32m箱梁钢绞线计算

[摘要]根据《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》，预施应力值以油压表读数为主，以预应力筋伸长值作校核，按预应力筋实际弹性模量计算的伸长值与实测伸长值相差不应大于±6％。因此，在预应力张拉施工中，必然遇到预应力筋的张拉理论伸长值的计算和实际实际伸长值的量测，而理论伸长值的计算必然牵扯出预应力筋的有效计算长度。本文将某地双线混凝土简支箱梁为例，对其后张法预应力张拉伸长值的计算方法进行了初步研究。[关键词]后张法箱梁伸长值一、后张法预应力混凝土简支箱梁的预制工艺概述1、混凝土灌筑工艺混凝土的浇筑采用连续浇筑、一次成型，浇筑时时间不宜超过6h；由试验室对混凝土拌和物进行坍落度损失试验，根据多次试验结果，确定混凝土拌和物的滞留时限和间隔时限（上下两层混凝土）。滞留时限确定为45min，间隔时限亦为1小时，在上下两层混凝土浇筑时，尽量压缩其间隔时间，避免因时间过长，造成混凝土表面出现条状色差。灌筑总的顺序为“先底腹板倒角、再下腹板、再底板、再上腹板、最后顶板”；总的原则为“由一端向另一端进行、左右对称、斜向分段、水平分层”。当浇筑至距另一梁端6～8m时，由另一梁端开始向回浇筑，然后合拢。混凝土拌和物入模前进行含气量的测定，含气量控制在2%～4%，混凝土入模前测定模板温度，并作好记录及调整。模板温度控制在5～35℃，混凝土拌和物入模温度控制在5～30℃。混凝土的振捣以插入式振捣为主，以高频侧振为辅。腹板混凝土浇筑时在桥面钢筋腹板顶部两侧铺竹胶板，防止混凝土洒落其他部位及污染桥面。浇筑底腹板倒角处混凝土，也就是从底模往上0cm～70cm部分混凝土，采用插入式振动棒捣固密实，高频振捣器辅助振捣。2、预应力张拉工艺箱梁的预施加应力必须根据此箱梁实际所处线路桩号位置的综合情况进行应力调整，以满足箱梁的刚度及抗裂性的要求。张拉前清除管道内杂物及积水。带模预张拉，混凝土强度达到设计强度的60%，内模板松开，不对梁体压缩造成阻碍。箱梁终张后需实测弹性上拱度，实测弹性上拱值不大于1.05倍的设计计算值，终张拉30d后实测上拱值在±L/3000(L为梁跨度)。3、真空压浆工艺张拉完成后，切割钢绞线后外露40～50mm→清除锚座面、密封槽及装配螺孔内的水泥浆→密封锚头→压浆前准备工作→抽真空及配置浆液→压浆→停抽真空和保压→工后清理→封锚。二、张拉伸长值计算公式ΔL：(Pp×L)／(Ep×Ap)式中：Pp——计算区段预应力筋平均张拉力，N；△L——理论伸长值，mm；L——计算区段预应力筋的长度，mm；Ap——预应力筋的截面面积，mm2，取140mm2；Ep——预应力筋的弹性模量，N／mm2，理论计算按195GPa取值。计算区段平均张拉力计算公式PpPp=σ平均×Apσ平均=σ控-0.5σ损失σ损失＝σ控×（1-e-（μθ+kx））σ平均——计算区段预应力筋平均控制应力，MPa；σ控——计算区段始端张拉应力，MPa；σ损失——计算区段摩擦引起的应力损失，MPa；θ——从张拉端至计算截面的长度上，预应力筋弯起角之和，rad；μ——预应力筋与孔道之间的摩擦系数，抽拔胶管取0.55；k——每米孔道对其设计位置的偏差系数，抽拔胶管取0.0015。三、理论伸长值计算根据设计要求，锚口及喇叭口应力损失按锚外控制应力的6%计算。取箱梁其中一束预应力筋（N9）进行伸长值计算，锚外控制应力1339.2MPa。预应力筋位置大样图如下：因N9预应力筋在水平方向和竖直方向均设有曲线区段，按孔道弯曲位置不同需对五个区段分别计算预应力筋长度(计算结果见上图)，既而计算各区段张拉伸长值，计算过程为：1、端部直线区段：σ控1=σ锚外×0.94=1339.2×0.94=1290.1MPa；σ损失1＝σ控1×（1-e-（μθ+kx））=3.51MPa；(θ=0)σ平均1=σ控1-0.5σ损失1=1288.3MPa；ΔL1=(σ平均1×Ap×L1)／(Ep×Ap)=11.99mm。2、平曲线区段：σ控2=σ控1-σ损失1=1290.1-3.51=1286.5MPa；σ损失2＝σ控2×（1-e-（μθ+kx））=98.9MPa；(θ=8×3.14/180=0.13962)σ平均2=σ控2-0.5σ损失2=1237.1MPa；ΔL2=(σ平均2×Ap×L2)／(Ep×Ap)=13.51mm。3、竖直线区段σ控3=σ控2-σ损失2=1286.5-98.9=1187.6MPa；σ损失3＝σ控3×（1-e-（μθ+kx））=15.01MPa；(θ=0)σ平均3=σ控3-0.5σ损失3=1180.2MPa；ΔL3=(σ平均3×Ap×L3)／(Ep×Ap)=51.33mm。同理计算竖曲线区段伸长值ΔL4和跨中直线段伸长值ΔL5分别为：ΔL4=13.21mm，ΔL5=8.98mm。则N9预应力筋张拉总伸长值为：ΔL=（ΔL1+ΔL2+ΔL3+ΔL4+ΔL5）×2=198.0mm四、施工伸长值计算在预应力筋理论伸长值计算中，预应力筋的计算长度为锚具内侧工作的长度。张拉作业中，预应力筋的实际工作长度（包括锚外）应据实而定，同时结合张拉工艺精确计算张拉伸长值。张拉控制工艺：0→初应力（0.20σ控，测油缸伸长和工具夹片外露）→σ控（测油缸伸长和工具夹片外露，持荷5分钟）-→初应力（0.20σ控，测油缸伸长）→锚固。锚外千斤顶工作示意图：张拉作业中预应力筋伸长值计算方法（以N9为例）：ΔL总=（ΔL锚内+ΔL锚外×2）ΔL锚外=（1－20%）×(P锚外×L锚外)／(Ep×Ap)=0.8×(1339.2×106×140×690)／（195×109×140）=3.79mm。ΔL锚内=（1－20%）×ΔL锚内理论=0.8×198.0=158.4mm。则N9预应力筋张拉总伸长值：ΔL总=（ΔL锚内+ΔL锚外×2）=158.4+3.79×2=166.0mm。五、箱梁预应力施工需注意的问题1、桥梁在试生产期至少进行2孔梁的瞬时摩阻损失测试，正常生产后每100孔测试一次，根据测得的孔道、锚口和喇叭口摩阻并结合每批实测钢绞线弹性模量计算出预应力筋伸长量，并严格控制预应力孔道位置，以获得准确的梁体混凝土预施应力。2、箱梁预张拉宜带模作业，这样可以减小梁体与环境的温差，避免产生早期裂纹，保证桥梁的抗裂性。3、为使桥梁徐变上拱不超出设计要求，预施应力不能盲目加大，应严格按设计进行施工。静载试验结果显示，静活载挠跨比1/7773远小于设计值1/4887，桥梁抗裂性有可靠保证。4、预应力筋张拉实测伸长值是以工作预应力筋长度（包括锚外）为基准和20%张拉力作为测量的初始点，理论计算张拉伸长值必须结合实际施工情况予以调整，计算出施工张拉伸长值，不能生搬硬套。5、当预应力筋实测伸长值与理论伸长值相差大于6%、单侧钢绞线回缩大于6mm、滑丝断丝超过预应力钢丝总数0.5%及两端钢绞线伸长差值大于20mm时，应立即停止作业，分析原因并及时解决。六、结语预施应力作为桥梁预制工作中的重要分项工程，是施工的主脉络，它的作业质量直接关系着百年桥梁的长期性能，施工中应重点控制。通过以上数据计算和施工控制要点分析，意在加强桥梁预制技术控制，为施工生产提供技术保证。参考文献[1]邓运清．高速铁路简支箱梁设计研究[J]．铁道标准设计，2004（07）：125—129[2]王召祜．京沪高速铁路桥梁设计[J]．铁道科学与工程学报，2005（10）：13—16■注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文