盖梁预应力张拉伸长量技术探讨

摘要：由于实际操作中对钢绞线施加预应力张拉伸长值的测量当中，不同计算方法之间存在一定的差异，这对预应力张拉质量的双控指标控制带来了极大的不便。本文通过施工过程中的盖梁张拉数据以及对张拉过程中各种导致钢绞线伸长量的因素进行分析，找出理论与实际的钢绞线伸长量偏差的原因，同时进一步证实了一个具有实际可操作性的经验公式（ΔL=L100%- L10%）。

关键词：钢绞线；预应力；张拉

预应力砼梁有成本低、自重轻的特点，能够有效减少盖梁的拉应力，并且施工简单、安全可靠，因而广受桥梁建设的欢迎。但是由于施工人员的水平平均还比较低，在设计方案的时候考虑的不是周全，导致预应力在施工过程损失较大，影响盖梁寿命。现在很多石宏人员开始对钢绞线张拉预应力施加、伸长量的理论计算，但是由于受多方面因素的影响，对预应力张拉伸长值的测量很容易出现偏差现象，对预应力张拉质量控制产生不利的影响。

一、工程概况与预应力偏差问题

（一）工程概况

深圳港西部港区疏港道路位于深圳市南部，该项目由兴海大道北段、兴海大道南段、妈湾大道和港区联络道组成，将各港区疏港交通经由本项目快速通往兴海大道北段、广深沿江高速、深港西部通道和广深高速等对外通道。

兴海支线南段属于3标施工范围，有预应力盖梁38片，其中33#盖梁的断面尺寸为：中截面2 m×2.3m（宽×高），悬臂段截面2 m×1.2m（宽×高）；盖梁长均为17.55m（左、右悬臂6.775m）；该盖梁张拉槽口共4排（N1、N2、N3、N4），每排7孔。

（二）钢绞线张拉伸长量计算

预应力筋理论伸长量计算公式是：

（1）

（2）

其中， 代表预应力理论伸长值， 代表预应力筋平津张拉力， 代表预应力筋截面面积， 代表的是弹性模量，k代表具备偏差影响系数， 为预应力筋与孔道壁的摩擦系数； 为从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角。组需要注意的是一般以钢绞线两头锚固点之间的距离，再加上钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度，作为钢绞线预应力张拉理论伸长量的计算长度。1

（三）预应力偏差问题

33#盖梁于2008年5月3日浇筑完成，盖梁砼7天强度49.8MPa，已达到设计强度的99.6%。33＃盖梁预应力孔共四排，每排7个张拉孔，预应力孔均为上拱形式，预应力钢筋采用Φs15.2高强度低松弛钢绞线，锚具采用OVM 系列锚具。

在2008年5月18日进行3次张拉发现，张拉数值代入上述公式发展，实际伸长量比理论伸长量的差值均在10%以上，远超出规范要求的6%。

二、误差分析与处理

（一）预先处理

根据本段工程当中有预应力盖梁施工过程特点，技术人员主要从内外部4方面进行分析：第一，对所采用的专项施工方案进行重新计算。第二，对工人的操作顺序及现场测量进行复核；第三，钢绞线的弹性模量进行复核；第四，千斤顶与油表的标定复核。

通过对专项方案的重新计算，发现在对钢绞线进行理论伸长量进行计算时没有考虑伸入到千斤顶内部的钢绞线参与变形的因素，同时对局部偏差对摩擦的影响系数k、预应力筋与孔道壁的摩擦系数μ、摩擦角θ进行分析计算，但这对结果的影响有限，仍超出6%。在对现场操作人员进行旁站也并没有发现现场人员的读数或操作误差有问题。对所用的钢绞线也进行了重新送检，发现钢绞线弹性模量也合格。同时对千斤顶与油表重新送广州进行标定，根据标定后回归公式重新计算张拉，结果仍超出6%。

（二）误差分析

目前，现有的研究资料显示，导致误差产生的主要情形与以下几点：

1．“理论计算中弹性模量E是决定计算值的重要因素，它的取值是否正确，对计算预应力筋的影响较大。预应力筋截面面积和弹性模量并不是固定不变的，而是由于生产批次的不同而略有起伏。”1

2．由于生产上的原因，目前市场中的钢绞线截面面积一般比理论值要大，施工过程中技术人员忽视了同批次钢绞线截面面积的测量，而是用固定理论值进行计算，导致偏差出现。

3．k和μ数值收管道成型方式、力筋类型、弯道位置等多方面因素的影响，而这几个因素在施工中的变化很大，收这些不可遇见因素的影响导致偏差过大。

三、原因分析与偏差处理

由于上述处理措施未见成效，说明偏差是出现在计算过程当中，结合其他工程中出现的与之相似的问题，技术人员对偏差原因分析与处理如下：

（一）计算过程分析

1．基本数据

（1）钢绞线弹性模量（根据抽检试验报告综合平均）E=（1.940+1.996+1.962）/3×105Mpa=1.966×105Mpa

（2）K=0.0015，钢绞线与塑料波纹管摩擦系数μ取0.175。

（3）钢绞线摩擦角Nθ1=3.2。=0.0558rad

（4）设计应力1860MPa×0.75=1395 Mpa

设计P=1395 MPa×140×8=1562400N(钢绞线束截面积140mm2)

2．计算工作长度L

按盖梁一半长度计算，张拉端至计算截面的孔道长度：

钢绞线N1（单位m）：L1=(1885.9-80×2)/2÷100=8.6295m

3．钢绞线平均张拉力：

钢绞线N1：PP1= P(1-e-(KX1+μθ1)) / KX1+μθ1=

1562400×(1-e-(0.0015×8.6295+0.175×0.0558))/ 0.0015×8.6295+0.175×0.0558=1544793.1N

4．钢绞线张拉应力100%σ0时一端的伸长值：

钢绞线N1L1=（PP1×L1）÷(A×E)= （1544793.1×8629.5）÷(140×8×1.966×105) =60.5mm

（二）张拉结果计算及分析

根据《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000，张拉过程为，张拉至初应力为10%，量取伸长量为L1，张拉至20%,量取伸长量为L2，再张拉至100%，量取L3,实际伸长量即为:L=L3+L2-2L1，由于采用两端张拉，总伸长量为两端的伸长量之和。张拉以油表读数为主，钢绞线伸长量作校核，伸长量允许误差为±6%。四次张拉的结果分别为：

1．5月15日试张拉N1中间一根，张拉结果如下：

位置 10%σ0

（3.39） 20%σ0

（6.63） 100%σ0

（32.48） 单边

伸长量 实际

伸长量 理论

伸长量 偏差

N11 左 35 46 107 83 142

mm 121

mm 17.4%

右29 30 87 59

2．经过分析千斤顶、油表、理论计算等各方面的原因，决定对N1先放张拉，5月16日再次进行N1张拉，张拉结果如下：

位置 10%σ0

（3.39） 20%σ0

（6.63） 100%σ0

（32.48） 单边

伸长量 实际

伸长量 理论

伸长量 偏差

N11 左43 54 103 71 141

mm 121

mm 16.5%

右 42 53 101 70

3．5月18日第三次张拉N1中间第二束，张拉结果如下：

位置 10%σ0

（3.39） 20%σ0

（6.63） 100%σ0

（32.48） 单边

伸长量 实际

伸长量 理论

伸长量 偏差

N12 左40 52 121 93 138

mm 121

mm 14.0%

右31 34 73 45

四、结论

1．进行理论伸长量计算时应考虑张拉锚具内钢绞线的伸长量。应尽量选择整体张拉、整体放张的施工工艺。整体张拉与单根张拉相比具有受力均匀、减小伸长量误差、减小预应力损失、减少滑丝断丝、缩短施工周期等优点。1

2．锚具变形、预应力筋回缩和接缝压缩是施工实际会发生的，应在进行计算伸长量时给与考虑。计算过程显示通过线性方程计算出的油表的理论读数与通过试验测出的同一张拉力对应的油表之间的数值有一定的差异，同时应注意过度张拉对预应力偏差会产生重要影响，这很容易使钢绞线产生疲劳，增大应力损失，导致理论计算偏差出现。

3．在进行理论伸长量计算时，在k，μ，L参数中，影响最大的为L值；k，μ的取值对伸长量影响有限。

4．在进行预应力张拉时，应先调整到初应力σ0，初始应力σ0宜为张拉控制应力σcon的10%～15%。由于影响张拉伸长量的因素比较多（如管道的实际顺直度、孔道摩阻、钢绞线长度），如按σcon的10%，20%，100%进行计算实测伸长量偏差比较大时，可调整到σcon的15%，30%，100%进行张拉与测量。

参考文献：

[1]王英俊，罗恒，周庆忠．30 m T梁后张法预应力张拉伸长量分析与控制.交通科技，2009，（3）．

[2]刘效尧．预应力技术及材料设备[M]．北京：人民交通出版社，2005．

[3] FI]JTJ041―2000公路桥涵施工技术规范[S]．北京：人民交通出版社，2000．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。