浅谈预应力钢材(XM型锚具)的张拉计算和张拉方法
2016-06-12贾思功
贾思功
【摘要】在公路桥梁工程施工中,设计院所设计的大、中型桥梁的梁、板,一般都是后张法预应力混凝土梁、板,不仅需要预制后张法预应力混凝土梁、板,在县级以上的公路桥,T梁往往还会设计为先简支后连续。为保证梁、板预制及安装的质量,准确掌握张拉方法,要求施工单位具备预应力钢筋混凝土施工能力。本文以LP=16m后张法预应力钢筋混凝土空心板为例,来分析和阐述其张拉计算和张拉方法。
一、设计数据
1、预应力钢筋为:φj15.0(7φj5)高强度低松驰钢绞线;
2、公称截面面积:139.38mm2;
3、标准强度:Rby=1570MPa;
4、张拉控制应力:σk=1177.5MPa;
5、张拉控制力为(每孔道):987.7KN;
6、张拉程序:0---0.16k---105%σkσk(锚固);
7、锚具为:XM-6型锚具;
8、孔道长度:1#为15.600m
2#为15.668m
二、张拉设备的选用及校验
1、张拉设备需要的张拉力
为保证张拉工作的安全、准确,选用的张拉设备的张拉力应大于预应力钢材在张拉时的张拉力,图纸规定张拉控制力为987.7KN,张拉时应超张拉1.05σk,所以张拉設备的张拉力不应不小于:
Ny=987.7×1.05=1037.1(KN)
2.张拉设备需要的行程
张拉设备行程应大于预应力钢材的伸长值
估算伸长值公式(cm)
ΔL=L
预应力钢材张拉控制应力:σk=1177.5MPa
预应力钢材的弹性模量:Eg=1.9×105MPa
预应力钢材张拉时的有效长度:L=孔道长度+张拉设备长度×2=1566.8+2×(58+8)=1698.8(cm)
∴ ΔL=L=×1698.8=10.5(cm)
故选用YCD120千斤顶和ZB4/500型电动油泵。
3.压力表读数Pn=(Mpa)
预应力钢材的张拉力:Ny=1037.1×103(N)
YCD120千斤顶张拉缸工作面积:An=290×102(mm2)
所以Pn==35.8(Mpa)
《规范》规定压力表最大量程应力为Pn的2.0-7.5倍,精度不低于1.5级。
另外说明的是YCD200千斤顶也可以选用,但是YCD直径为φ40cm,而图纸1#孔道中心距空心板底只有14cm
40/2=20(cm)>14cm所以在张拉1#孔道时空心板底模妨碍YCD200千斤顶的安装,故选用YCD120千斤顶。
4、YCD120千斤顶技术数据
额定张拉力:1200KN
张拉油压:50MPa
张拉工作缸面积:290cm2
额定行程:18cm
顶楔油压:50MPa
穿心孔径:12.8cm
外径×长度:φ32×58(cm)
相应锚具:XM15-(3-7)
5、ZB4/500型电动油泵主要技术数据
额定压力:50MPa
油箱容量:50L
电动机功率:3KW
外型尺寸:75×50×100(cm)
重量:120Kg
6、张拉设备的校验
《公路桥涵施工技术规范》规定:
张拉机具应与锚具配套使用,应在张拉前进检查和校验。
张拉千斤顶与压力表应配套校验,以确定张拉力与压力表读数之间的关系曲线,应到国家专门的检验机构去校验。张拉机具由专人使用管理,并应经常维护定期校验。一般使用6个月或200次,以及千斤顶在使用过程中出现不正常现象时,应重新校验。
三、预应力钢材和锚具产品质量的检验鉴定
1、预应力钢绞线在使用前应进行力学性能试验,不合格者严禁使用。
《规范》规定:钢绞线最大抗拉强度不得超过其标准强度Rby的80%。
设计钢绞线:Rby=1570(MPa)
那么80%Rby=1570×0.8=1256(MPa)
105σk%=1177.5×1.05=1236.4(Mpa)
即:1.05σk<80%Rby(符合规范要求)
2、锚具、夹片须经部以上级别技术鉴定和产品鉴定,出厂前由供方按规定进行检验,并提供产品质量证明书。
锚具、夹片进场时应分批进行外观检查,当质量证明书不符要求或对质量有疑点时,应按规定进行检验,合格后方能验收使用。
3、锚固能力
试验数字,钢绞线最小破断应力为:1630MPa
那么破断力等于:1630×139.38=227189.4N
锚固能力==1.038> 0.9(符合规范要求)
理论伸长值ΔL的计算(只以2#孔道为例):
ΔL=
式中:L—预应力钢材的长度(cm)
Eg—预应力钢材的弹性模量(MPa)
Ay—预应力钢材截面面积(mm2)
—预应力钢材平均张拉力(N)
P—预应力钢材张拉力(N)
X—预应力钢材的有效长度(M)
Q—从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和(rad)
K—孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数
μ—预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数
因为张拉孔道为预埋波纹管,所以:k取0.001,μ取值0.19
X=15.668+0.66×2=16.988(m)
P=Ny=987700×1.05=1037100(N)
所以:
《规范》规定实际伸长值与理论伸长值相差应控制在6%以内。
故:10.8×1.06=11.5(cm)
10.8×0.94=10.2(cm)
即:ΔL应控制在10.2-11.5CM之间,否则应停止张拉查明原因。
六、压力计算
1、理论压力表的读数
公式:Pμ=(MPa)
Pμ-压力表读数
Ny- 预应力钢材的张拉力(N)
Aμ-张拉缸工作面积(mm2)
根据设计文件的已知条件:
张拉控制力:Ny=987.7(KN)
张拉程序:0-0.1σK-105σk%σk(錨固)
YCD120千斤顶张拉缸工作面积:Aμ=290(cm2)
所以:
1.05Pμ=34.06×1.05=35.8(MPa)
0.1Pμ=0.1×34.06=3.406(MPa)
2、张拉时的压力表读数:(即加上千斤顶内部摩阻力)
0.1σk:3.5(MPa)
1.05σk:36.1(MPa)
七、预应力钢材的张拉
1、钢绞线的下料和编束
钢绞线应按设计规定的长度进行下料,如设计无规定数据时就自行计算钢绞线长度。
下料时,切割口的两侧各5CM处先用钢铅丝绑扎,然后再切割。切割后应立即将切割口焊牢,以防松散。
编束应在地坪上进行,使钢绞线平直。每束内各根钢绞线应编号并顺序摆放。每隔1M用20号铅丝编织、合拢捆扎。钢绞线应妥善保存、以防止油污,生锈、弯折。
2、穿入钢绞线
钢绞线在穿束时,将一端扎齐,顺序编号,引线穿过孔道直至两头露出相同长度为止。
3、安装YCD120千斤顶前,应清洗和检查,锚环和夹片不得有油污、铁屑、泥砂等杂物。检查千斤顶和电动油泵是否完好。将钢绞线编号穿入工作锚环,安装上夹片,安装顶压器。将钢绞线穿入千斤顶,锚具进入顶压器槽内,锚具对中,并将张拉油缸伸出2—4CM,再将千斤顶尾部安装工具锚。为了便于松开夹片,工具锚环内壁可涂少量滑油。
所有的夹片都用手锤轻轻敲击,使其夹紧预应力钢材,夹片上露长度一致。
4、张拉预应力钢材
张拉的孔位顺序应按设计规定,如设计无规定,应先张拉受压区、再张拉受拉区,并左右对称。
《规范》规定张拉曲线预应力钢材或长度≥25M直线预应力钢材时,宜从两端同时进行。
张拉:使顶压油缸处于回油状态,向张拉缸供油,张拉至0.1σk即3.5MPa,做出标记以便测量预应力钢材的伸长量。
两端同时、同步匀速供油,油表按5MPa的差值向上升值,直至张拉到36.8MPa,量出伸长值,以核对张拉应力。
持荷五分钟,量出预应力钢材和锚具回缩变形量,《规范》规定钢绞线和锚具回缩变形量为5MM。
顶锚:保持张拉缸油压,向顶压缸供油,升压至50MPa,将工作锚夹片顶入锚孔中。
顶压过程中,注意张拉油路升压情况,一般不超过2MPa,如超过时,应使张拉缸适当降压。
在继续保持顶压缸油压的情况下,使张拉缸缓慢回油,完成油缸回油动作。卸下工具锚、千斤顶、顶压器。
《规范》规定:实际伸长值如超过理论伸长值正负6%时, 应停止张拉,查明原因。
每束钢绞线断丝、滑丝,不许超过一根,每个断面断丝之和不超过该断面钢丝总数的1%。
通过对Lp=16m预应力板的张拉计算及张拉方法分析总结,对预应力梁、板整个计算过程及张拉过程做以归纳,遇到其他形式的梁、板,计算中替换相应参数,根据计算结果选取相应的张拉设备即可。
参考文献
[1]《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)