)據(jù)不一致時(shí)，也會(huì)使實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)量之間出現(xiàn)較大誤差。

（2）在箱梁混凝土澆筑過(guò)程中，如果振搗棒、混凝土等外力擠壓使得金屬波紋管孔內(nèi)塌孔，也可能會(huì)造成實(shí)際伸長(zhǎng)值偏小。

（3）當(dāng)混凝土和其他雜物未清理干凈，殘留在喇叭口內(nèi)時(shí)，將會(huì)增加喇叭口和錨口的應(yīng)力損失，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際張拉力和實(shí)際伸長(zhǎng)值偏小。

（4）如果預(yù)應(yīng)力筋下料后未梳理編束，致使鋼絞線在孔道內(nèi)糾纏在一起，預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力分布不均勻，導(dǎo)致實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值存在較大差距。

（5）千斤頂伸長(zhǎng)量標(biāo)尺松動(dòng)將使計(jì)量結(jié)果不準(zhǔn)，油表失靈或其他設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題也將導(dǎo)致不能準(zhǔn)確測(cè)量伸長(zhǎng)量，從而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值計(jì)算結(jié)果存在較大差距。

5.2 預(yù)防及管控措施

（1）預(yù)應(yīng)力管道的定位筋必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的坐標(biāo)、間距控制精準(zhǔn)，并焊接牢固，避免出現(xiàn)澆筑混凝土?xí)r，因外力作用，波紋管產(chǎn)生位移，從而導(dǎo)致實(shí)際成孔線形與設(shè)計(jì)偏差較大。

（2）按規(guī)范要求時(shí)間進(jìn)行抽拔成孔橡膠棒，在混凝土終凝后，鋼絞線穿束工序施工前，必須及時(shí)用高壓風(fēng)將孔道清理干凈。

（3）為了張拉質(zhì)量得到保證，張拉之前，必須及時(shí)將喇叭口內(nèi)的混凝土渣等雜物清理干凈。

（4）梳整編束是預(yù)應(yīng)力筋下料后必須要進(jìn)行的工序，應(yīng)每隔1.5m用鐵絲進(jìn)行捆扎編束，從而使孔道內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋順暢、不扭結(jié)。施工時(shí)將鋼絞線兩端進(jìn)行編號(hào)，保證張拉時(shí)同一根鋼絞線在兩端錨板上孔位一致。

（5）按照相關(guān)規(guī)范的要求，派專(zhuān)人定期對(duì)千斤頂及油表配套等設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)復(fù)核，保證一切設(shè)備工作正常。智能張拉設(shè)備千斤頂標(biāo)尺傳感器是否正常尤為關(guān)鍵，在張拉之前一定要仔細(xì)檢查。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋張拉伸長(zhǎng)值時(shí)，直接測(cè)定工具張拉端千斤頂活塞運(yùn)動(dòng)拉伸量的方式，將導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大偏差。在實(shí)際計(jì)算中，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，采取分級(jí)測(cè)量的方式計(jì)算后預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際長(zhǎng)度。這樣才能夠減少預(yù)應(yīng)力拉伸值計(jì)算的誤差，從而提高預(yù)應(yīng)力施工的效率。