后張法預應力施工關鍵工序控制

張智程

【摘要】：預應力施工是一項技術性很強的工作，預應力筋張拉是預應力砼結構的關鍵工序，施工質量關系到橋梁的安全和人身安全，因此必須慎重對待。后張預應力技術一般用于預制大跨徑簡支連續梁、簡支板結構，各種現澆預應力結構或塊體拼裝結構。預應力鋼絞線施工時，采用張拉應力和伸長值雙控，實際伸長值與理論伸長值誤差不得超過6％。本文就以后張法預應力張拉設備的選用及張拉設備的標定、鋼絞線理論伸長值的計算、從初應力和張拉方案的確定、鋼絞線的穿束和張拉幾方面進行了討論，分析了張拉中常出現的問題，以完善后張法預應力技術。

【關鍵詞】 后張法預應力 張拉理論伸長值控制

中圖分類號： TU74 文獻標識碼： A

當今國內鐵路、公路的預應力砼橋梁中，除少數先張橋梁外，大部分均是后張法預應力砼橋梁。凡是后張橋梁，無論是懸臂梁、連續梁還是簡支梁，不管采用什么施工方法，都涉及到預應力張拉這一重要工序。后張橋梁預應力張拉是待橋梁砼達到一定強度和拆模后，在梁體預留孔道中穿入預應力筋，安裝錨具，用機械張拉錨固，使預應力筋對梁體施加應力。施加預應力過多或不足都會影響梁的質量，必須按設計要求，準確地施加預應力，所以張拉工藝極為關鍵。后張橋梁的張拉工藝主要是對預應力筋的張拉錨固，橋梁所使用預應力筋和錨具的錨固體系不同，其張拉工藝各不相同。，因此，施工過程中必須做好對關鍵工序的控制，嚴格控制各環節施工質量，以免造成嚴重的經濟損失。

一、張拉前的準備工作

1、張拉前需完成梁內穿束和張拉機具設備的校驗工作，壓力表的精度不低于1.5級，讀盤直徑不小于150mm，最好選用防震壓力表，避免由于指針的抖動造成讀數不準。

2、張拉作業上崗作業人員必須經過特種作業培訓，并取得特種作業合格證書。

3、從理論上講活塞面積乘以油表讀數即為千斤頂的作用力，由于活塞和油缸之間有一定的摩擦阻力，此摩擦阻力抵消了一部分作用力，因此實際作用力比計算的作用力要小。為正確控制張拉力，一般采用校驗標定的方法測定千斤頂的實際作用力與壓力表讀數的關系，因此千斤頂和壓力表在使用前一定要由有資質的試驗室對千斤頂和壓力表進行配套校驗，確定張拉力和油表讀數的關系方程，一般使用超過6個月或使用超過200次以及使用過程中出現異?，F象時均應重新校驗。

4、張拉安全防護設備已安裝完畢并在作業區周邊布設警示標志，由專人負責。

二、對預應力筋施加預應力時，應符合下列規定：

1、千斤頂安裝時，工具錨應與前端的工作錨對正，工具錨與工作錨之間的各根預應力筋不得錯位、扭絞。實施張拉時，千斤頂與預應力筋、錨具的中心線應位于同一軸線上。

2、預應力筋的張拉順序和張拉控制應力應符合設計規定。當施工中需要對預應力筋實施超張拉或計入錨圈口預應力損失時，可比設計規定提高5%，但在任何情況下均不得超過設計規定的最大張拉控制應力。

3、預應力筋采用應力控制方法張拉時，應以伸長值進行校核。實際伸長值與理論伸長值的差值應符合設計規定；設計未規定時，其偏差應控制在±6%以內，否則應暫停張拉，待查明原因并采取措施予以調整后，方可繼續張拉。

4、預應力筋的理論張拉伸長值△L（mm）的計算：

按現行橋涵施工規范，預應力筋的理論伸長值△L（mm）為：

△L=Pp×L/Ap×Ep…………………………………………（1）

Pp—預應力筋的平均張拉力（N）；

L —預應力筋的長度（mm）；

Ap—預應力筋的截面積（mm2）；

Ep—預應力筋的彈性模量（N/mm2）。

預應力筋的平均張拉力為：

Pp=P（1-e-（kx+uθ））/（kx+uθ）……………………………（2）

P—預應力筋張拉端的張拉力，將鋼絞線分段計算后，為每分段的起點張拉力，即為前段的終點張拉力（N）；

θ—從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，分段后為每分段中每段曲線段的切線夾角（rad）；

x—從張拉端至計算截面的孔道長度，分段后為每個分段長度值；

k—孔道每束局部偏差對摩擦的影響系數，管道內全長均應考慮該影響；

μ—預應力筋與孔道壁之間的磨擦系數，只在管道彎曲部分考慮該系數的影響。

從公式（1）可以看出，鋼絞線的彈性模量Ep是決定計算值的重要因素，它的取值是否正確，對計算預應力筋伸長值的影響較大。所以鋼絞線在使用前必須進行檢測試驗，彈性模量則常出現Ep=（1.96～2.04）×105Mpa的結果，這是由于實際的鋼絞線的截面積并不是絕對的140mm2，而進行試驗時并未用真實的鋼絞線截面積進行計算，根據公式（1）可知，若Ap有偏差，則得到了一個Ep值，雖然Ep并非真實值，但將其與鋼絞線理論面積相乘所計算出的ΔL卻是符合實際的，所以要按實測值Ep進行計算。

公式2中的k和μ是后張法鋼絞線伸長量計算中的兩個重要的參數，其大小取決于多方面的因素：管道的成型方式、預應力筋的類型、表面特征是光滑的還是有波紋的、表面是否有銹斑，波紋管的布設是否正確，彎道位置及角度是否正確，成型管道內是否漏漿等等，各個因素在施工中的變動很大，還有很多是不可能預先確定的，因此，摩擦系數的大小很大程度上取決于施工的精確程度。在工程實施中，最好對孔道磨擦系數進行測定（測定方法可參照《公路橋梁施工技術規范》(JTJ 041-2000)附錄G－9），并對施工中影響磨擦系數的方面進行認真的檢查，如波紋管的三維位置是否正確等等，以確保摩擦系數的大小基本一致。

4.1劃分計算分段：

整束鋼絞線在進行分段計算時，首先是分段：

（1） 工作長度：工具錨到工作錨之間的長度，計算時不考慮μ、θ，計算力為點力，采用公式1直接進行計算，Pp＝千斤頂張拉力；

（2） 波紋管內長度：計算時要考慮μ、θ，計算一段的起點和終點力。每一段的終點力就是下一段的起點力，每段的終點力與起點力的關系如下式：

Pz=Pq×e-(KX+μθ)（公式3）

Pz—分段終點力（N）

Pq—分段的起點力（N）

θ、x、k、μ—意義同上

各段的起終點力可以根據公式3從張拉端開始進行逐步的計算。

（3） 根據每一段起點力Pq代入公式2中求出每一段平均張拉力Pp。

（4）根據Pp代入公式1計算出每一段的伸長值ΔL，相加后得出全長鋼絞線伸長量。

三、張拉時鋼絞線實際伸長量的測量方法

鋼絞線實際伸長量的測量方法有多種多樣，目前使用較多的是直接測量張拉端千斤頂活塞伸出量的方法，這樣的測量方法存在一定的誤差，這是因為工具錨端夾片張拉前經張拉操作人員用鋼管敲緊后，在張拉到10%σk時因鋼絞線受力，夾片會向內滑動，張拉到20%σk時，夾片又會繼續向內滑動，這樣通過測量千斤頂的伸長量而得到的10%～20%σk的伸長量比鋼絞線的實際伸長值長1～2mm，若以10%～20%σk的伸長量作為0%～10%σk的伸長量，哪么在0%～20%σk的張拉控制段內，鋼絞線的伸長量就有2～3mm的誤差。從20%σk張拉到100%σk時，鋼絞線的夾片又會向內滑動一點，按最小值滑動量計算單端鋼絞線的伸長量就有3～4mm的誤差，兩側同時張拉時共計有約6～8mm的誤差（誤差值的大小取決于工具錨夾片打緊程度），但是張拉力是達到的。因此用測量千斤活塞的方法一般測出來的值都是偏大的。

四、張拉中常出現的問題

1、斷絲

當張拉到一定的噸位后，油壓回落，加壓又回落，可能發生了斷絲。

2、工具錨滑絲

張拉過程中要特別注意工具錨滑絲，如發現伸長值突然超長，就要檢查一下鋼絞線上有沒有工具錨夾片的牙紋，如果沒有就一定是滑絲了。

五、結束語

理論伸長值計算中，如果采取的是兩端張拉，鋼絞線對稱布置，在進行伸長量計算時是計算一半鋼絞線的伸長值然后乘以二的方法；如果是一端錨固一端張拉，計算時應從張拉端計算至錨固端；而對于非對稱結構，鋼絞線不對稱布置，在計算鋼絞線的伸長值時，計算原則是從兩側向中間分段計算，至某一點時鋼絞線的受力基本相等即可，而不是簡單的分中計算。

鋼絞線的分段原則是將整根鋼絞線根據設計線形分成曲線連續段及直線連續段，而不能將直線段及曲線段分在同一段內。

預應力筋的伸長量計算方法有多種，常用的平均力法及簡化計算法在很多工程施工中也能夠滿足精度要求，這里我僅是將現行規范中精確計算法及施工中誤差較小的一種測量方法作了簡單的介紹，對于錨下控制應力的補張，應和設計單位和監理工程師溝通明確，是否需要補足夾片的回縮應力損失。由于水平有限，以上方法和觀點尚有不足之處，尚請批評指正。

參考文獻：

【1】 JTG/T F50-2011《公路橋涵施工技術規范》. 中華人民共和國交通運輸部

【2】 《路橋施工計算手冊》 北京 人民交通出版社 周水興等編著