后张预应力梁板的张拉伸长量计算及误差分析
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摘要：通过工程实例简单介绍预应力梁板张拉控制程序及钢绞线理论伸长值计算，简要分析了导致预应力钢绞线后张法伸长值异常的因素，并提出了施工中应采取的预防措施。
关键词：后张 预应力 张拉 伸长量计算 控制程序
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
预应力后张预应力梁板因其施工工艺成熟、工程造价经济、结构自重减轻等诸多优点，被广泛应用于公路工程之中。但是，本人在工程实践中，发现传统的钢绞线张拉过程中经常会出现实测伸长量超出规范允许的范围，下面结合本工程具体实例，简要谈谈自己近两年预制场工作中对预应力箱梁张拉过程的一些体会。1.工程概况
工程名称：河北省沧州沿海高速板堂河大桥
梁板：30m预应力混凝土箱梁，梁高160cm
梁板数量：232片
设计钢绞线型号：公称直径Φs 15.2mm，
钢绞线面积: A=139 mm2 Rby=1860Mpa
采用锚具：OVM15-4/OVM15-5型锚具
2.有关数据的采用与理论伸长值的计算
2.1计算说明：
预应力筋采用控制应力方法进行张拉时，应以伸长值进行校核。为控制预应力钢绞线张拉实际伸长值与理论伸长值的差值，应先计算出钢绞线的理论伸长值。计算采用直线—曲线—曲线—直线模式分段计算相加得到理论伸长值。
直线段：
L=Pp×L/（Ap×Ep）
式中：
Pp：计算截面处钢绞线张拉力（N）；
L：预应力钢绞线长度（mm）;
Ap：预应力钢材截面面积（mm2）;
Ep：预应力钢材弹性模量（N/mm2）。
曲线段：
L = P×L/（Ap×Ep）式中：
P：预应力钢绞线平均张拉力（N）；
其余符号同直线段。
关于Pp、P的计算：
Pp = P[1－（1－e-(kx+uθ)）]
P = P[1-e-(kx+uθ)]/(kx+uθ)：
P：张拉端钢绞线张拉力
X：从张拉端至计算截面的孔道长度（m）;
θ:从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的切角之和（rad）;
K：孔道每m局部偏差对摩擦的影响系数；
U：预应力钢材与孔道壁的摩擦系数；
2.2计算中有关数据
Ap=139×4=556mm2/ Ap=139×5=695mm2
Rby=1860Mpa
бk= 0.75Rby=1395Mpa
Ep=1.993×105Mpa (试验值)
K=0.0015（规范取值）
U=0.20（规范取值）
2.3钢绞线长度：考虑到实际施工中采用穿心式千斤顶，所以钢绞线长度应计入千斤顶长度，YCW150型千斤顶回程后的长度为450mm。
曲线段长：(7.832m+3.997m)×2=23.66m
直线段长：(0.4m+2.883m)×2=6.57m
2.4预应力箱梁各钢绞线布置如图所示：
2.5箱梁钢绞线伸长量详细计算（本文中仅以N1束钢绞线为例）如下表1所示：
表1：
2.6 N1钢绞线束总理论伸长值计算：
L N1=10.32cm×2=20.64cm
2.7应力与伸长值及压力表读数之间的关系
根据千斤顶标定报告，按照所得出的线性回归方程，代入张拉控制力值得到相应的控制油表读数。本工程中箱梁张拉所用1#千斤顶所对应的油表编号为240#，2#千斤顶多对应的油表编号为230#，张拉程序按0 0.1бk 0.2бk 1.0бk持荷3分钟，详细计算如下表2所示：
表2：
3.张拉过程及发现问题
在预应力后张梁施工中，钢绞线的张拉一般采用双控原则，即以张拉应力控制为主，以张拉伸长值校核为辅。《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）规定：预应力筋实际伸长值与理论伸长值的差值应符合设计要求，设计无规定时，实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在±6%以内。钢绞线的实际伸长值从初应力开始量测，再加上初应力以下的推算伸长值，一般采用相邻级的伸长值。当相邻级伸长值出现误差时，在计算实际伸长值的最终结果时会将此误差翻倍，造成更大的误差。
现结合本人实践，从张拉设备和钢绞线材料本身两方面对钢绞线实测伸长值与理论伸长值间误差原因作如下分析： 3.1张拉设备方面的原因 3.1.1 初张拉的千斤顶与控制张拉的千斤顶应力不同步 在整体张拉的预应力施工工艺中，初张拉一般采用穿心式千斤顶，控制张拉采用顶推式千斤顶。穿心式千斤顶与顶推式千斤顶可能存在应力不同步的问题。例如穿心式千斤顶的10%σcon可能略大于或略小于顶推式千斤顶10%σcon，出现这种情况的原因主要从千斤顶与油表对应关系方面分析：试验检测机构所给出的反映顶表对应关系的线性回归方程，一般情况下在张拉力较大时比较接近线性，精确度较高，而在张拉较小时不太接近线性，也就是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实际读数有较大的差异。在施工过程中，油表的读数均按通过线性方程计算出的理论读数进行控制，这就有可能造成不同千斤顶之间应力不同步的问题。对于同一张拉控制应力，穿心式千斤顶的实际控制应力如果大于顶推式千斤顶的实际控制应力，初应力调整完毕，进行控制张拉时，当油表读数达到与理论初应力相同的理论控制应力时，钢绞线本应开始伸长，但由于应力不同步的问题，当顶推式千斤顶的实际控制应力大于实际初应力时，钢绞线才开始伸长，这就造成了实际伸长值比理论伸长值偏小，并很有可能超出误差允许范围。 要解决千斤顶应力不同步的问题，所选择的控制张拉的起算应力应大于初张拉的应力值，使之存在一定的差值，例如初张拉应力值选10%σcon，控制张拉起算应力选15%σcon。 3.1.2张拉设备出现故障 千斤顶长时间使用可能出现油封老化的现象，导致千斤顶漏油，无法进行持荷，难以达到要求的张拉控制应力。油表受到外力碰撞或受热、受潮过度等，可能会出现故障，与千斤顶的对应关系发生改变。以上情况的出现，都有可能导致钢绞线伸长值误差超限。
3.2钢绞线材料自身方面的原因
由于实际材料的制造误差和其他因素，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。目前钢绞线截面面积普遍大于其理论值，而在实际计算中采用的一般是固定的理论值。即使是同一批次的钢绞线，各盘的弹性模量之间也存在一定的差异。按《预应力混凝土用钢绞线国家标准》（GB/T5224-2003）规定，每批钢绞线抽取3根进行弹性模量试验，因只抽取3根，试验结果可能不完全具有代表性。钢绞线截面面积，弹性模量的制造误差对伸长值有一定的影响，但一般不足以导致伸长值误差超限。另外，还可以将弹性模量的试验值与厂家提供的质保单上所给出的每盘的弹性模量一起取平均值，作为计算理论伸长值时弹性模量的选用值，使选用数据更具代表性。
4.经验总结和体会
为了准确控制钢绞线的伸长值，尽量减少实测伸长值与理论伸长值之间的差值，在后张法钢绞线张拉施工过程中，要认真做到以下几点：
4.1预留预应力筋管道的位置应准确，采用钢筋卡子定位，用铁丝绑扎固定，避免管道在浇筑混凝土过程中移位。合理确定钢绞线与管道之间的摩擦系数，及时调整k、u系数。
4.2钢绞线应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224－2003）的要求，并应按规定抽样检查。每次到货的钢绞线都应重新测定其弹性模量，以确定出厂合格证书上的数值是否准确。
4.3千斤顶的精度应在使用前校准。使用超过6个月或200次，以及在使用过程中出现不正常现象时，应重新校准。任何时候在工地测出的预应力钢绞线伸长值有差异时，千斤顶应进行再校准。
4.4用于测力的千斤顶的压力表应同千斤顶视为一个单元同时校准，并在量程范围内建立精确的标定关系，以确定张拉力与压力表读数之间的曲线方程。
4.5应考虑锚具变形量和锚下混凝土的压缩量对实测伸长值的影响。
4.6施工过程中要根据实测伸长值和理论伸长值差值的大小，随时调整初应力的大小。
参考文献
1、《沿海高速公路沧州段两阶段施工图设计》 河北省交通规划设计院2008
2、《公路桥涵施工技术规范 JTG/T F50-2011》交通运输部2011
3、《预应力混凝土用钢绞线GB/T5224－2003》 国家质量监督检验检疫 2003
王刚 男 1985年9月 助理工程师