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

科技与企业 2016年5期

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%。