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後張法預應力鋼絞線伸長量的計算

預應力鋼絞線施工時,採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%,後張預應力技術一般用於預製大跨徑簡支連續梁、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,施工品質關係到橋樑的安全和人身安全,因此必須慎重對待。一般現行常接觸到的預應力鋼材主要:有預應力混凝土用鋼絞線、PC光面鋼絲、刻痕鋼絲、冷拔低碳鋼絲、精軋螺紋鋼等材料。對於後張法預應力施工時孔道成型方法主要有:金屬螺旋管、膠管抽芯、鋼管抽芯、充氣充水膠管抽芯等方法。本人接觸多的是混凝土預應力鋼絞線(PCstrand、1×7公稱直徑15,24mm,fpk =1860Mpa,270級高強底鬆弛),成孔方法多採用金屬螺旋管成孔,本文就以此兩項先決條件進行論述。


1 施工準備:

1.1 熟悉圖紙:拿到施工圖紙應先查閱施工說明中關於預應力鋼絞線的規格,一般預應力鋼束採用ASTMA416-270級低鬆弛鋼絞線,其標準強度為fpk=1860Mpa,1×7公稱直徑15,24mm,錨下控制力為Δk=0.75 fpk Mpa。

1.2 根據施工方法確定計算參數:

預應力管道成孔方法採用金屬螺旋管成孔,查下表確定K、μ取值: 表1

注:摘自《公路橋涵施工技術規範》(JTJ 041-2000)附錄G-8

根據鋼絞線試驗結果取得鋼絞線實際彈性模量Ep(一般為1.9~2.04×105Mpa)

1.3 材料檢測:

金屬螺旋管根據《公路橋涵施工技術規範》(JTJ 041-2000)附錄G-7之要求檢測;

錨具根據《公路橋樑預應力鋼絞線用YM錨具、連接器規格系列》(JT/T

329.1-1997)及《公路橋樑預應力鋼絞線用錨具、連接器試驗方法及檢驗規則》(JT/T 329.2-1997)之要求檢測;

鋼絞線根據《預應力混凝土用鋼絞線》GB/T5224-2003之要求檢測

2 理論伸長量計算: 後張法預應力鋼絞線在張拉過程中,主要受到以下兩方面的因素影響:一是管道彎曲影響引起的摩擦力,二是管道偏差影響引起的摩擦力;兩項因素導致鋼絞線張拉時,錨下控制應力沿著管壁向跨中逐漸減小,因而每一段的鋼絞線的伸長值也是不相同的。


2.1 計算公式:

《公路橋樑施工技術規範》(JTJ 041-2000)中關於預應筋伸長值ΔL的計算按照以下公式(1):

Pp×L ΔL= Ap×Ep

ΔL—各分段預應力筋的理論伸長值(mm);

Pp—各分段預應力筋的平均張拉力(N);

L—預應力筋的分段長度(mm);

Ap—預應力筋的截面面積(mm2);

Ep—預應力筋的彈性模量(Mpa);

《公路橋樑施工技術規範》(JTJ 041-2000)附錄G-8中規定了Pp的計算公式

(2):

Pp= P×(1-e-(kx+μθ))

kx+μθ

P—預應力筋張拉端的張拉力,將鋼絞線分段計算後,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,分段後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,分段後為每個分段長度或為公式1中L值;

k—孔道每束局部偏差對摩擦的影響係數(1/m),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係數,只在管道彎曲部分考慮該係數的影響。


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,這是由於實際的鋼絞線的截面積並不是絕對的140mm2,而進行試驗時並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’並非真實值,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是後張法鋼絞線伸長量計算中的兩個重要的參數,其大小取決於多方面的因素:管道的成型方式、預應力筋的類型、表面特徵是光滑的還是有波紋的、表面是否有鏽斑,波紋管的佈設是否正確,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,摩擦係數的大小很大程度上取決於施工的精確程度。在工程實施中,最好對孔道磨擦係數進行測定(測定方法可參照《公路橋樑施工技術規範》(JTJ 041-2000)附錄G-9),並對施工中影響磨擦係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,以確保摩擦係數的大小基本一致。實際計算可根據表1選取參數。

3 劃分計算分段:整束鋼絞線在進行分段計算時,首先是分段(見圖1):

3.1 工作長度:工具錨到工作錨之間的長度,圖1中工作段AB長度=L,計算時不考慮μ、θ,計算力為A點力,採用公式1直接進行計算,Pp=千斤頂張拉力;

3.2 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,例如靠近張拉端第一段BC的終點C點力即為第二段CD的起點力,每段的終點力與起點力的關係如下式:

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。

3.3 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。

3.4 根據Pp代入公式1計算出每一段的伸長值ΔL,相加後得出全長鋼絞線伸長量。

4 算例:

已知構件鋼束佈置如圖1所示,曲線段鋼束半徑600cm,預應力筋採用Φ15.24的鋼絞線束,fpk =1860Mpa,錨下(張拉)控制力為Δk=0.75 fpk =1395Mpa,Ep=1.95×105 Mpa,孔道採用金屬螺旋管。採用分段計算理論伸長量。

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