淺析后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算.doc

1、淺析后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算 摘要：高速鐵路的設(shè)計(jì)和施工中，橋梁工程占了很大的比重。橋梁工程大量采用后張法預(yù)應(yīng)力箱梁或預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。在相關(guān)的設(shè)計(jì)文件及規(guī)范中，均要求預(yù)施應(yīng)力鋼絞線采用張拉應(yīng)力與伸長(zhǎng)值雙控的措施，因而預(yù)應(yīng)力筋理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算就成為預(yù)應(yīng)力施工過程中重要的技術(shù)工作之一。本文根據(jù)工程實(shí)際，談?wù)勅绾芜M(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算。關(guān)鍵詞：后張法 鋼絞線 伸長(zhǎng)值 計(jì)算。 1、 后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)值計(jì)算的重要性在客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制箱梁暫行技術(shù)條件（鐵科技2004120號(hào)）第3.3.15條明確規(guī)定：預(yù)施應(yīng)力值以油壓表讀數(shù)為主，以預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值作校核，按預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際

2、彈性模量計(jì)算的伸長(zhǎng)值與實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值相差不得超過±6；實(shí)際伸長(zhǎng)值宜以20%張拉力作為測(cè)量的起始點(diǎn)。在設(shè)計(jì)文件中，給定的理論會(huì)長(zhǎng)值是在預(yù)先設(shè)定的喇叭口及錨具損失、管道偏差系數(shù)、管道摩阻系數(shù)的情況下計(jì)算出來的，而實(shí)測(cè)的叭口及錨具損失、管道偏差系數(shù)、管道摩阻系數(shù)往往與預(yù)先設(shè)定值是不一樣的，因此，工程實(shí)際中，需要結(jié)合實(shí)測(cè)的相關(guān)參數(shù)對(duì)鋼絞線理論伸長(zhǎng)值重新進(jìn)行計(jì)算。在工程實(shí)際中，有些技術(shù)人員沒有熟練掌握鋼鉸線伸長(zhǎng)值的計(jì)算方法和要領(lǐng)，張拉記錄中填寫不規(guī)范、不詳實(shí)、甚至錯(cuò)誤的情況彼此可見。因此鋼絞線理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算就相當(dāng)重要，也是現(xiàn)場(chǎng)參建技術(shù)人員必須熟練掌握的基本技能之一。后張法預(yù)應(yīng)力鋼鉸線伸長(zhǎng)值計(jì)算與

3、現(xiàn)場(chǎng)控制的重要性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1） 鋼絞線理論伸長(zhǎng)值計(jì)算正確，并在張拉過程中測(cè)量準(zhǔn)確，根據(jù)偏差情況，并進(jìn)一步查明原因，有利于過程的質(zhì)量控制:技術(shù)人員可以從側(cè)面判斷控制應(yīng)力實(shí)施情況，避免控制應(yīng)力不足，或超張拉；可以了解張拉設(shè)備的工作狀況；可以查明鋼絞線本身的質(zhì)量缺陷；促進(jìn)張拉工藝的不斷改進(jìn)等多個(gè)方面的質(zhì)量控制。（2） 管道摩阻系數(shù)k和管道偏差系數(shù)與實(shí)際伸長(zhǎng)值的大小影響比較大，而這兩個(gè)參數(shù)的大小，主要取決于管道位置的精確程度。在實(shí)際工程施工中，相同的設(shè)計(jì)文件，相同的工程材料和施工工藝，而在工程施工過程中對(duì)預(yù)應(yīng)力管道孔道孔道形狀和位置偏差控制不嚴(yán)，使實(shí)測(cè)的管道摩阻系數(shù)k和管道偏差系數(shù)卻遠(yuǎn)

4、遠(yuǎn)大于正常水平，而不得不增加控制應(yīng)力的情況。在施工過程中通過實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值與理論會(huì)長(zhǎng)值的比較，在施工過程中不斷的改進(jìn)成孔工藝，確保正確的孔型和孔道位置，對(duì)預(yù)應(yīng)力工程的質(zhì)量控制，意義重大。（3） 預(yù)應(yīng)力工程是預(yù)制箱梁、現(xiàn)澆連續(xù)梁質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)，施工過程中準(zhǔn)確、真實(shí)的預(yù)應(yīng)力張拉情況及梁段（箱梁）的變形情況定期的反映給相關(guān)單位，有利于施工單位關(guān)鍵工序的技術(shù)管理，有利于監(jiān)理單位的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和設(shè)計(jì)單位進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。 2、 后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長(zhǎng)值與實(shí)際伸長(zhǎng)值的產(chǎn)生偏差的影響因素預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長(zhǎng)值的影響因素較多，但主要有以下幾個(gè)方面的原因：（1） 控制應(yīng)力的大?。嚎刂茟?yīng)力的大小，與鋼絞線伸長(zhǎng)值成正比

5、關(guān)系；按設(shè)計(jì)的控制應(yīng)力進(jìn)行張拉，這是理論伸長(zhǎng)值與實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值相符的前提條件之一。在工程實(shí)際中，發(fā)現(xiàn)有些技術(shù)人員分不清錨外控制應(yīng)力和錨下控制應(yīng)力、錨外張拉力與錨下張拉力的定義和區(qū)別，就盲目的進(jìn)行張拉，控制應(yīng)力使用錯(cuò)誤，伸長(zhǎng)值計(jì)算與控制也成為空談。 在工程設(shè)計(jì)文件中，均要求對(duì)錨口及喇叭口損失、管道摩阻系數(shù)及管道偏差系數(shù)等經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，如果與設(shè)計(jì)設(shè)定值偏差較大時(shí)，應(yīng)由設(shè)計(jì)單位對(duì)張拉控制應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整。在實(shí)際張拉中，一定要將設(shè)計(jì)的錨下控制應(yīng)力，根據(jù)張拉力調(diào)整報(bào)告的建議，考慮上喇叭口及錨具損失后，換算成錨外控制應(yīng)力和錨外控制張拉力，作為鋼絞線伸長(zhǎng)值計(jì)算的起始力，這一點(diǎn)非常重要。（2） 管道摩阻系數(shù)k和管道

6、偏差系數(shù)的影響：伸長(zhǎng)值主要受到以下兩方面的因素影響，一是管道彎曲影響引起的摩擦力，即管道摩阻系數(shù)k；二是管道偏差影響引起的摩擦力，即管道偏差系數(shù)。這兩個(gè)值的的大小取決于多方面的因素：管道的成型方式、預(yù)應(yīng)力束筋的類型、表面特征、表面是否有銹斑，以及波紋管的布設(shè)是否正確，偏差大小，彎道位置及角度等等。各個(gè)因素在施工中的變動(dòng)很大，有一些因素是客觀的，有一些很大程度上取決于施工過程質(zhì)量控制情況。在施工過程中，發(fā)現(xiàn)同樣的設(shè)計(jì)圖紙，同樣的原材料，實(shí)測(cè)的管道摩擦系數(shù)相差很大的情況，說明施工工藝及預(yù)應(yīng)力孔道位置的精確程度對(duì)管道摩擦系數(shù)的影響很大。（3） 鋼較線彈性模量的取值與鋼絞線公稱截面面積誤差：鋼絞線理論

7、伸長(zhǎng)值與鋼絞線的彈性模量和公稱截面面積成反比，它們的取值誤差直接影響理論會(huì)長(zhǎng)值的計(jì)算。在工程實(shí)際中，一般取鋼絞線的公稱截面面積，取鋼鉸線的實(shí)際彈性模量。鋼絞線的彈性模量Ep是決定計(jì)算值的重要因素，它的取值是否正確，對(duì)計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值的影響較大。在預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線GB/T5224-2003中，標(biāo)準(zhǔn)型鋼絞線彈性模量Ep的理論值為Ep=（195±10）Gpa，而鋼絞線進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)，彈性模量則常出現(xiàn)彈性模量Ep=（196-204）Gpa的結(jié)果，實(shí)際的鋼絞線的直徑都偏大，所以實(shí)際計(jì)算時(shí)，要以該批鋼絞線實(shí)測(cè)彈性模量值Ep進(jìn)行計(jì)算。在客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制箱梁暫行技術(shù)條件（鐵科技20041

8、20號(hào)）第3.2.10條規(guī)定：供應(yīng)商應(yīng)提供每批鋼絞線的實(shí)際彈性模量值。（4） 測(cè)量方法的不同：目前測(cè)量鋼絞線伸長(zhǎng)值一般采用測(cè)量千斤頂活塞伸長(zhǎng)量的方法，以10%-20%k做為測(cè)量的初始值。這種方法測(cè)量時(shí)，因夾片會(huì)隨著張拉力的增大而產(chǎn)生3-4mm的回縮；同時(shí)，夾片在張拉前打緊程序不同，也會(huì)產(chǎn)生1-2mm的誤差。這對(duì)于長(zhǎng)度較小或需分級(jí)張拉的較長(zhǎng)鋼絞線時(shí)，誤差積累會(huì)更大。所以，建議采用測(cè)量鋼絞線絕對(duì)伸長(zhǎng)值的測(cè)量方法。（5） 張拉機(jī)具與張拉工藝實(shí)施情況：張拉所用的千斤頂與油表必須配套使用，按要求定期對(duì)其進(jìn)行校核；千斤頂?shù)牧砍虘?yīng)不小于最大張拉力的2倍；張拉時(shí)，控制應(yīng)力的實(shí)現(xiàn)是以油壓表的讀數(shù)間接測(cè)量的，顯然

9、可見，千斤頂和油壓表的正常工作正確張拉的前提；在張拉工藝方面，如圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求兩端同步張拉，左右對(duì)稱進(jìn)行。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際張拉時(shí)，兩臺(tái)千斤頂一定要做到同步操作，協(xié)調(diào)一致。張拉操作不同步、不協(xié)調(diào)，對(duì)伸長(zhǎng)值影響較大，尤其是兩側(cè)測(cè)量的伸長(zhǎng)值差別較大。對(duì)于兩端同步張拉的對(duì)稱鋼絞線，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)兩側(cè)伸長(zhǎng)值誤差，不宜大于10%。3、后張法鋼絞線伸長(zhǎng)值的計(jì)算公式及各參數(shù)的意義： （1）關(guān)于預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值的計(jì)算按照以下公式： （a） （b）式中：L各分段預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長(zhǎng)值（mm）；Pp各分段預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力，注意不等于各分段的起點(diǎn)力與終點(diǎn)力的平均值（N）；L預(yù)應(yīng)力筋的分段長(zhǎng)度（mm）；Ap預(yù)應(yīng)力筋的截面面積（mm2

10、）；Ep預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量（Mpa）；P預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力，將鋼絞線分段計(jì)算后，為每分段的起點(diǎn)張拉力，即為前段的終點(diǎn)張拉力（N）；從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，分段后為每分段中各曲線段的切線夾角（rad）；x從張拉端至計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度，整個(gè)分段計(jì)算時(shí)x等于L（m）；k孔道每束局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)（1/m），管道彎曲及直線部分全長(zhǎng)均應(yīng)考慮該影響；預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的磨擦系數(shù)，只在管道彎曲部分考慮該系數(shù)的影響。 （2）分段計(jì)算時(shí)，靠近張拉端第一段的終點(diǎn)力即為第二段的起點(diǎn)力。每段的終點(diǎn)力與起點(diǎn)力的關(guān)系如下式： （c）Pz分段終點(diǎn)力（N）Pq分段的起點(diǎn)力（N）、x、k、意義

11、同上由公式（c）可見，鋼絞線張拉時(shí)，錨下控制應(yīng)力沿著管壁向梁跨中逐漸減小，因而每一段的鋼絞線的伸長(zhǎng)值也是不同的。需要說明的是，保證預(yù)應(yīng)力孔道正確的空間位置，線型符合設(shè)計(jì)，孔壁堅(jiān)實(shí)圓滑，可避免鋼絞線在工作狀態(tài)下，應(yīng)力均勻遞減，不致發(fā)生應(yīng)力突變現(xiàn)象。4、后張法鋼絞線伸長(zhǎng)值理論會(huì)長(zhǎng)值計(jì)算時(shí)的計(jì)算方法及注意事項(xiàng)（1）后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線在預(yù)制構(gòu)件中的空間線型有對(duì)稱、不對(duì)稱兩種情況，計(jì)算時(shí)，從張拉端開始，依次各段的起、終點(diǎn)力，并計(jì)算出各段的伸長(zhǎng)值后累加即可。在分段時(shí)，應(yīng)根據(jù)空間線型把整根鋼絞線由拐點(diǎn)將線型分成若干曲線段及直線段，分段進(jìn)行計(jì)算；不能將直線段及曲線段分在同一段內(nèi)；曲線要素不同的，也應(yīng)分開。 （

12、2）如果鋼絞線的線型是對(duì)稱的，施工時(shí)兩端同步張拉，則每一端的伸長(zhǎng)量計(jì)算至對(duì)稱中心，總的伸長(zhǎng)量乘以二即可；非對(duì)稱單端張拉的鋼絞線，則要從張拉端開始對(duì)全長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。 （3）而對(duì)于非對(duì)稱兩端同步張拉結(jié)構(gòu)，在計(jì)算鋼絞線的伸長(zhǎng)值時(shí)，計(jì)算原則是從兩側(cè)向中間分段計(jì)算，至跨中某一點(diǎn)時(shí)鋼絞線的受力平衡點(diǎn)，而不是簡(jiǎn)單的分中計(jì)算。本人在實(shí)際工作中，對(duì)受力平衡點(diǎn)的計(jì)算借助EXEL表格，利用試差法進(jìn)行計(jì)算，很容易找到受力平衡點(diǎn)。（4）在實(shí)際工程中，一些鋼絞線為了梁端錨固空間的需要，在靠近端部時(shí)，除了豎彎，也會(huì)設(shè)置一定的平彎，此時(shí)，平彎一般角度較小，一般可以忽略不計(jì)，對(duì)伸長(zhǎng)值的影響較小。如平彎的角度較大，應(yīng)把兩個(gè)方向的角

13、度看做是失量，以失量和作為此段的曲線轉(zhuǎn)角。即 (d）：平彎角；：豎彎角（5） 如果梁位于設(shè)計(jì)的曲線上，則應(yīng)考慮縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線不同的曲線半徑引起的工作長(zhǎng)度的不同，曲線半徑越小，影響越大。在鐵路橋梁方面，曲線要素是按左線中心給的，那么左線中心以外的鋼絞線，工作長(zhǎng)度均會(huì)產(chǎn)生不同程度的變化。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，應(yīng)注意這一方面的影響。 5、后張法鋼絞線理論伸長(zhǎng)值計(jì)算公式說明及計(jì)算示例：寧安鐵路銅陵制梁場(chǎng)生產(chǎn)的32米預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，圖紙上給定的錨口及喇叭口摩阻損失為6%，管道摩阻系數(shù)u為0.55，管道偏差系數(shù)k為0.0015；該梁場(chǎng)于2010年3月25日生產(chǎn)了第一片箱梁，于2010年5月17日由鐵道部產(chǎn)品質(zhì)

14、量監(jiān)督檢驗(yàn)中心鐵道建筑檢驗(yàn)站做了箱梁預(yù)應(yīng)力摩阻試驗(yàn)，實(shí)測(cè)的的錨口及喇叭口摩阻損失為4.8%，管道摩阻系數(shù)u為0.3548，管道偏差系數(shù)k為0.0007（報(bào)告編號(hào)：（2010）TJ字第W386號(hào)），均小于設(shè)計(jì)文件給定值，質(zhì)量控制較好；2010年6月份由中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院出據(jù)的張拉力調(diào)整報(bào)告給出的預(yù)應(yīng)力張拉力調(diào)整結(jié)論是：錨下張拉控制應(yīng)力不做調(diào)整，維持原設(shè)計(jì)；各束鋼絞線的錨外張拉力由梁場(chǎng)根據(jù)相應(yīng)的錨下張拉控制應(yīng)力及實(shí)測(cè)的錨口和喇叭口摩阻損失、鋼絞線根數(shù)自行確定。示例：銅陵制梁場(chǎng)32米箱梁N7預(yù)應(yīng)力筋大樣圖如下（N7線型對(duì)稱于跨中），預(yù)應(yīng)力鋼鉸線采用1×7-15.2-1860-GB/ T 5

15、224-2003，鋼絞線束數(shù)為11j15.2；錨口及喇叭口損失、管道摩阻系數(shù)及管道偏差系數(shù)、張拉控制應(yīng)力、鋼絞線面積、彈性模量等見下表所示。相差參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目名稱數(shù)值備注1喇叭口及錨口損失設(shè)計(jì)值6%/實(shí)測(cè)值4.8%/2管道偏差系數(shù)k設(shè)計(jì)值0.0015/實(shí)測(cè)值0.0007/3管道摩阻系數(shù)u設(shè)計(jì)值0.55/實(shí)測(cè)值0.3548/4彈性模量Ep196GPa該批鋼絞線實(shí)測(cè)值5錨下張拉控制應(yīng)力k初張拉870MPa設(shè)計(jì)文件給定終張拉1320MPa設(shè)計(jì)文件給定6鋼絞線面積Ag140mm1j15.2公稱截面面積 N7大樣圖 360 800 R=20000 a=60 梁底 跨中 4330 2091 9879N7(豎

16、彎） 單位：mm146400 R=15000 a=80 1950 2088 12262 N7(平彎） 單位：mm理論伸長(zhǎng)值計(jì)算表格 預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉伸長(zhǎng)量計(jì)算 張拉鋼絞線對(duì)稱布置,故取半簡(jiǎn)支梁考慮(以下所有分段均對(duì)應(yīng)于半簡(jiǎn)支梁):輸入已知數(shù)據(jù) (注意單位)NK(KN) =2135.3 張拉控制力Ay(mm2)=1540 預(yù)應(yīng)力鋼絞線截面面積Eg(MPa)=196000 預(yù)應(yīng)力鋼絞線彈性模量k=0.0007 預(yù)應(yīng)力鋼絞線孔道偏差系數(shù)=0.3548 預(yù)應(yīng)力鋼絞線與孔道壁的摩擦系數(shù)分段輸入各段參數(shù)分段一伸長(zhǎng)量計(jì)算值L(m)(rad)終點(diǎn)力(KN)L1=13.791.950.00000.00290.9

17、9708 2156.2分段二伸長(zhǎng)量計(jì)算值L(m)(rad)終點(diǎn)力(KN)L2=14.382.0880.13963 0.0799 0.92318 1990.6分段三伸長(zhǎng)量計(jì)算值L(m)(rad)終點(diǎn)力(KN)L3=1.960.2920.00000.00023 0.99977 1990.1分段四伸長(zhǎng)量計(jì)算值L(m)(rad)終點(diǎn)力(KN)L4=13.602.0910.174530.06073 0.94107 1872.8分段五伸長(zhǎng)量計(jì)算值L(m)(rad)終點(diǎn)力(KN)L5=62.029.8790.00000 0.01482 0.98529 1845.3單端總伸長(zhǎng)量(mm) L=105.75 總伸長(zhǎng)量(mm) L=211.49 說明： （1）NK(KN)=1320*11*140/(1-4.8%)=2135.3KN，考慮錨口及喇叭口損失，此值為錨外張拉力，因考慮到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量鋼絞線伸長(zhǎng)值時(shí)，大部分采用的是測(cè)量千斤頂活塞伸長(zhǎng)值及鋼絞線夾片回縮的方法。而這種測(cè)量方法，在測(cè)量伸長(zhǎng)值時(shí)，是在千斤頂回油前，在錨外張拉力作用下下產(chǎn)生的伸長(zhǎng)值。 注意：錨外張拉力NK(KN)=1320*11*140/(1-4.8%)=2135.29KN當(dāng)中的除號(hào)，而不是乘號(hào)；而NK(KN)=1320*11*140*