後張法預應力鋼絞線伸長量的計算與現場測量控制

2022-12-27 07:12:01 字數 4062 閱讀 8675

預應力鋼絞線施工時,採用張拉應力和伸長值雙控,實際伸長值與理論伸長值誤差不得超過6%,後張預應力技術一般用於預製大跨徑簡支連續梁、簡支板結構,各種現澆預應力結構或塊體拼裝結構。預應力施工是一項技術性很強的工作,預應力筋張拉是預應力砼結構的關鍵工序,施工質量關係到橋梁的安全和人身安全,因此必須慎重對待。一般現行常接觸到的預應力鋼材主要:

有預應力混凝土用鋼絞線、pc光面鋼絲、刻痕鋼絲、冷拔低碳鋼絲、精軋螺紋鋼等材料。對於後張法預應力施工時孔道成型方法主要有:金屬螺旋管、膠管抽芯、鋼管抽芯、充氣充水膠管抽芯等方法。

本人接觸多的是混凝土預應力鋼絞線(pcstrand、1×7公稱直徑15,24mm,fpk =1860mpa,270級高強底鬆弛),成孔方法多採用金屬螺旋管成孔,本文就以此兩項先決條件進行論述。

1 施工準備:

1.1 熟悉圖紙:拿到施工圖紙應先查閱施工說明中關於預應力鋼絞線的規格,一般預應力鋼束採用astma416-270級低鬆弛鋼絞線,其標準強度為fpk=1860mpa,1×7公稱直徑15,24mm,錨下控制力為δk=0.

75 fpk mpa。

1.2 根據施工方法確定計算引數:

預應力管道成孔方法採用金屬螺旋管成孔,查下表確定k、μ取值: 表1

注:摘自《公路橋涵施工技術規範》(jtj 041-2000)附錄g-8

根據鋼絞線試驗結果取得鋼絞線實際彈性模量ep(一般為1.9~2.04×105mpa)

1.3 材料檢測:

金屬螺旋管根據《公路橋涵施工技術規範》(jtj 041-2000)附錄g-7之要求檢測;

錨具根據《公路橋梁預應力鋼絞線用ym錨具、聯結器規格系列》(jt/t 329.1-1997)及《公路橋梁預應力鋼絞線用錨具、聯結器試驗方法及檢驗規則》(jt/t 329.2-1997)之要求檢測;

鋼絞線根據《預應力混凝土用鋼絞線》gb/t5224-2003之要求檢測

2 理論伸長量計算:

後張法預應力鋼絞線在張拉過程中,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,二是管道偏差影響引起的摩擦力;兩項因素導致鋼絞線張拉時,錨下控制應力沿著管壁向跨中逐漸減小,因而每一段的鋼絞線的伸長值也是不相同的。

2.1 計算公式:

《公路橋梁施工技術規範》(jtj 041-2000)中關於預應筋伸長值δl的計算按照以下公式(1):

δl—各分段預應力筋的理論伸長值(mm);

pp—各分段預應力筋的平均張拉力(n);

l—預應力筋的分段長度(mm);

ap—預應力筋的截面面積(mm2);

ep—預應力筋的彈性模量(mpa);

《公路橋梁施工技術規範》(jtj 041-2000)附錄g-8中規定了pp的計算公式(2):

p—預應力筋張拉端的張拉力,將鋼絞線分段計算後,為每分段的起點張拉力,即為前段的終點張拉力(n);

θ—從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和,分段後為每分段中每段曲線段的切線夾角(rad);

x—從張拉端至計算截面的孔道長度,分段後為每個分段長度或為公式1中l值;

k—孔道每束區域性偏差對摩擦的影響係數(1/m),管道內全長均應考慮該影響;

μ—預應力筋與孔道壁之間的磨擦係數,只在管道彎曲部分考慮該係數的影響。

從公式(1)可以看出,鋼絞線的彈性模量ep是決定計算值的重要因素,它的取值是否正確,對計算預應力筋伸長值的影響較大。所以鋼絞線在使用前必須進行檢測試驗,彈性模量則常出現ep』=(1.96~2.

04)×105mpa的結果,這是由於實際的鋼絞線的截面積並不是絕對的140mm2,而進行試驗時並未用真實的鋼絞線截面積進行計算,根據公式(1)可知,若ap有偏差,則得到了乙個ep』值,雖然ep』並非真實值,但將其與鋼絞線理論面積相乘所計算出的δl卻是符合實際的,所以要按實測值ep』進行計算。

公式2中的k和μ是後張法鋼絞線伸長量計算中的兩個重要的引數,其大小取決於多方面的因素:管道的成型方式、預應力筋的型別、表面特徵是光滑的還是有波紋的、表面是否有鏽斑,波紋管的布設是否正確,彎道位置及角度是否正確,成型管道內是否漏漿等等,各個因素在施工中的變動很大,還有很多是不可能預先確定的,因此,摩擦係數的大小很大程度上取決於施工的精確程度。在工程實施中,最好對孔道磨擦係數進行測定(測定方法可參照《公路橋梁施工技術規範》(jtj 041-2000)附錄g-9),並對施工中影響磨擦係數的方面進行認真的檢查,如波紋管的三維位置是否正確等等,以確保摩擦係數的大小基本一致。

實際計算可根據表1選取引數。

3 劃分計算分段:整束鋼絞線在進行分段計算時,首先是分段(見圖1):

3.1 工作長度:工具錨到工作錨之間的長度,圖1中工作段ab長度=l,計算時不考慮μ、θ,計算力為點力,採用公式1直接進行計算,pp=千斤頂張拉力;

3.2 波紋管內長度:計算時要考慮μ、θ,計算一段的起點和終點力。

每一段的終點力就是下一段的起點力,例如靠近張拉端第一段bc的終點c點力即為第二段cd的起點力,每段的終點力與起點力的關係如下式:

pz=pq×e-(kx+μθ)(公式3)

pz—分段終點力(n)

pq—分段的起點力(n)

θ、x、k、μ—意義同上

各段的起終點力可以根據公式3從張拉端開始進行逐步的計算圖1

3.3 根據每一段起點力pq代入公式2中求出每一段平均張拉力pp。

3.4 根據pp代入公式1計算出每一段的伸長值δl,相加後得出全長鋼絞線伸長量。

4 算例:

已知構件鋼束布置如圖1所示,曲線段鋼束半徑600cm,預應力筋採用φ15.24的鋼絞線束,fpk =1860mpa,錨下(張拉)控制力為δk=0.75 fpk =1395mpa,ep=1.

95×105 mpa,孔道採用金屬螺旋管。採用分段計算理論伸長量。

解:根據圖1所示共分為:ab、bc、cd、de、ef、gf共6段進行計算。

曲線段cd的θ:arc tg(19.46/151.58)=0.1277rad

曲線段ef的θ:arc tg(19.46/151.58)=0.1277rad表2

根據錨下(張拉)控制力為δk=0.75 fpk =1395mpa及錨圈口摩阻損失(一般規定不大於3%,也可根據《公路橋梁施工技術規範》(jtj 041-2000)附錄g-9測得,這裡計算取3%)計算千斤頂張拉力p=1395×140×(1+3%)=201159n(每根);

根據公式1計算工作長度(ab)段的伸長量:

δl1=4.42mm

根據表2中引數計算當k=0.0015,μ=0.2各段伸長量表3

當k=0.0015,μ=0.2總伸長量δl=4.42+1.4+10.8+0.7+10.5+6.7≈35mm

根據表2中引數計算當k=0.0015,μ=0.25各段伸長量表4

當k=0.0015,μ=0.25總伸長量δl=4.42+1.4+10.8+0.7+10.5+6.6≈34mm

5 計算現場控制伸長量範圍:

根據《公路橋梁施工技術規範》(jtj 041-2000)12.8.3條規定「實際伸長值與理論伸長值的差值應控制在6%以內,否則應暫停張拉,待查明原因並採取措置予以調整後,方可繼續張拉」。

從上述例題中不難看出,其它引數正確的情況下,當μ=0.2時δl=35mm,符合規範規定的控制範圍是32.9~37.

1mm,當μ=0.25時δl=34mm,符合規範規定的控制範圍是32~36mm。但在實際施工時由於管道成型後表面特徵是否光滑、表面是否有鏽斑,位置偏差大小,彎道位置及角度是否正確、成型管道內是否漏漿等因素影響,規範中提供的μ是乙個變值,根據表1中提供,變化範圍為0.

2~0.25,所以上述例題計算出的伸長量的實際控制範圍應是32~37mm。

6 張拉時鋼絞線實際伸長量的測量方法

鋼絞線實際伸長量的測量方法有多種多樣,目前使用較多的是直接測量張拉端千斤頂活塞伸出量的方法,我認為這樣的測量方法存在一定的誤差,這是因為工具錨端夾片張拉前經張拉操作人員用鋼管敲緊後,在張拉到10%σk時因鋼絞線受力,夾片會向內滑動,張拉到20%σk時,夾片又會繼續向內滑動,這樣通過測量千斤頂的伸長量而得到的10%~20%σk的伸長量比鋼絞線的實際伸長值長1~2mm,若以10%~20%σk的伸長量作為0%~10%σk的伸長量,哪麼在0%~20%σk的張拉控制段內,鋼絞線的伸長量就有2~3mm的誤差。從20%σk張拉到100%σk時,鋼絞線的夾片又會向內滑動一點,按最小值滑動量計算單端鋼絞線的伸長量就有3~4mm的誤差,兩側同時張拉時共計有約6~8mm的誤差(誤差值的大小取決於工具錨夾片打緊程度),但是張拉力是達到的。因此用測量千斤活塞的方法一般測出來的值都是偏大的。

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