后张法预应力施工关键工序控制

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【摘要】：预应力施工是一项技术性很强的工作，预应力筋张拉是预应力砼结构的关键工序，施工质量关系到桥梁的安全和人身安全，因此必须慎重对待。后张预应力技术一般用于预制大跨径简支连续梁、简支板结构，各种现浇预应力结构或块体拼装结构。预应力钢绞线施工时，采用张拉应力和伸长值双控，实际伸长值与理论伸长值误差不得超过6％。本文就以后张法预应力张拉设备的选用及张拉设备的标定、钢绞线理论伸长值的计算、从初应力和张拉方案的确定、钢绞线的穿束和张拉几方面进行了讨论，分析了张拉中常出现的问题，以完善后张法预应力技术。

【关键词】 后张法预应力 张拉理论伸长值控制

中图分类号： TU74 文献标识码： A

当今国内铁路、公路的预应力砼桥梁中，除少数先张桥梁外，大部分均是后张法预应力砼桥梁。凡是后张桥梁，无论是悬臂梁、连续梁还是简支梁，不管采用什么施工方法，都涉及到预应力张拉这一重要工序。后张桥梁预应力张拉是待桥梁砼达到一定强度和拆模后，在梁体预留孔道中穿入预应力筋，安装锚具，用机械张拉锚固，使预应力筋对梁体施加应力。施加预应力过多或不足都会影响梁的质量，必须按设计要求，准确地施加预应力，所以张拉工艺极为关键。后张桥梁的张拉工艺主要是对预应力筋的张拉锚固，桥梁所使用预应力筋和锚具的锚固体系不同，其张拉工艺各不相同。，因此，施工过程中必须做好对关键工序的控制，严格控制各环节施工质量，以免造成严重的经济损失。

一、张拉前的准备工作

1、张拉前需完成梁内穿束和张拉机具设备的校验工作，压力表的精度不低于1.5级，读盘直径不小于150mm，最好选用防震压力表，避免由于指针的抖动造成读数不准。

2、张拉作业上岗作业人员必须经过特种作业培训，并取得特种作业合格证书。

3、从理论上讲活塞面积乘以油表读数即为千斤顶的作用力，由于活塞和油缸之间有一定的摩擦阻力，此摩擦阻力抵消了一部分作用力，因此实际作用力比计算的作用力要小。为正确控制张拉力，一般采用校验标定的方法测定千斤顶的实际作用力与压力表读数的关系，因此千斤顶和压力表在使用前一定要由有资质的试验室对千斤顶和压力表进行配套校验，确定张拉力和油表读数的关系方程，一般使用超过6个月或使用超过200次以及使用过程中出现异常现象时均应重新校验。

4、张拉安全防护设备已安装完毕并在作业区周边布设警示标志，由专人负责。

二、对预应力筋施加预应力时，应符合下列规定：

1、千斤顶安装时，工具锚应与前端的工作锚对正，工具锚与工作锚之间的各根预应力筋不得错位、扭绞。实施张拉时，千斤顶与预应力筋、锚具的中心线应位于同一轴线上。

2、预应力筋的张拉顺序和张拉控制应力应符合设计规定。当施工中需要对预应力筋实施超张拉或计入锚圈口预应力损失时，可比设计规定提高5%，但在任何情况下均不得超过设计规定的最大张拉控制应力。

3、预应力筋采用应力控制方法张拉时，应以伸长值进行校核。实际伸长值与理论伸长值的差值应符合设计规定；设计未规定时，其偏差应控制在±6%以内，否则应暂停张拉，待查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。

4、预应力筋的理论张拉伸长值L（mm）的计算：

按现行桥涵施工规范，预应力筋的理论伸长值L（mm）为：

L=Pp×L/Ap×Ep…………………………………………（1）

Pp―预应力筋的平均张拉力（N）；

L ―预应力筋的长度（mm）；

Ap―预应力筋的截面积（mm2）；

Ep―预应力筋的弹性模量（N/mm2）。

预应力筋的平均张拉力为：

Pp=P（1-e-（kx+uθ））/（kx+uθ）……………………………（2）

P―预应力筋张拉端的张拉力，将钢绞线分段计算后，为每分段的起点张拉力，即为前段的终点张拉力（N）；

θ―从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，分段后为每分段中每段曲线段的切线夹角（rad）；

x―从张拉端至计算截面的孔道长度，分段后为每个分段长度值；

k―孔道每束局部偏差对摩擦的影响系数，管道内全长均应考虑该影响；

μ―预应力筋与孔道壁之间的磨擦系数，只在管道弯曲部分考虑该系数的影响。

从公式（1）可以看出，钢绞线的弹性模量Ep是决定计算值的重要因素，它的取值是否正确，对计算预应力筋伸长值的影响较大。所以钢绞线在使用前必须进行检测试验，弹性模量则常出现Ep’=（1.96～2.04）×105Mpa的结果，这是由于实际的钢绞线的截面积并不是绝对的140mm2，而进行试验时并未用真实的钢绞线截面积进行计算，根据公式（1）可知，若Ap有偏差，则得到了一个Ep’值，虽然Ep’并非真实值，但将其与钢绞线理论面积相乘所计算出的ΔL却是符合实际的，所以要按实测值Ep’进行计算。

公式2中的k和μ是后张法钢绞线伸长量计算中的两个重要的参数，其大小取决于多方面的因素：管道的成型方式、预应力筋的类型、表面特征是光滑的还是有波纹的、表面是否有锈斑，波纹管的布设是否正确，弯道位置及角度是否正确，成型管道内是否漏浆等等，各个因素在施工中的变动很大，还有很多是不可能预先确定的，因此，摩擦系数的大小很大程度上取决于施工的精确程度。在工程实施中，最好对孔道磨擦系数进行测定（测定方法可参照《公路桥梁施工技术规范》(JTJ 041-2000)附录G－9），并对施工中影响磨擦系数的方面进行认真的检查，如波纹管的三维位置是否正确等等，以确保摩擦系数的大小基本一致。

4.1划分计算分段：

整束钢绞线在进行分段计算时，首先是分段：

（1） 工作长度：工具锚到工作锚之间的长度，计算时不考虑μ、θ，计算力为点力，采用公式1直接进行计算，Pp＝千斤顶张拉力；

（2） 波纹管内长度：计算时要考虑μ、θ，计算一段的起点和终点力。每一段的终点力就是下一段的起点力，每段的终点力与起点力的关系如下式：

Pz=Pq×e-(KX+μθ)（公式3）

Pz―分段终点力（N）

Pq―分段的起点力（N）

θ、x、k、μ―意义同上

各段的起终点力可以根据公式3从张拉端开始进行逐步的计算。

（3） 根据每一段起点力Pq代入公式2中求出每一段平均张拉力Pp。

（4）根据Pp代入公式1计算出每一段的伸长值ΔL，相加后得出全长钢绞线伸长量。

三、张拉时钢绞线实际伸长量的测量方法

钢绞线实际伸长量的测量方法有多种多样，目前使用较多的是直接测量张拉端千斤顶活塞伸出量的方法，这样的测量方法存在一定的误差，这是因为工具锚端夹片张拉前经张拉操作人员用钢管敲紧后，在张拉到10%σk时因钢绞线受力，夹片会向内滑动，张拉到20%σk时，夹片又会继续向内滑动，这样通过测量千斤顶的伸长量而得到的10%～20%σk的伸长量比钢绞线的实际伸长值长1～2mm，若以10%～20%σk的伸长量作为0%～10%σk的伸长量，哪么在0%～20%σk的张拉控制段内，钢绞线的伸长量就有2～3mm的误差。从20%σk张拉到100%σk时，钢绞线的夹片又会向内滑动一点，按最小值滑动量计算单端钢绞线的伸长量就有3～4mm的误差，两侧同时张拉时共计有约6～8mm的误差（误差值的大小取决于工具锚夹片打紧程度），但是张拉力是达到的。因此用测量千斤活塞的方法一般测出来的值都是偏大的。

四、张拉中常出现的问题

1、断丝

当张拉到一定的吨位后，油压回落，加压又回落，可能发生了断丝。

2、工具锚滑丝

张拉过程中要特别注意工具锚滑丝，如发现伸长值突然超长，就要检查一下钢绞线上有没有工具锚夹片的牙纹，如果没有就一定是滑丝了。

五、结束语

理论伸长值计算中，如果采取的是两端张拉，钢绞线对称布置，在进行伸长量计算时是计算一半钢绞线的伸长值然后乘以二的方法；如果是一端锚固一端张拉，计算时应从张拉端计算至锚固端；而对于非对称结构，钢绞线不对称布置，在计算钢绞线的伸长值时，计算原则是从两侧向中间分段计算，至某一点时钢绞线的受力基本相等即可，而不是简单的分中计算。

钢绞线的分段原则是将整根钢绞线根据设计线形分成曲线连续段及直线连续段，而不能将直线段及曲线段分在同一段内。

预应力筋的伸长量计算方法有多种，常用的平均力法及简化计算法在很多工程施工中也能够满足精度要求，这里我仅是将现行规范中精确计算法及施工中误差较小的一种测量方法作了简单的介绍，对于锚下控制应力的补张，应和设计单位和监理工程师沟通明确，是否需要补足夹片的回缩应力损失。由于水平有限，以上方法和观点尚有不足之处，尚请批评指正。

参考文献：

【1】 JTG/T F50-2011《公路桥涵施工技术规范》. 中华人民共和国交通运输部

【2】 《路桥施工计算手册》 北京 人民交通出版社 周水兴等编著