预应力钢绞线伸长值计算与测量

  摘要:预应力钢绞线理论伸长值的计算是预应力钢绞线张拉施工的重要步骤,是校核钢绞线应力控制张拉时理论伸长值和实际伸长值差值的基础数据,文中通过通道县临溪公路k17+545运溪口中桥3×30m预应力T梁钢绞线理论伸长值的计算实例和实测值的测量方法,指出了预应力钢绞线理论伸长值计算的详细步骤和测量实际伸长值的注意事项。

  关键词:预应力钢绞线,理论伸长值,计算,测量

  工程概况:运溪口中桥位于通道县临溪公路k17+545处,桥长100m,桥面宽8m,上部结构为3×30m预应力T梁,下部构造采用U型桥台和柱式墩。T梁高1.8m,设计安置3孔预应力筋,编号为N1,N2,N3。预应力筋采用1×7-15.24普通松弛钢绞线,钢绞线标准强度为1860Mpa。中梁N1钢绞线为7束,其余均为9束,预应力筋孔道采用预埋波纹管成型。

  施加预应力采用后张法,张拉程序为:0→初应力(0.1σcon)→1.03σcon(锚固)

  一、计算准备:

  1、计算公式及说明:

  预应力钢绞线张拉理论伸长值计算公式(参照《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000)

  ΔL=(PpL)/(ApEp)………………①

  ①式中:Pp――预应力筋的平均张拉力(N),

  直线筋取张拉端的拉力,两端张拉的曲线筋,计算方法见公式②;

  L――预应力筋的长度(mm)

  Ap――预应力筋的截面面积(mm2)

  Ep――预应力筋的弹性模量(Mpa)

  Pp=P(1-e-(kx+μθ))/(kx+μθ)……②

  ②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(1/m)

  μ――预应力筋与孔道壁的摩擦系数

  对公式的两点说明:

  (1) 、因为预应力筋大多呈曲线布置,因此Pp的计算通常采用公式②进行,对于曲线筋还应根据不同的曲率半径进行分段,分别计算相应的Pp和ΔL。

  (2) 、对于②式中的θ,由它的符号解释可知,曲线孔道部分切线的夹角之和应等于曲线所对应的圆心角,根据几何关系得出:θ=L/R(rad),式中L是从张拉端至计算截面曲线孔道的长度(m),R是该段曲线孔道的曲率半径(m)。

  2、基础数据选定

  由工程概况介绍及技术规范和钢绞线的规格选定下列数据:

  系数k及μ值表

  孔道成型方式 k μ(钢绞线)

  预埋金属螺旋管道 0.0015 0.20~0.25

  采用值 0.0015 0.20

  钢绞线强度:

  钢绞线截面积:Ap=140mm2

  钢绞线弹性模量:Ep=195000Mpa

  二、理论伸长值计算

  本例通过对中梁N1钢绞线的计算进行说明,钢绞线的设计见下图,由图可知,钢绞线成直线和曲线交错对称布置,因此选定半幅钢绞线分成AB,BC,CD三段分别计算伸长值,另外半幅伸长值与此相等。  

  对于中梁N1钢绞线:

  钢绞线股数:n=7股

  1、 张拉控制力计算

  钢绞线总的截面积:Ap=7*140=980mm2

  钢绞线弹性模量:Ep=195000Mpa

  钢绞线强度:

  单束钢绞线张拉控制应力σcon=0.75×1860=1395Mpa

  单束钢绞线张拉控制力:P1=1395*140=195300N

  超张拉张拉力:1.03P1×7=1.03*195300*7=1408113N

  2、 分段起、终点力及平均张拉力计算,列表如下

  注:(rad)=3.543/29=0.122

  3、伸长量计算,将已知数据代人公式①,计算出

  △LAB=1397477.51*10124/(980*195000)=74.03mm

  △LBC=1366490.10*3543/(980*195000)=25.33mm

  △LCD=1345199.27*1074/(980*195000)=7.56mm

  △L/2=74.03+25.33+7.56=106.92mm

  总伸长量:△L=2*106.92=214mm

  同理可知,初应力推算伸长值:△L2=(214/1.03)*0.1=21mm

  N1实际伸长值的控制范围(与理论伸长值的差值控制在6%以内):(201~227)mm

  三、伸长值的测量

  1、测量的理论依据

  预应力钢绞线张拉时,应先调整到初应力值0.1σcon,伸长值应从初应力时开始量测。钢绞线的实际伸长值除量测的伸长值外,必须加上初应力以下的推算伸长值。

  预应力钢绞线张拉的实际伸长值(mm),可按式③计算:

  =l+2………………      ③

  式中:l——从初应力至最大张拉应力间的实测伸长值(mm);

  2——初应力以下的推算伸长值(mm),可采用相邻级的伸长值

  2的计算可以采用初应力以下的理论伸长值,计算方法同上述,在实际施工时常采用相邻级的伸长值,也就是说从0~0.1σcon应力作用下的伸长值可以采用0.1σcon~0.2σcon应力作用下的伸长值,这样做的原因是0~0.1σcon应力作用下的伸长值很小,很难测出,而用相邻级的伸长值对测量精度几乎没有影响。

  2、测量方法

  钢绞线实际伸长量的测量方法有多种,目前使用较多的是直接测量张拉端千斤顶活塞伸出量的方法,笔者认为这样的测量方法存在一定的误差,这是因为工具锚端夹片张拉前经张拉操作人员用钢管敲紧后,在张拉到0.1σcon时因钢绞线受力,夹片会向内滑动,张拉到0.2σcon时,夹片又会继续向内滑动,这样通过测量千斤顶的伸长量而得到的0.1~0.2σcon的伸长量比钢绞线的实际伸长值长1~2mm,若以0.1~0.2σcon的伸长量作为0~0.1σcon的伸长量,那么在0~0.2σcon的张拉控制段内,钢绞线的伸长量就有2~3mm的误差。

  从0.2σcon张拉到σcon时,钢绞线的夹片又有2~3mm的滑动,按最小值滑动量计算单端钢绞线的伸长量就有3~4mm的误差,两侧同时张拉时共计有约6~8mm的误差(误差值的大小取决于工具锚夹片打紧程度)。因此用测量千斤活塞的方法一般测出来的值都是偏大的。

  因此,对于钢束实际伸长值的测量,建议采用量测钢绞线绝对伸长值的方法,而不使用量测千斤顶活塞伸出量的方法,后者测得的伸长值须考虑工具锚处钢束回缩及夹片滑移等影响,尤其是在钢绞线较长,必须进行分级张拉时,更为繁琐,若直接通过测量千顶活塞的伸出量,则误差累计更大。推荐的测量方法是使用一个标尺固定在钢绞线上,不论经过几个行程,均以此来量测分级钢绞线的长度,累计的结果就是初应力与终应力之间的实测伸长值。

  结论:预应力钢绞线理论伸长值的计算在于深刻领会规范的计算公式和对预应力钢绞线进行合理的分段处理。为精确测量钢绞线的实际伸长值,通过千斤顶活塞伸出量的测量方法因存在测量误差不可取,而是应直接测量钢绞线的伸长值。掌握钢绞线的伸长值计算和测量是预应力构件施工的必要条件,对指导预应力施工起着相当重要的作用。

  参考资料:

  《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000

  《预应力混凝土结构》(林同炎)1983