后张法预应力筋张拉伸长值的计算及影响因素分析

胡 涛

（中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 300171）

0 引言

预应力技术在工程上的应用十分普遍。为了有效控制预应力筋的张拉效果,其理论伸长值的计算就必须准确。如果只是简单套用规范及公式，势必会出现预应力张拉校核依据不准确、不能真实反映张拉质量情况等现象。因此,在实际工程计算中一般采取直接测算预应力筋运动绝对伸展值，通过分段计算的方法，确保预应力张拉的有效拉力满足规范和设计要求。本文以实际工程作为案例，说明了伸长值计算方法的有效性，并对影响预应力筋伸长值的关键因素及防治措施进行了分析。

1 工程概况

某工程预应力混凝土简支箱梁采用了后张法施工，简支箱梁的长度尺寸分别为20m、25m和30m。20m箱梁设置14束钢绞线，其中腹板6束，底板8束；25m箱梁设置14束钢绞线，其中6束在腹板，另外8束在底板；30m箱梁设置16束钢绞线，腹板6束、底板10束。工程中采用标准型钢绞线制作预应力钢绞线，钢绞线为7根公称直径为15.2mm的钢丝捻制而成，抗拉强度为1860Mpa[1]。

2 理论计算公式

根据（JTG∕T3650-2020）《公路桥涵施工技术规范》7.6.2 条，预应力筋理论伸长值ΔL（mm）和实际伸长ΔLS（mm）值计算公式如下[2]：

根据《公路桥涵施工技术规范》中附录F预应力筋平均张拉力PP（N）计算公式如下[2]：

上述公式（1）、（2）、（3）中：

PP——预应力筋的平均张拉力（N）；

L——预应力筋的长度；

AP——预应力筋的截面面积（mm²）；

EP——预应力筋的弹性模量（N∕mm2）；

P——预应力筋张拉端的张拉力（N）；

x——从张拉端至计算截面的孔道长度（m）；

θ——从张拉端至计算截面的孔道部分切线的夹角之和（rad）；

k——孔道每米偏差对摩擦的影响系数；

μ——预应力筋与孔壁的摩擦系数。

3 伸长值计算

预应力筋在梁体中的有两种布置形式，分别为直线、曲线。因管道与预应力筋的张拉力之间存在摩擦，从而使从张拉端至跨中张拉力慢慢减小。本文将准备采取分段计算的方法来得出张拉的伸长值，先计算每一段钢束剩余有效张拉力、平均张拉力以及伸长值，然后将每段钢束的伸长值进行相加。在计算预应力伸长值时，不仅要正确划分分线型的段落，而且还要确定预应力筋的工作长度等[3]。

依据规范中理论伸长值计算的公式，现结合上述工程情况说明计算方法：

对于采用后张法施工的20m、25m和30m混凝土简支箱梁，张拉时两端同步张拉。以30m梁为例，其采用的钢束分为10根15.2mm钢绞线、9根15.2mm钢绞线两种，工程采用直径为90mm和85mm的金属波纹管进行预应力管道成孔。根据现场管道摩阻试验测出：k=0.0025，u=0.23，相关设计院根据工程实测的孔道摩阻系数和摩擦系数，得出锚下张拉控制应力为Pk=1395MPa。

现以腹板索钢束F1为例，由于采用两端同步张拉，因而只需计算张拉端至跨中截面钢绞线伸长值，腹板索钢束F1为17根钢绞线，单根钢绞线的截面面积和弹性模量分别为Ag=140mm2，E=1.95×105MPa，腹板索钢束F1的1∕2大样图如图1所示。

图1 钢束F1竖弯大样图（单位：cm）

1段的钢绞线长度为：L1= 837.7cos-16°= 842.1cm

1 段 的 锚 下 张 力：P1=17×140×1395MPa=3320.10kN

1 段的平均张拉力：PP1=3285.39kN

2 段、3 段腹板索钢束F1 伸长值的计算结果如表1所示。

表1 腹板索钢束F1伸长值

4 预应力筋实际伸长量的测量方法

测定预应力筋实际拉伸量的方法具有多种，实际项目工程中经常采用直接测定工具张拉端千斤顶活塞运动拉伸量，但该方法存在一定的偏差。因为在工具锚端张拉之前，张拉施工的操作人员会使用钢管敲紧工具夹片,当张拉方式的用工速率超过10%σk时会有预应力筋受力,夹片会向内滑动；当张拉方式的用工速率超过20%σk后,夹片又会向内滑动；当用工速率从20%σk到100%σk时,预应力筋的夹片仍会继续向内滑动。按最低位滑动量计算单端预应力筋的实际最大拉伸量，这样会有3～4mm的偏差；若两个同时进行拉力，那么将合计有约6～8mm的误差，工具锚夹片的松紧程度决定了偏差值的大小。由于存在这样的偏差,对于理论伸长值不大的预应力筋而言,其偏差会达到或高于6%的理论精度值与实际计算结果之间的最大误差值,从而严重影响了施工精度与理论张拉的作用[6]。现场测量如图2所示。

图2 现场查看伸长量

所以,为了测算预应力筋实际运动伸展值，应采取直接测算预应力筋运动绝对伸展值的办法，仅量测千斤顶活塞的实际运动伸展量方法不可取。在预应力筋上固定一根标尺，无论伸长了多少距离，均可由此来量测分级后预应力筋的实际长度，初始应力和最后应力间的实际伸长值就是它所累计的结果，详见图3所示[7]。

图3 量测分级后预应力筋的实际长度

5 伸长值的影响因素及防治措施

5.1 伸长值的影响因素

在施工过程中，一些重要因素会对预应力筋伸长值产生影响，现对这些关键影响因素进行分析。

（1）当波纹管的定位筋间距超过设计要求时，若定位筋焊接不牢靠，焊口质量差，则可能会造成实际成孔管道与设计管道的线型及位置存在比较大的出入。当管道摩阻（摩擦阻力）实际与理论数据不一致时，也会使实际伸长值与理论伸长量之间出现较大误差。

（2）在箱梁混凝土浇筑过程中，如果振捣棒、混凝土等外力挤压使得金属波纹管孔内塌孔，也可能会造成实际伸长值偏小。

（3）当混凝土和其他杂物未清理干净，残留在喇叭口内时，将会增加喇叭口和锚口的应力损失，导致预应力筋的实际张拉力和实际伸长值偏小。

（4）如果预应力筋下料后未梳理编束，致使钢绞线在孔道内纠缠在一起，预应力筋张拉时，则会出现应力分布不均匀，导致实际伸长值与理论伸长值存在较大差距。

（5）千斤顶伸长量标尺松动将使计量结果不准，油表失灵或其他设备出现问题也将导致不能准确测量伸长量，从而导致预应力筋的实际伸长值与理论伸长值计算结果存在较大差距。

5.2 预防及管控措施

（1）预应力管道的定位筋必须严格按照设计的坐标、间距控制精准，并焊接牢固，避免出现浇筑混凝土时，因外力作用，波纹管产生位移，从而导致实际成孔线形与设计偏差较大。

（2）按规范要求时间进行抽拔成孔橡胶棒，在混凝土终凝后，钢绞线穿束工序施工前，必须及时用高压风将孔道清理干净。

（3）为了张拉质量得到保证，张拉之前，必须及时将喇叭口内的混凝土渣等杂物清理干净。

（4）梳整编束是预应力筋下料后必须要进行的工序，应每隔1.5m用铁丝进行捆扎编束，从而使孔道内的预应力筋顺畅、不扭结。施工时将钢绞线两端进行编号，保证张拉时同一根钢绞线在两端锚板上孔位一致。

（5）按照相关规范的要求，派专人定期对千斤顶及油表配套等设备进行校验复核，保证一切设备工作正常。智能张拉设备千斤顶标尺传感器是否正常尤为关键，在张拉之前一定要仔细检查。

6 结束语

综上所述，计算预应力筋张拉伸长值时，直接测定工具张拉端千斤顶活塞运动拉伸量的方式，将导致预应力筋伸长值计算结果产生较大偏差。在实际计算中，应根据工程实际情况，采取分级测量的方式计算后预应力筋的实际长度。这样才能够减少预应力拉伸值计算的误差，从而提高预应力施工的效率。