大西客运专线预应力混凝土连续梁后张法预应力钢束伸长量计算与量测.pdf

桥 梁 大西客运专线预应力混凝土连续梁后张法 预应力钢束伸长量计算与量测 祝 新 顺 ， ( 1 中交 二公局第一工程有 限公 司，武汉4 3 0 0 1 9 ； 寇 小军 2 中交第二公路 工程局有 限公 司，西安7 1 0 0 0 0 ) 摘 要 ： 以预应力筋张拉伸长值计算基本公式为基 础， 借助 e x c e l ， 通过 求平衡 点的 方法， 计算有特 殊线形 的铜柬伸 长值 ， 通过与理论数据 比较 ， 此方 法准确性 已得到验证 。另外对现场预 应力 张拉 过程 中铜 束伸 长量的量测 方法作 了介 绍 ， 为 类 似 桥 梁 预 应 力 施 工提 供 借 鉴 。 关键词 ： 连续 梁； 预应 力混凝土 ；预应力筋 ；张拉 ；伸长量；计 算 中图分类号 ： U 4 4 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 4 2 9 5 4 ( 2 0 1 1 ) S 一 0 1 0 8 0 4 Ca l c u l a t i o n a nd M e a s u r e m e n t o f Po s t - t e ns i o ne d S t e e l Te nd o n s El o n g a t i o ns Zh u Xi n s h u n K0 u Xi a o z h u e n ( 1 T h e F i r s t E n g i n e e r i n g C o ，L t d ，C h i n a C o mmu n i c a t i o n 2 Hi g h wa y B u r e a u，Wu h a n 4 3 0 0 1 9：2 S e c o n d Hi g h w a y E n g i n e e r i n g Co ，L t d ，Ch i n a C o mmu n i c a t i o n 2 Hi g h w a y Bu r e a u，Xi a n 7 1 0 0 0 0 ) Abs t r a c t：Ba s e d o n t h e b a s i c f o r mu l a f o r c a l c u l a t i n g p r e s t r e s s e d t e n d o n s e l o n g a t e d v a l u e s a n d b y me a n s o f e x c e l t o fix t he e q u i l i br i u m p o i n t ，t h e v a l u e s o f s p e c i a l l i n e a r e l o n g a t i o n s o f s t e e l t e n d o n s we r e c o mp t u t e dAs c o mp a r e d wi t h t h e o r e t i c a l d a t a， t h e a c c u r a c y o f t h i s me t h o d h a s b e e n v e r i f i e d S t e e l t e n d o n e l o n g a t i o n me a s u r i n g me t h o d s d u r i n g o n s i t e p r e s t r e s s i n g a r e a l s o i n t r o du c e d t o p r o v i d e a g u i d a n c e t o s i mi l a r p r e s t r e s s e d b r i d g e s Ke y wo r ds：Co n t i n u o u s b e a m ；Pr e s t r e s s e d c o n c r e t e；Pr e s t r e s s e d t e n d o ns ；Te ns i o n；El o n g a t i o n；Ca l c u一 1 a t i 0 n 1 工程概 况 渭洛 河 特 大 桥 在 D K 7 7 8 + 2 4 7 7 4处 采 用 4 0 m+ 6 4 m+ 4 0 m 连续箱 梁跨越 跨 1 0 8国道 。箱梁 预 应力 钢 束 采用 符合 G B 5 2 2 4标 准 的 西 1 5 2 m m 高强 低 松弛 钢 绞线 ， 标准抗拉强度 =1 8 6 0 M P a ， 图纸提供弹性模 量 E =1 9 5 1 0 M P a 。有 l 2 咖 1 5 2 mm、 1 5 1 5 2 mn l 、 1 7 1 5 2 m m 钢 绞 线 。锚 下 张 拉 控 制 应 力 在 ( 0 6 6 0 6 7) ， 张 拉 控 制 应 力 6 = ( 0 7 1 0 7 2 ) 。 2 钢束伸 长量 理论计 算公 式 参考建筑施工手册 中关于预应力筋张拉伸长值计 算中公式进行钢束伸长量复核 ， 公式如下 P_P I ( ) 收稿 日期 ： 2 0 1 1 1 0 3 1 作者简介 ： 祝新顺 ( 1 9 7 8 一 ) ， 男 ， 工程 师 ， 2 0 0 0年毕业 于东 南大学 工程 测量 专业 ， E - m a i l ： 2 8 1 9 3 7 9 2 9 q q C O n l 。 1 0 8 P =P e一 箍= 式 中 钢 绞线 理论伸 长量 ， m m； P 预应力 筋平均 张拉力 ， N； P 预应力 筋起点 张拉力 ， N； P 预 应力 筋终 点张拉 力 ， N； 预应力 筋平均 张拉 应力 ， MP a ； 预应力 筋长度 ， m； K 孔 道 每米局部 偏 差对 摩 擦 的影 响 系 数 ， 取0 0 0 2 5： 预应 力 钢 筋 与 孔 道 壁 的摩 擦 系 数， 取 0 2 3； A 预 应力 钢筋截 面面积 ， 取 1 4 0 m m ； E 预应力钢筋弹性模量 ， 取 1 9 5 G P a ； 从 张拉 端 到 计 算 截 面 曲线 孑 L 道 部 分 切 线 的夹 角之和 。 抛物线长度及转角计算公式 ： 弧 线 长 度 = ( 1 + 警 铁道标准设 计R A I L W AY S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 1 ( S ) 祝 新顺 ， 寇 小军一大西客 运专线预应力混凝土连续梁后张法预应力 钢束 伸长量计 算与量测 转 角0 = a r c t a n ( 0 0 1 3 ， J u l ) 式 中 。 抛 物线 预应 力 的实 际长度 ； 抛 物线 的水 平段 投影 长 度 ； 日 抛 物线 的矢 高 。 3计算 方法 与过 程 现以边跨底板 B D 3钢束为例 ， 介绍连续箱梁钢束 理 论 伸 长 量 复 核 计 算 过 程 。B D 3钢 束 规 格 为 l 5 7 + 5， 该钢束左右不对称， 既有平弯、 又有竖弯 ， 计算时 要综合考虑 2种弯曲对钢束伸长量 的影响。 B D 3钢束竖弯 、 平弯分段如图 1 所示。 =1 1 霉 ( a 1 B D 3 竖弯大样 l 86 5 9 1 3 9 B C ( b ) B D 3 平弯大样 钢束 竖弯 、 平弯大样 图( 单位 ： c m) 3 1 仅考 虑竖 弯 计算 步 骤如 下 ： ( 1 ) ( 从图左侧开始) 计算 A B段 ， 具体应 勺 及伸长 量 见表 1 。 桥 梁 ( 2 ) 计算 B C段 ； ( 3 ) 计算 C D段 ； ( 4 ) ( 从图右侧开始 ) 计算 F G 、 E F段 ； ( 5 ) 计算 D E段 。 计算弧长和转向角 ； 求平衡点 ： 假设平衡点为 P， 则有 LD P= D e ( ) ：o - E e一 ) = 3 6 m 采 用迭代 法解 方程 得 D P段长 度 分别计算 D P段和 P E段应力及伸长量 。 3 2仅考 虑平 弯 ( 1 ) ( 从 图左侧 开始 ) 计算 A B段 ( 2 ) ( 从 图右侧 开始 ) 计算 D C、 C B段 由于从 右 侧计 算 B点 应力 大 于 从 左侧 计 算 B 点 应力 ， 所 以平衡 点 在 B点左 侧 ， 求 平衡 点 ， 方 法 同上 。 3 3 综合考 虑 竖、 平 弯 ( 图 2) ( 1 ) ( 从 图 2左 侧 开始 ) 左 侧 A B、 B C、 C D 段 ， ( 从 图2右侧开始 ) 右侧 G F、 F E段 ： 在平 曲线中位于直线 段 ， 在竖曲线段中处于曲线段 中， 计算时只考虑竖弯。 ( 2 ) D E段 ： 把 D E段分 成 D E 1 、 D E 2 、 D E 3 、 D E 4段 ， D E 1 、 D E 2 、 D E 4段计算时只考虑竖弯 ， D E 3段平弯 中 位于 R=2 0 0 0 c m圆曲线 中， 竖弯 中位于抛物线中， 圆 曲线对伸长量影响更大 ， 计算时只考虑平弯， 分段如图 2所示 表 1 B D 3钢束理论伸长量计算 铁道标准设 计R A I LW AY S T A ND A R D DE S I G N 2 0 1 1 ( S ) 1 0 9 桥 梁 祝新顺， 寇小军一大西客运专线预应力混凝土连续梁后张法预应力钢束伸长量计算与量测 肚 。 墨 l D E 2段 一 上 隧 ! ： l l 6 2 l7 1 9 O 8 6 0 6 5 l l 2 0 3 3 8 1 日1 6 31 r _ 1 86 5 9 3 9 5 I u 导 口 C D 图 2钢束竖弯 、 平弯结合大样 ( 单位 ： c m) 计算 D E 4 、 D E 3段 计算 D E 1 、 D E 2段 从 图左侧 推 出 D E 1 起 点 应力 =1 1 4 6 6 MP a ， 图 右 侧推 出 D E 2起 点 应力 =1 1 3 7 2 MP a ， 求此 段 的平 衡点 ， 方法同上 ， 求出 L。 = 5 2 m， L D E 2 = 3 9 5 5 m。 ( 3 ) 计算钢束伸长量 平衡 点 左侧 ： 1 = A L A B + A L B c + A L c D + A L D E 1 平 衡 点 右 倾 0 ： A L 2 =A L F G + E F + D E 4 + D E 3 +ALD E 2 总伸长 量 ： = A L ， + A L ， 列 表计 算见表 1 。 3 4与设计 院提 供伸 长量对 比 由表 1计算知 B D 3伸长量为 1 4 9 1 3 m m， 设计院 提供 的伸 长量 为 1 5 0 mm， 两 者差 值 0 8 7 m m， 基 本 吻合 。 4现场伸 长量 量测 方法及 超 限讨论 4 1 钢 绞线有 效长 度计算 图纸 中提供 钢绞 线长度 为两 工作锚 锚 固点之 间 的 距 离 ， 在实 际施 工 中需 再 加 上 钢绞 线 在 张 拉 千斤 顶 中 的工作长度 ， 根据千斤顶尺寸取 0 5 m， 比对伸长量时 根据张拉级数减掉每次千斤顶内工作长度的伸长值 。 4 2 张 拉过程 中 2个 回缩量 的测 定 钢绞线 预应 力张 拉锚塞 回缩 量产 生在工 具锚 和工 作锚 夹片上 。 ( 1 ) 工具 锚 夹 片 回缩 量 的 量 测 ： 当钢 绞 线 张 拉 至 设计控制拉力的 1 0 ， 精确量取从工具锚端面至钢绞 线外 露端 头 的 长度 b ， 当张 拉 到 设 计 控 制 拉 力 时 ， 再 量取 从工 具锚 端面 至钢 绞 线外 露 端 头 的长 度 b ： ， 工具 锚回缩量 b = b 一 b ， ， 也可直接量取 2次工具锚 夹片外 露量得到回缩量。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 3根 。 ( 2 ) 工作锚夹片回缩量的量测 ： 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。 回油后 测量 工作 锚 夹 片外 露 长度 c ， ， 一 般 至少测 量 3处 取 其平 均值 ， 千 斤 顶 限位 板 凹槽 深 度为 C ， 则工作 锚夹 片 回缩 量 C= C 一 C 。 4 3现场 实例计 算 下面 以渭洛 河特 大桥 6 3 0号墩 2号块 腹板纵 向预 应力钢束 F 7为例 ， 钢束规格为 1 2 7 4 ) 5 ， 两侧对称布 置 ， 只 有 竖 弯 ， 总 长 度 6 2 1 4 8 m。 施 工 时 采 用 4 ) 1 0 0 m m金 属波 纹 管成 孔 ， 在 施 工 0号 、 1号 块 时 由兰 州 铁 成工程 检测 有 限公 司在 现 场作 了摩 阻试 验 ， 对 锚 口及 喇 叭 口损 失率 、 管道摩 阻 系数 和偏 差系数 作 了测试 。 根据本 项 目配置 的千斤 顶 型号 ， F 7钢束 需分 2次 行程进 行 张拉 ， 在 张拉 过程 中 ， 先分 别计算 2次 张拉 伸 长量 ， 然后 将 2次 张 拉 伸 长 量 累 加 而 得 实 测 伸 长 值 ， F 7钢束理论计算伸长量为 3 5 8 m m， 加上两侧千斤顶 内伸 长量 ， 总 的伸长量 为 3 6 4 m m。由于在 预应 力钢 束 计算 长度 中包括 了在 千 斤 顶 中 的工 作 长度 ， 可直 接 用 计算 的伸 长量与 按现 场记 录数据 计算 的实测 伸长值 进 行 比较 ， 再 减掉 第一 次张 拉 时 在 千斤 顶 中工作 长 度 的 伸长值。千斤顶 内钢绞线伸长值 ： P L E A， P为第一次 行程 到位 时 的张拉力 ， ， J 为千 斤顶 内有效 长度 。 4 4夹 片外 露量数 据 的量 取 ( 取 运城 左侧钢 束 为例 ) 先选 3根钢束， 在端头用油漆作上标记 ， 张拉过程 中分 别量 取标记 到工具 锚端 面距 离 ， 见 表 2 。 表 2 F 7钢束夹片外露量现场量测数据 m m b l 2 45 2 4 4 工具锚夹片外露量 l 2 一 工作锚夹片外露量 一 一 3 6 7 3 6 5 1 1 一 第 3根 计算 过程 ： ( 1 ) 计算 3根钢束在第 1行程到 7 5 和到 1 0 0 时工具 锚夹 片外露 量 。 7 5 ( 第 1行 程 ) ： 1 2 + ( 2 0 9 2 1 0 ) = 1 1 mm、 1 3 + ( 2 7 0 2 7 2) =1 1 mm、 1 2 + ( 2 4 4 2 4 5) =1 1 mm； 1 0 0 ： 1 1 +( 3 2 83 3 0) =9 mi l l 、 1 0+( 4 0 5 4 0 5) = 1 0 mm、 1 1 +( 3 6 5 3 6 7 ) =9 mm； 取平均值分别得 1 0 、 7 5 ( 第 1 行程) 、 7 5 ( 第 2行 程 ) 、 1 0 0 时夹 片外露 量 ： 1 2 、 1 1 、 1 1 、 9 m m。 运城 右侧夹 片外 露量 ： 1 3 、 1 2 、 1 1 、 1 0 m m； 西安 左侧夹 片外 露量 ： 1 2 、 1 1 、 1 2 、 1 0 m m； 1 1 0 铁道 标准设 计R A I L W AY S T A N D A R D DF _, S I G N 2 0 1 1 ( S ) 祝新顺 ， 寇小军一 大西客运专线预应力混凝土连续梁后张法预应力 钢束 伸长量计算 与量测 西 安 右侧 夹片 外露 量 ： 1 2 、 1 1 、 1 1 、 1 0 m m； ( 2 ) 工作锚 夹 片外露 量 ： ( 2 + 4 + 3 ) 3 = 3 mm； 运城 右侧 夹 片外 露量 ： 4 mm； 西安 左侧 夹 片外露 量 ： 3 m m； 西安 右侧 夹 片外露 量 ： 3 mm； 4 5千 斤顶 伸 长量 的量 取 直接 量取 油缸 外露 量 ， 见表 3 。 表 3 F 7钢束千 斤顶伸 长量数据 m m 4 6- I- 2钢束伸长量的计算 钢束 伸 长量计 算 公式 A L = c + b 一 2 。 + e d 一 工 具锚 夹片 总 回缩量 一 钢 绞线 回缩量一 千斤顶内伸长值( 第 1 行程) 。 式 中 o 张 拉到 1 0 时 千斤顶 伸 长量 ； 6 张拉 到 2 0 时 千斤顶 伸 长量 ； 桥 梁 c 第 1行程张拉到 7 5 时千斤顶伸长量 ； d 第 2行程张拉到 7 5 时千斤顶伸长量 ； e 张拉 到 1 0 0 时 千斤顶 伸长 量 。 工具锚夹片总回缩量 = 7 5 ( 第 1行程 ) 夹片外露 量 一 1 0 夹 片外露量 + 1 0 0 夹 片外 露量 一 7 5 ( 第 2行 程 ) 夹 片外 露量 。 钢 绞线 回缩 量 = 凹槽 深度 ( 固定 为 7 m m) 一 工 作锚 夹片外 露量 。 千斤顶内伸长值 ( 张拉到 7 5 时) ： AL=P L E A=2 0 6 2 0 7 5 0 5 ( 1 9 5 0 0 0 1 0 0 0) = 4 mm 。 伸 长 量计算 如下 ： 运城 左 贝 0 ： ：1 7 0 + 5 7 3 5 2 + 8 8 5 5 一 ( 1 2 1 1 + 1 1 - 9 ) 一 ( 7 3 ) 一 4= 1 7 9 m m； 总伸 长 量 = ( 运 城 左 侧 ) + ( 西 安 左 侧 ) = 1 7 9+1 7 0=3 4 9 mm ： 误 差 ： ( 总 伸 长 量 一理 论 伸 长 量 ) 理 论 伸 长 量 1 0 0 =( 3 4 9 3 6 4 ) 3 6 4= 4 1 2 列表 计算见 表 4 。 表 4 F 7钢束 张拉伸 长量 计算 4 7钢绞线 实际伸长量偏差情况及原因分析 在张拉过程中， 钢绞线伸长量总体上与理论值相 符 ， 但是在施工中仍有少量钢束伸长量偏差较大 ， 分析 可能 有如 下 原 因。 ( 1 ) 管道 施 工 时 线 形 不 完 全 顺 直 ， 喇 叭 口处 折 角 有偏 差 ， 导 致 管道摩 阻系数 与 喇叭 口损失 率不 固定 ， 虽 然在箱梁上做过相关试验 ， 但不能代表所有 预应力钢 束情况。 ( 2 ) 由于各种原因， 可能导致波纹管进浆 ， 当张拉 到控 制应力 的 1 0 时， 整根 钢束 并 没有 拉直 ， 导致 1 0 以上 的 张 拉 时 张 拉 力 与 伸 长 量 并 不 完 全 成 线 性 关 系 。 ( 3 ) 张拉 力 损 失 。 由上 面 分 析 知 ， 工 作 锚 回缩 将 会造 成预 应力 的损 失 ， 在张 拉 到设计 吨位 时 ， 指标 没有 完全稳定在 1 0 0 张拉计算值就停止张拉 ， 这些都造 成 锚外 应 力 出现偏 差 。 ( 4 ) 量测误差。由于现场量测 工作均 由一线工人 铁道 标准设计R A I L W AY S T A N DA R D D E S I G N 2 0 1 1 ( s) 完成 ， 对千斤顶油缸 、 夹片外露量等的量测难 以保证 精度 。 5 结语 根据箱梁摩阻试验 ， 对钢束参数值进行修正 ， 重新 计算理论伸长量 ， 并在张拉过程 中精确量测钢束实 际 伸长量， 在计算 中考虑各种 因素， 确保 了箱梁预应力张 拉数 据 的准确 性 ， 保 证箱 梁预 应力施 工质 量 。 参考 文献 ： 1 江正荣 建筑 施工 计算 手册 M 北京 ： 中国建筑 工业 出版 社 ， 2 0 01： 7 0 87 1 2 2 张相玺 预应力张拉 伸长值及夹片 回缩量量测浅析 J 黑龙江科 技信息 ， 2 0 0 8 ( 2 3 )： 2 5 3 2 5 5 3 中华人民共 和国铁道部 铁建设 2 0 1 0 2 4 1号 铁路 混凝土工 程 施工技术指南 S 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 1 0 4 中 铁第 一 勘 察 设 计 院集 团 有 限公 司 渭 洛 河特 大 桥 D K 7 7 8 + 1 7 4 8 9D K 7 7 8 + 3 2 0 5 9段连续梁设计 图 z 西安 ： 中铁 第一 勘 察设计 院集 团有 限公司 ， 2 0 1 1 1 1 1