现浇梁预应力张拉技术控制要点

现浇箱梁预应力张拉控制要点前言当今国内公路预应力砼桥梁中，大部分为后张法预应力砼桥梁。后张法桥梁预应力张拉是待砼达到一定强度和拆模后，在梁体预留孔道中穿入预应力筋（钢绞线），安装锚具，用千斤顶张拉锚固，使预应力筋对梁体施加应力。下面结合某桥梁箱梁，对后张法张拉控制数据的计算及张拉施工工艺做一简单介绍，以供参考。目录1、张拉前期准备工作2、张拉实际伸长值的量测及计算3、张拉工艺及要求4、提高钢绞线张拉质量的控制措施5、张拉其他问题探讨1、张拉前期准备工作1.1、张拉控制力的计算设计图纸已提供纵向预应力锚下控制应力σK（1395MPa）,锚下张拉控制力根据公式：P=A×σK求得（式中：A为钢束截面面积，理论面积为140mm2，σK为设计锚下控制应力。）1.2、张拉理论伸长值的计算设计图纸已初步提供各种编号钢束理论伸长值（即表内延伸量），但为确保钢绞线张拉时达到张拉力和伸长值的双控目的，我们必须对每束钢束进一步进行复核计算。理论伸长值△L（mm）按如下公式计算：式中：Pp—预应力钢筋的平均张拉力，N；直线筋取张拉端的拉力，曲线筋计算方法见JTG/TF50-2011《公路桥涵施工技术规范》中的公式，见下页；L—预应力钢筋的长度，m；Ep－预应力钢筋的弹性模量，N/mm2；Ap—预应力钢筋截面面积，mm2。pppAELPΔl1.3、平均张拉力的计算采用JTG/TF50-2011《公路桥涵施工技术规范》附录C-1中的公式，即：kxePPkxP)1()(式中：PP—预应力筋平均张拉力，N；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;(见表C1)μ—预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数。(见表C1)!注意：当预应力筋为直线时，PP=P.表C1系数K及μ值管道成型方式Kμ值钢丝束、钢绞线螺纹钢筋预埋铁皮管道0.00300.350.40预埋钢管0.00100.25一抽芯成型孔道0.00150.550.60预埋金属波纹管0.00150.20~0.250.50预埋塑料波纹管0.00150.14~0.170.45预制箱梁、预制T梁、预制盖梁及预制空心板等钢绞线只存在竖向变化时可直接采用此公式。当钢绞线位于现浇箱梁内，且现浇箱梁在平面位置位于圆曲线或者缓和曲线上时，对此公式中θ的解读：1、在圆曲线或者缓和曲线时θ角此时在平面上和竖向均存在相关角度，故取值采用平面和纵向所形成的空间角度θ空。2、按照竖向对钢绞线区段进行划分，如图1所示：3、针对竖向钢绞线区段划分进行平面位置的分段，如图2所示：4、从图1可简单计算出各线段在垂直投影面的转角角度：5、从图2水平转角用各节段水平投影在线路中线上的对应转角和钢束水平转角之和代替，中线上的转角即线段节点间切线偏角的差值。可计算出对应平面转角角度。6、7、8、按照计算公式即可求出AB两端伸长量1)千斤顶的选择。对于夹片式锚具的张拉，目前采用较为广泛的为穿心式千斤顶进行张拉。根据钢束张拉控制力和钢束张拉伸长量选择千斤顶的张拉力和行程。1.4、张拉设备的选择YCD穿心式千斤顶示意图及各项参数两种吨位的千斤顶，行程均为20cm2)张拉油泵的选择：应与张拉千斤顶配套，根据钢束最大张拉控制力P和千斤顶油缸活塞受力面积A进行选择。油泵与千斤顶配套实质为压力表与千斤顶配套，压力表一般都固定在油泵上。3）其他配件的选择：主要为限位板，限位板根据千斤顶型号、钢绞线支架一般从厂家订做，需严格控制其孔眼直径及槽口深度，确保钢绞线张拉端钢绞线表面只有夹片的牙痕而无刮伤。限位板两个压力表：主表和副表，分别为施压时和回油时用油泵1.5、千斤顶及油表的标定千斤顶和油表必须配套标定，即一个千斤顶编号对应一个油表编号（主表），一般送往有检测资质的机构进行标定，如市地级计量所等。标定的目的:得出一元回归方程中的参数a、b值。式中：ｙ为油表读数(MPa)；ｘ为张拉力(kN)。下面以某标定完毕编号为0320的千斤顶（对应油表编号为1053）为例，求得相应油表的读数：对于19根钢绞线钢束，张拉力为3710.7KN,若采用编号为0320的千斤顶进行张拉，标定后一元回归方程为：（见标定证书）按其公式算得张拉至设计吨位后油表读数为：51.35MP0.88590.0136xy若初张拉采用20%张拉控制力（20%σk），即3710.7×20%=742.14KN，代入公式，则相应油表读数为：10.98MPa，同样，张拉至40%张拉控制力（40%σk），求得油表读数为：21.07MPa，根据以上计算结果，列表如下：序号张拉控制力（KN）油表读数（MPa）120%σk10.98240%σk21.073100%σk51.35注意：图纸或规范规定，初张拉一般采用10--15%σk，但对于长钢束，由于其孔道长，摩阻大，预应力损失大，因此实践中一般取值20--30%σk的初张拉力，以保证初张拉后钢绞线处于弹性变形状态。2、张拉实际伸长值的量测及计算钢束张拉时实际伸长值的量测是一项重要的操作，按要求应以梁端为基点，量测张拉过程中钢束的实际伸长值，以免使滑丝现象被忽略。但此量测方法具体操作时大多较为困难，在钢绞线预应力张拉时,钢绞线的外露部分，大部分被锚具和千斤顶所包裹，钢绞线的张拉伸长量无法在钢绞线上直接测量，而仍以量测千斤顶张拉缸的外伸量来计算钢束的实际伸长值。预应力钢束张拉时的实际伸长值，应在建立初应力后方可开始量测，量得的伸长值，还应加上初应力以下的推算伸长值，对后张法尚应扣除：钢束在锚具和千斤顶中的工作长度伸长值、工作锚、工具锚锚塞回缩值、混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩值，实际伸长值精确计算公式如下：Cllll21321式中：△ｌ—实际伸长值；△ｌ1—由初张拉张拉到控制应力时，在千斤顶活塞上量测伸长值；△ｌ2—从零张拉至初始应力时的推算伸长值；△ｌ3—钢束在锚具和千斤顶中的工作长度伸长值；δ1—工作锚锚塞回缩值；δ2—工具锚锚塞回缩值；C—混凝土弹性压缩值。（一般忽略不计）若初张拉采用20%的张拉控制力(σk)，则从零张拉至初始应力时的推算伸长值采用从20%σk张拉至40%σk的实测伸长值，即张拉至40%σk时对千斤顶稳压，量取千斤顶活塞行程即为推算值。以该桥为例，采用0320千斤顶张拉腹板钢束（19根），推算伸长值为油表读数分别为21.07、10.98时量取的千斤顶活塞行程的差值。2.2、千斤顶工作长度伸长值（△ｌ3）的计算钢绞线在千斤顶中的工作长度，一般为工作锚和工具锚之间的直线长度，不同型号的千斤顶和锚具，其工作长度也不同，根据现场采用的千斤顶来确定。其伸长值计算按直线段钢束来计算，pp3AELPΔl式中：P—张拉端的张拉控制力，N；L—千斤顶工作长度，m；Ep－预应力钢束的弹性模量，MPa；Ap—预应力钢束截面面积，mm2。2.3、工作锚锚塞回缩值（δ1）的量测目前钢绞线预应力张拉施工以使用YCW型液压千斤顶为主，该千斤顶与工作锚接触处，设有一块限制工作锚夹片在张拉过程位移的限位板，钢绞线在张拉时工作锚夹片跟随钢绞线的拉伸，向后移动至限位板凹槽的底部，对钢绞线失去约束，当千斤顶将钢绞线张拉至设计控制张拉力，在回油放松钢绞线的瞬时，钢绞线弹性收缩，工作锚夹片跟随收缩向锚环孔内位移，随即将钢绞线锚固，这就是工作锚锚塞回缩的全过程。张拉完毕卸掉千斤顶后，在工作锚处测量工作锚夹片在锚环处的外露长度a2，当预应力钢绞线由很多单根组成时应每根量测，取其平均值，一般至少测量三处，千斤顶限位板凹槽深度已知为a1，则工作锚锚塞回缩量：δ1=a1-a2工作锚锚塞回缩量除与锚具硬度等有关外，还与钢绞线直径有关，工作锚回缩量大小与钢绞线直径大小成反比。！！！注意：工作锚锚塞回缩不仅对伸长值有影响，还将引起钢绞线张拉力的减小，其影响值可按下式计算：ΔP=P/ΔL×δ1式中：ΔL：理论计算伸长值；P：为设计控制张拉力；δ1：工作锚回缩量为补偿该部分预应力损失及其他预应力损失（如张拉时梁体混凝土弹性压缩等），在实际施工中，需考虑2.5%的张拉力进行预应力补偿，因此控制张拉力为设计的1.025倍。注意！1.025倍控制张拉力不属于超张拉，而是对损失应力进行补偿。2.4、工具锚锚塞回缩值（δ2）的量测在钢绞线开始张拉，当千斤顶张拉力，达到钢绞线张拉至初始拉力（设计控制拉力的10～15%），已把松弛的预应力钢绞线拉紧，此时应将千斤顶充分固定，精确量取从千斤顶工具锚锚环外露端面至钢绞线外露端头的长度b1，当千斤顶张拉力达到钢绞线预应力张拉设计控制拉力时，再量取从千斤顶工具锚锚环外露端面至钢绞线外露端头的长度b2，工具锚锚塞回缩量即为：δ2=b1-b2当预应力钢绞线由很多单根组成时应每根量测，取其平均值进行计算，最少不得少于三根。注意：此回缩的出现仅对张拉伸长值的计算有影响，不引起张拉力的减小。3、张拉工艺及要求3.1、张拉工艺流程1)张拉前检查：a、检查梁体缺陷处理情况，确认不影响张拉质量；b、检查梁体砼强度是否达到设计张拉强度，本标段箱梁为达到90%的设计强度才能张拉；c、检查锚具，确认已按规定检验合格，且无污物；d、检查钢绞线，确认有技术合格证并已按规定检验合格，且外表无损伤、扭结、油污等；e、检查孔道情况，确认无积水和污物；f、检查锚垫板平面，确认干净且与孔道轴线垂直；g、检查张拉设备，确认运转正常，且千斤顶和油表均已配套校验标定并在有效期内。2)钢绞线下料、编束及穿束及锚具安装：对于现浇箱梁该工序同钢筋绑扎一起完成，即在箱梁混凝土浇筑前完成。锚具安装在砼浇筑后钢绞线张拉前完成。钢绞线下料长度等于孔道净长加两端的预留长度，预留长度为工作锚长、千斤顶工作长度、工具锚长及钢绞线露出锚具的长度(取10~20cm)之和。一般两端张拉时每端取60～120cm；一端张拉时，锚固端预留长度为锚具长度加3cm。钢绞线可单根穿入孔道，也可整束同时穿入孔道。单根穿人时，应防止出现扭结现象；整束入束时，应理顺编束，同时沿长度方向每隔2～3m用铁丝捆扎一道，并在钢束前端安装特制的牵引头。钢束较短时，可采用人工穿束，较长时则采用穿束机。张拉端锚固体系构造图固定端锚固体系构造图连接器锚固构造图张拉端锚具与千斤顶安装示意图夹片锚板钢绞线锚板锚板锚板夹片三分式夹片锚具喇叭形铸铁垫板两分式夹片夹片式锚具示意图施工缝位置张拉示意图3)张拉顺序及步骤:对称张拉，梁中线左、右钢束之差不得超过一束，按先中间后两边、先下后上的顺序张拉：①确认孔道内的钢绞线根数后，安装与之配套的锚板及夹片，并用短钢管套在钢绞线上，沿着钢绞线将夹片敲击整齐，然后安装限位板;②用手拉支架上的倒链滑链吊装千斤顶，使之与孔道中心对中。再安装工具锚，夹紧钢绞线，务必使钢绞线顺直无扭结;③千斤顶缓慢进油至初始油压，在此过程中拨正千斤顶，使千斤顶与锚具对中，确保孔道、锚具、千斤顶三者同心，两端张拉尽量同步;④张拉到初始应力时停止进油，检查夹片情况，量测孔道口至工具锚的长度、活塞及工具锚夹片外露值，然后千斤顶缓慢进油张拉;3)张拉顺序及步骤:⑤张拉至控制应力时停止进油，并持荷5min，量测千斤顶活塞伸长值及夹片外露值;⑥计算实际伸长值，并与理论伸长值比较，误差应在±6%范围内。否则应退锚，待查明原因、确定对策后，重新张拉;⑦确认伸长值符合要求后，千斤顶回油，夹片自动锚固;⑧检查有无滑丝、断丝现象，确认符合要求后，退除张拉设备，该钢束张拉结束。量测千斤顶活塞延伸量，以此作为计算实际伸长值的依据4)端头钢绞线切割钢束全部张拉完且确认符合要求后，切割端头钢绞线。切割处距锚具30～40mm，使用手提砂轮机切割，严禁使用气焊。施工缝位置锚固示意图钢绞线锚固后外露长度一般为30~40mm3.2张拉质量要求1)张拉实际伸长值不超过理论伸长值的±6%。2)全梁断面断丝之和不超过该断面钢丝总数的1%，并不得位于梁体同一侧，且不影响整根钢绞线拉断；每束滑丝或断丝数不超过一丝。注意！钢绞线断丝是指单根钢绞线内钢丝的断