预应力锚索张拉伸长量的控制方法.doc

25m预应力锚索张拉伸长量的控制
25m预应力锚索张拉伸长量的控制
1、工程简介
浦南高速公路A7标段YK80+038.6-YK80+142.1段右侧高边坡最大开挖高度48米，每级高度为8米。第一级边坡坡率为1：0.5，第二至第六级边坡坡率为1：0.75。第一、第二级设预应力锚杆加固，第三至第五级设预应力锚索加固，锚索每孔张拉力为520KN，每孔分三个单元，每单元两根锚索，一单元锚固长度4米，自由段21米，二单元锚固长度8米，自由段17米，三单元锚固长度12米，自由段13米。锚索锚头结构见下图。
2、张拉试验前的准备
2.1进场的无黏结预应力钢绞线已经检验，并且符合设计要求，其弹性模量为202GPa，直径为15.24mm。
2.2 试验前已经将两套千斤顶和油压表进行配套标定。
3、理论计算
3.1受力计算
单根钢绞线受力为520÷6＝86.667KN,为了使每一根钢绞线受力均衡,考虑到每个单元的自由段长度不同,为了消除其影响,每个单元必须单独张拉,其张拉力由自由段差值与其总长度决定,
公式为: F1(1)=(L1÷L)×F=4÷21×173.333=33.016KN
其中: F1(1)为第一单元第一次张拉力;
F为每单元总张拉力;F=86.667KN×2=173.333KN
当第二次张拉时,第一、第二单元同时张拉，其张拉力的分布情况如下：
F2＝F1(1)＋F1(2)＋F2(1)=33.016+33.016+40.784=106.816KN
其中：（F1(2)＋F2(1)）的分布系数为：
（F1(2)＋F2(1)）=（4÷21＋4÷17）×F＝33.016+40.784=73.8KN
可知,第二次张拉结束时一单元受力为33.016+33.016=66.032KN,二单元受力为40.784KN。
在第一、第二次张拉调整好自由段引起的不同伸长量后，还没有达到设计张拉力的25％时，则应按设计的25％、50%、75%、100%、110%、150%分级张拉，其张拉力为别为130KN， 260KN， 390KN， 520KN ， 572KN， 780KN。
当第三次张拉时,第一、第二、第三单元同时张拉，其张拉力的分布情况如下：
F3＝F1(3)＋F2(2)＋F3(1)＋F2
设（F1(3)＋F2(2)＋F3(1)）的总分布系数为1， 则（1/21+1/17+1/13）X=1
F1(3)的系数为（1/21）X=0.259694476，F2(2)的系数为（1/17）X=0.320799058
F3(1)的系数为（1/13）X=0.419506461
当F3=130KN时;
F1(3)= 0.259694476×(130-106.816)=6.021KN
F2(2) =0.320799058×(130-106.816)=7.437KN
F3(1) =0.419506461×(130-106.816)=9.726KN
此时,一单元受力为72.053KN, 二单元受力为48.221KN三单元受力为9.726KN。
同理:
当F3=260KN时;
F1(3) =39.781KN F2(2) =49.141KN F3(1) =64.262KN
此时,一单元受力为105.813KN, 二单元受力为89.91KN三单元受力为64.262KN。
当F3=390KN时;
F1(3)= 73.541KN F2(2) =90.845KN F3(1) =118.798KN
此时,一单元受力为139.562KN, 二单元受力为131.63KN三单元受力为118.798KN。
当F3=520KN时;
F1(3)= 107.302KN F2(2) =132.549KN F3(1) =173.333KN
此时,一单元受力为173.334KN, 二单元受力为173.334KN三单元受力为173.333KN。
当F3=572KN时;
F1(3)= 120.806KN F2(2) =149.2311KN F3(1) =195.148KN
此时,一单元受力为186.838KN, 二单元受力为190.015KN三单元受力为195.148KN。
当F3=780KN时;
F1(3)= 174.822KN F2(2) =215.957KN F3(1) =282.405KN
此时,一单元受力为240.854KN, 二单元受力为256.741KN三单元受力为282.405KN。
3.2油表读数计算
依据122＃千斤顶的回归方程为： Y＝28.653X＋0.0047
05＃千斤顶的回归方程为： Y＝12.173X－5.8583（其中Y单位为KN，X单位为MPa）
可得到表:
序号

千斤顶型号
张拉力(KN)
122#
05#
读数(MPa)
读数(MPa)
1
33.106
0.931
2.672
2
106.816
2.961
7.451
3
130
4.537
11.160
4
260
9.074
20.912
5
390
13.611
32.519
6
520
18.148
43.199
7
572
19.963
47.470
8
780
27.222
64.557
3.3伸长量的计算
3.3.1根据<无黏结预应力钢绞线力学性能检验报告>,可得钢绞线弹性模量E=202GPa,单元面积为A=2.796cm2
3.3.2 根据以上计算
由公式: 和
在只张拉第一单元时, F=33.016KN, L=21米,可得 =12.276mm。
在只张拉第一、二单元时, F=40.782KN, L=17米,可得 =12.276mm。
在张拉到130KN时，第三单元F=9.726KN， L＝13米，可得=2.24mm。
在张拉到260KN时，第三单元F=64.262KN， L＝13米，可得=14.79mm。
在张拉到390KN时，第三单元F=118.798KN，度L＝13米，可得=27.34mm。
在张拉到520KN时，第三单元F=173.333KN， L＝13米，可得=39.9mm。
在张拉到572KN时，第三单元F=195.148KN， L＝13米，可得=44.92mm。
在张拉到780KN时，第三单元F=282.405KN， L＝13米，可得=65mm。
3.4实际张拉数据汇总：
见下表
张拉荷载（KN）
油压表读数（MPa）
锚头位移读数（mm）
理论锚头位移增量（mm）
实际锚头位移增量（mm）
33.016
0.93
25.25
12.276
12.05
106.816
2.96
37.31
12.276
12.06
130
4.54
39.34
2.75
2.03
260
9.07
52
12.55
12.65
390
13.61
66.4
12.56
12.55
520
18.15
91.6
12.56
12.55
572
19.96
84
5.02
5.0
780
27.22
104.07
20.08
20.07
回油
1
101．37

3.5数据分析
3.5.1 在经过理论数据和试验数据的对比，发现对一单元和对第一、第二单元张拉的伸长量比理论伸长量稍稍偏短约0.2mm。
3.5.2在张拉力达到130KN，260KN，390KN时，伸长量比理论值增量略大或者略小，情况比较理想，在张拉力达到520KN时，伸长量比理论值增量略小，都是基本吻合，达到要求。
3.5.3 在张拉力达到572KN，780KN时，总伸长量及其与各级伸长量的差值与理论值相比均略偏小。
3.5.4 在回油至1GPa时，监测到伸长值比780KN即超张拉150％时的伸长量小4.7mm。
3.6原因分析
3.6.1 对一单元和对第一、第二单元张拉的伸长量比理论伸长量稍稍偏短约0.2mm。分析原因有一下三种可能：
（1）、 自由段的长度可能稍稍偏短，从计算过程中我们看到由于自由段偏短导致了伸长值的偏短，故此，在张拉的过程中要仔细控制锚索自由段长度。
（2）、 油压表的读数误差引起。
（3）、 千斤顶张拉锚具及夹片的变形引起伸长值偏短。
3.6.2 千斤顶在回油至1GPa时，监测到伸长值比780KN即超张拉150％时的伸长量小4.7mm。说明回油时由于锚具及夹片的变形量为4.7mm，单最终伸长量为38.92mm，略小于设计值为520KN时的理论伸长值39.91,但其差值在允许偏差范围（6％）以内。
纵上所述，该预应力锚索张拉试验与理论计算相吻合，符合规范要求。同时从计算过程中我们充分理解控制锚索张拉伸长量的主要因素有以下几条：
有效控制张拉力和伸长量，来保证张拉力的准确。
千斤顶和油表、油泵计量精度要符合要求，及时定期校验。
失效部分钢绞线失效处理得当，能达到失效的作用和效果，失效长度符合设计长度。
4、结束语
高边坡锚索张拉的伸长量计算是锚索施工的重要环节，也是锚索能否起到防护作用的关键工序，因此，在施工时决不能轻视这个问题。必须，认真加以对待和解决。
参考文献：
4.1《土层锚杆设计与施工规范》 (CECS22：90)．中国计划出版社．1991年
4.2《建筑工程常用数据手册》 中国建筑工业出版社 1997.09
4.3《浦南高速公路高边坡动态设计》．福建省交通规划设计院 2005.08
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