无反弯点曲线预应力束张拉方式的研究及应用

刘 罡

（铜陵市建筑设计院，安徽 铜陵 244000）

一、引言

本文所述的预应力张拉方式，是指采用一端张拉与两端张拉。施工规范（JTJ041-2000）规定“对曲线预应力筋或长度大于等于25米的直线预应力筋，宜在两端张拉”。也常有人简单地认为两端张拉总是优于一端张拉。实际上，应采用一端张拉，还是两端张拉，取决于张拉锚固后预应力束的有效预应力大小及其分布特征，一般应使预应力损失小，有效预应力沿长度分布均匀。

采用一端张拉，施工简便，仅一端存在锚固回缩，总锚固损失小，但固定端张拉摩擦损失大。采用两端张拉，施工难度增大，两端均存在锚固回缩，总锚固损失大，但张拉摩擦损失小。

两种张拉方式各有其特点和适用条件，这些适用条件涉及预应力束的长度、曲线筋的曲率转角、锚具种类及预留孔道的成型方式等。其中预留孔道的成型方式与摩擦系数k、μ 的取值相关，尽管设计规范已给出了摩擦系数的取值，但由于摩擦系数的各种试验结果差异较大，所以对摩擦系数的取值仍存在争议。不同的摩擦系数取值将对设计和张拉方式产生影响。对于金属波纹管孔道与钢铰线，规范对摩擦系数取值为k=0.0015，μ=0.25。对于无粘结预应力束k=0.004，μ=0.12。

本文针对简支梁桥上部结构中的预应力混凝土30米跨T梁，通过锚具回缩量的施工实测，并根据锚固损失的理论计算，提出采用一端张拉优于两端张拉的施工建议。

二、预应力束布置

30米T形截面梁如图1。其中预应力束布置曲线有三种，本文以在梁端升起高度最大的预应力束为例，进行锚固损失的影响计算，该束曲线段的弯曲转角最大，θ=0.215rad,相应地摩擦损失最大，锚固损失的影响长度也最短。若该束计算应采用一端张拉，则其它束更应如此。该束两端曲线段的水平投影长度均为11.7m，中部水平直线段长6.54m。

图1. 梁预应力束布置

三、锚固回缩量实测

预应力张拉施工中要求进行锚具回缩量实测。回缩量大则预应力损失大，其值与锚具种类及张拉工艺有关，是在一定范围内波动的。新设计规范对各类锚具回缩量的取值范围在1-8mm。本文工程采用YM15－6、7型锚具，新规范的回缩量取值为6-8mm。根据本工程张拉锚固过程中的实测，穿心式千斤顶张拉力由最大降至零过程中，活塞内缩量的实测值在11-15mm不等，该实测值包括锚具回缩量，也包括工作锚与工具锚之间钢绞线的弹性恢复变形。工作锚与工具锚之间钢绞线的长度mm，则其弹性恢复变形可按下式计算。

则锚具回缩量α=δ-αe=5.3-9.3mm，下面取平均值进行计算，即取α=7.3mm。该实测值大于旧规范取值，与现行设计规范较吻合。

四、锚固损失的影响长度

锚固损失由锚具回缩引起。当无孔道摩擦时，锚固损失由预应力束全长均匀承担。实际上，由于孔道摩擦的存在，锚固损失在张拉端最大，然后沿束长逐渐减小，直至消失；孔道摩擦使锚固损失的影响范围缩小。从张拉端至锚固损失消失的范围，称为锚固损失的影响长度，记为Lf。锚固损失的影响长度与孔道摩擦系数、曲线束转角、锚具回缩量相关。锚固损失的影响长度与张拉方式的关系如下：

锚固损失影响长度的计算原理，是根据锚具回缩量与其影响长度范围内钢绞线的总变形相协调，建立变形协调方程。即：

式中：ω—锚固损失的应力图形面积。

假设本文所述T梁钢绞线锚固损失消失于中部水平段，则预应力束锚固损失计算简图如图2。图中m1、m2分别表示曲线和直线段孔道摩擦损失的斜率，计算公式如下：

图2. 锚固损失计算简图

锚固损失的应力图形面积按下式计算：

对于金属波纹管孔道与钢铰线，将k=0.0015，μ=0.25，α=7.3×10-3m，L1=11.7m，θ=0.215rad，σcom=1395MPa等，均代入上式，计算得：Lf＝16.4m。

对于无粘结预应力束，将k=0.04，μ=0.12，α=7.3×10-3m，L1=11.7m，θ=0.215rad，σcom=1395MPa等，均代入上式，计算得：Lf＝13.5m。

显然，对于金属波纹管孔道的有粘结钢铰线，计算结果＞＝15m，即实际锚固损失影响范围已超过中部预应力束的水平段，进入远离张拉端的曲线段。如若采用两端张拉方式，则不仅增加施工难度，且跨中预应力束将受到来自两端锚固损失的共同影响，使跨中截面锚固损失增加一倍，其有效预应力进一步降低。所以，采用一端张拉方式优于两端张拉。

对于无粘结预应力束，Lf＝13.5m，锚固损失的影响范围，对于30m的梁，接近跨中，也可采取一端张拉；对于25m的梁，已超过跨中，宜采取一端张拉。

上述计算分析是针对无反弯点的曲线预应力束，当于有反弯点的情况，θ 值增加，锚固损失的影响范围随之缩小，适合一端张拉的预应力束的长度也相应缩短。反之，对于直线束，适宜采用一端张拉的预应力束的长度将更长。

五、结论

从预应力锚固损失的影响范围，及合理减少张拉施工难度和工作量考虑，适宜采用一端张拉的预应力梁的长度可适当放宽，即对于30m长无反弯点的曲线预应力束，有粘结钢铰线宜采用一端张拉方式，无粘结钢铰线可采用一端张拉方式。

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