非对称预应力两端张拉伸长量计算方法

□李 辉（陕西水利水电工程集团有限公司）

非对称预应力两端张拉伸长量计算方法

□李 辉（陕西水利水电工程集团有限公司）

预应力施工是桥梁上部结构是桥梁上部结构施工的控制性关键工序，其施工质量直接影响到结构的使用性和安全性。文章从陕西省渭南市湭河入渭口堤防交通桥工程实际出发，探讨非对称预应力筋在两端张拉时伸长量的计算方法，并总结了影响该工程预应力筋理论伸长值的若干因素及其合理取值，通过改进计算方法提高计算的准确性，达到有效控制预应力施工的效果。

桥梁；非对称；预应力对称张拉；伸长量

1 工程概况

渭南市湭河入渭口堤防交通桥位于渭南市临渭区湭河入渭河口处，上距渭南市湭河综合治理已建工程3#橡胶坝2.20km，桥梁跨越湭河，连通渭河大堤。桥梁全长280m，宽26m，设计为双向四车道，主桥箱梁分47节现浇，包括3个合拢段、8个支架现浇段、36个悬臂浇筑段。主梁设计形式为单箱三室预应力变截面连续箱梁，其中主桥主梁边跨底板、顶板连续预应力束BS1、BS2、BX1、BX2、BX3、BX4为非对称预应力钢绞线束，设计要求采用两端对称张拉方式进行张拉锚固。

在此以BS1为例计算其采用两端张拉锚固时在控制张拉应力下的理论伸长值，用于实际张拉过程中作为预应力张拉的双控指标之一。BS1立面布置所需钢束的几何要素。

2 非对称预应力两端张拉伸长量计算

2.1 计算公式

后张法预应力钢绞线张拉的理论伸长值按下列公式计算：

式中：△LT为钢绞线恰好位于张拉处的伸长长度（mm）；σi、σp、σj为张拉位置所在截面起点处的张拉应力、张拉应力的平均值以及终点位置的张拉应力（MPa）；L为钢绞线所在节点的孔道长（mm）；k为节点所可能出现的偏差系数最大值，取k=1.50×10-3；x为相应的孔道长（m）；μ为钢绞线与孔道所可能发生的摩擦系数最大值，一般取μ=0.16；θ为孔道偏离角度（rad）；EP为钢绞线模数量值，结合工程实际报告，取EP=195000N/mm2。

2.2 计算步骤

将预应力钢束根据弯曲情况分成若干个区段，计算或标注出每一个区段孔道长度曲线孔道的弯起角度，采用Microsoft EXCEL工具先创建空白表格，并将工程实际参数取值分别带入，见表2。首先假定仅仅在钢绞线BS1的一端（通常是左端）施加拉力进行拉升试验，右端为固定端；再反过来做施加同样大小的张力做相反方向的拉升试验，以此计算各段端点的张拉应力值（见表1）。其中上一段的张拉终点截面应力为下一段的张拉起点截面应力。

表1 BS1钢绞线束假定单端张拉各区段应力计算结果表

分别比较各区段左端张拉右端固定起点应力与左端固定 右端张拉时终点应力的离偏值（即终点截面应力差的绝对值），偏差最小则应力最小截面在该段上某处。从表1可以看出，cd区段左端张拉右端固定时的起点应力与左端固定右端张拉时的终点应力的离偏最小，因此可以判定采用两端对称张拉时钢绞线应力最小截面s将在cd区段某处。假定s截面将cd区段分成cs、sd两个区段，则孔道长度既定情况下XCS、Xsd弯转的距离与孔道之间的夹角分别为θcs、θsd，因此有Xsd=13.37-XCS，θcs、θsd=0。

以cd区段上的典型截面i固定在右端并在其左端施加大小同cs段典型截面i完全相等的预应力张拉强度应力，且在试验过程中做出6csj=6sdj的简化性假设，通常情况下s会成为左右两端两种情况下张拉预应力相等时截面应力最小的一种截面情况。通过利用Excel基本的计算工具计算求得XCS=5.88m、Xsd=7.49m。详见表2。预应力最小截面s的存在将BS1钢绞线等分为左端与右端两部分，各段按在s截面处固定，BS1的详细计算如表3。

表2 s截面位置确定试算结果表

表3 BS1钢绞线伸长量计算结果表

由上表的过程和结果可以看出，BS1在两端张拉并不完全相同，这与上述理论分析过程的确存在一定的出入，但是误差率较小可以忽略不计。根据此方法可以相应分别计算得出其他钢绞线束的左右端伸长量和总伸长量。

3 结论与讨论

钢绞线束两端非对称张拉伸长量计算过程中，最小应力截面的确定是关键，对于对称的钢绞线束，其中点截面即为最小应力截面。在伸长量的计算过程中，伸长值与钢绞线弹性模量、钢绞线束与管道之间的摩擦系数、孔道位置偏差系数的取值有关。因此在施工过程中，必须严格遵守设计规范的相关规定，在选材方面和试验设计参数的选取方面都要充分结合工程实际与规范设计，如果条件允许情况下还必须利用钢绞线的孔道偏差相关原理对其偏离系数进行合理估算与修正，以确保在试验和设计过程中能够精准确定预应力最小的可能截面所在位置及其合理的预应力提高比例。文章的计算过程与结果充分表明，在钢绞线一端进行施加压力并将另一端进行固定的试验过程将引起应力较大程度的损失，并大大降低施加应力的有效性，为此在实际施工过程中必须予以足够重视。并随着固定端头所施加应力的减小，在相同的孔道内预应力成加速度增加的趋势的愈加明显，钢绞线的预应力作用得不到充分发挥。

［1］房振叶，预应力钢绞线(非对称布置)两端张拉伸长量计算方法研究［J］，黑龙江科技信息，2016（7）：110-114.

［2］肖明，非对称预应力筋两端对称张拉伸长量计算方法［J］，铁道建筑技术，2012（1）：70-73.

U445.57

B

1673-8853（2017）09-0088-02

李辉（1981—），男，工程师，主要从事水利水电工程施工与管理工作。

2017-7-12

编辑：刘长垠 韦诗佳