后张法预应力张拉伸长量计算与分析.doc

后张法预应力张拉伸长量计算与测定分析
舒琳智
成都市城市建设科学研究院

摘 要：举例介绍后张法预应力施工理论伸长量计算方法，以及在量测实际伸长过程中较为适合现场的计算方法。
关键词：预应力 张拉伸长量 计算 测定

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预应力混凝土结构由于其明显优势已广泛应用于了我国桥梁结构中，桥梁预应力张拉作为影响桥梁结构的重要因素，更应值得我们注意。为了保证施工质量，规范要求采用双控，即除应力控制外还要进行伸长值的校核。本文主要结合成都北新高架桥工程监理过程中的体会和有关资料，对后张法张拉应力伸长值的计算与测定作一些介绍。

一、理论伸长量计算
1、理论公式：
（1）根据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000），钢绞线理论伸长量计算公式如下：
① ②
式中：PP——预应力筋的平均张拉力（N），直线筋取张拉端的拉力，曲线筋计算方法见②式；
——预应力筋的长度；
AP——预应力筋的截面面积（mm2）；
EP——预应力筋的弹性模量（N/mm2）；
P——预应力筋张拉端的张拉力（N）；
——从张拉端至计算截面的孔道长度(m)；
——从张拉端至计算截面的孔道部分切线的夹角之和(rad)；
——孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数；
——预应力筋与孔道壁的摩擦系数。
（2）计算理论伸长值，要先确定预应力筋的工作长度和线型段落的划分。后张法钢绞线型既有直线又有曲线，由于不同线型区间的平均应力会有很大差异，因此需要分段计算伸长值，然后累加。于是上式中：

Pp值不是定值，而是克服了从张拉端至第i —1段的摩阻力后的剩余有效拉力值，所以表示成“Ppi”更为合适；
（3）计算时也可采取应力计算方法，各点应力公式如下：

各点平均应力公式为：

各点伸长值计算公式为：

2、根据规范中理论伸长值的公式，举例说明计算方法：
成都市北新大道高架桥为后张预应力连续箱梁，其中4*25米联内既有单端张拉，也有两端张拉。箱梁中预应力钢束采用高强度低松弛钢绞线（Φ15.24），极限抗拉强度fp=1860Mpa，锚下控制应力б0=0.75fp=1395Mpa。K取0.0015/m，µ=0.25。

（2）单端张拉预应力筋理论伸长值计算：

预应力筋分布图（1）
伸长值计算如下表：
分段
编号
σi
钢绞线长度L(m)
切线角度θ(rad)
偏差系数k
摩阻系数µ
kl+μθ
σi+1
σ平均
伸长值
ΔL(mm)
AB
1395
1.021
0
0.0015
0.25
0.0015315
1392.865
1393.932
7.30
BC
1392.865
4.323
0.36652
0.0015
0.25
0.0981145
1262.695
1326.716
29.41
CD
1262.695
8.057
0
0.0015
0.25
0.0120855
1247.527
1255.096
51.86
DE
1247.527
2.902
0.244346
0.0015
0.25
0.0654395
1168.503
1207.584
17.97
EF
1168.503
1.72
0
0.0015
0.25
0.00258
1165.492
1166.997
10.29
FG
1165.492
2.902
0.244346
0.0015
0.25
0.0654395
1091.665
1128.176
16.79
GH
1091.665
2.942
0
0.0015
0.25
0.004413
1086.858
1089.26
16.43
HI
1086.858
3.181
0.2618
0.0015
0.25
0.0702215
1013.155
1049.575
17.12
IJ
1013.155
2.207
0
0.0015
0.25
0.0033105
1009.807
1011.48
11.45
伸长值
178.63

（1） 两端非对称张拉计算：
预应力筋分布图（2）
伸长值计算如下表：

分段编号
σi
钢绞线长度L(m)
切线角度θ(rad)
偏差系数k
摩阻系数µ
kl+μθ
σi+1
σ平均
伸长值ΔL(mm)
AB
1395
1.306
0
0.0015
0.25
0.001959
1392.27
1393.6345
9.33
BC
1392.27
4.277
0.34907
0.0015
0.25
0.093683
1267.761
1329.0436
29.15
CD
1267.761
9.373
0
0.0015
0.25
0.0140595
1250.062
1258.8907
60.51
DE
1250.062
2.622
0.22689
0.0015
0.25
0.0606555
1176.492
1212.9052
16.31
EF
1176.492
2.49
0
0.0015
0.25
0.003735
1172.106
1174.298
14.99
FG
1172.106
2.622
0.22689
0.0015
0.25
0.0606555
1103.125
1137.2669
15.29
GH
1103.125
1.368
0
0.0015
0.25
0.002052
1100.864
1101.9938
7.73
HI
1100.864
2.622
0.22689
0.0015
0.25
0.0606555
1036.075
1068.1417
14.36
H-平衡点O
1100.864
1.512
0.13614
0.0015
0.25
0.036303
1061.616
1081.1208
8.38
左端合计

25.57
0.93899

161.70
NM
1395
1.306
0
0.0015
0.25
0.001959
1392.27
1393.6345
9.33
ML
1392.27
4.277
0.34907
0.0015
0.25
0.093683
1267.761
1329.0436
29.15
LK
1267.761
59.431
0
0.0015
0.25
0.0891465
1159.636
1212.8953
369.66
KJ
1159.636
2.622
0.22689
0.0015
0.25
0.0606555
1091.388
1125.167
15.13
JI
1091.388
2.49
0
0.0015
0.25
0.003735
1087.319
1089.3525
13.91
IH
1087.319
2.622
0.22689
0.0015
0.25
0.0606555
1023.328
1055.0002
14.19
I-平衡点O
1087.319
1.11
0.09076
0.0015
0.25
0.024355
1061.157
1074.185
6.11
右端合计

71.236
0.66672

443.30
左右两端合计

96.806
1.60571

605.00

若预应力钢筋为两端对称张拉，则只需计算出一半预应力筋的伸长值，然后乘以2即得总的伸长量。
注：由于采用1500KN千斤顶张拉，根据实测伸长值为量测大缸外露长度的方法，则计算理论伸长值时应加缸内长度约500mm。而锚固端长约470mm，应在计算理论伸长值时扣除。由于两数对于伸长值的计算相差甚微，可以抵消，因此在计算中未记如。

二、实测伸长值的测定
1、预应力钢筋张拉时的实际伸长值△L，应在建立初应力后开始量测，测得的伸长值还应加上初应力以下的推算伸长值。即：
△L=△L1+△L2
式中：△L1——从初应力到最大张拉应力间的实测伸长值（m ）;
△L2——初应力以下的推算伸长值（m ）。
关于初应力的取值，根据《公路规》的规定，一般可取张拉控制应力的10%~25%。初应力钢筋的实际伸长值，应以实际伸长值与实测应力之间的关系线为依据，也可采用相邻级的伸长值。
2、经北新高架桥施工张拉资料分析后总结出以下两个钢绞线实测伸长值的经验公式：
L实=（Lb—La）/0.8—L无阻 （1）
L实=[（Lb—La）+（La—Lc）] —L无阻 （2）
L实——钢绞线实际伸长量
La——张拉应力为20%б0时，梁段两端千斤顶活塞行程之和；
Lb——张拉应力为100%б0时，梁段两端千斤顶活塞行程之和；
Lc——张拉应力为10%б0时，梁段两端千斤顶活塞行程之和；
L无阻——梁段两端千斤定内钢绞线的无阻伸长量，即：
L无阻=PL/EPAP
对于以上公式，当钢绞线较短，角度较小时，用（2）式计算更接近设计伸长量；当钢绞线较长，角度较大时，用（1）式计算更接近设计伸长量。这是由于预应力筋的长度及弯起角度决定实测伸长量的计算公式，钢绞线较短、弯起角度较小时，摩阻力所引起的预应力损失也较小，10%~20%Σ控钢绞线的伸长量基本上反映了真实变化，0~10%的伸长量可按相邻级别10%~20%推算。钢绞线较长、弯起角度较大时，摩阻力所引起的预应力损失也较大，故初应力采用20%Σ控用20%~100%推算0~10%的伸长量更准确。
3、在北新高架施工过程中我们曾使用直接测量张拉端千斤顶活塞伸出量的方法，但这种测量方法存在一定误差，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，在张拉到约10%б0开始到100%б0时，因钢绞线受力，夹片会向内滑动，这样通过测量千斤顶的伸长量而得到的量比钢
绞线的实际伸长量偏大。
因此，我们采用了量测钢绞线绝对伸长值的方法，测得的伸长值须考虑工具锚处钢绞线回缩及夹

片滑移等影响，测量方法如下图（3）所示：

图（3）

4、现以图（2）所示的预应力钢绞线为列介绍北新高架桥的实际伸长值计算方法：
对于多束群锚式钢绞线我们采用分级群张法，图（2）中钢绞线为7束，采用1500KN千斤顶，根据不同应力下实测伸长值的量测，最后得出总伸长值及与设计伸长值的偏差（如下表），并且用与设计伸长值的偏差是否在±6%之内来校核。

预应力钢筋编号
理论伸长值(mm)
左端
右端
左端
右端
实测伸长值(mm)
伸长值偏差（%）
20%б控/50%б控
б控
50%б控/б控
1（1）
605
69/94
54/183
195
21/244
597.5
-1.24
1（2）
605
67/97
61/179
199
19/266
621.25
2.69
1（3）
605
63/91
58/181
197
18/239
597.5
-1.24
1（4）
605
65/98
51/178
198
22/238
595
-1.65

注：由于钢绞线右端伸长值大于200mm，千斤顶需要倒一次顶才能完成张拉，因此右端出现了在50%б控时的两个读数，分别表示在从初应力张拉到50%б控时的读数和千斤顶倒顶后张拉到50%б控时的读数。

三、问题与思考
经北新高架桥张拉实践发现，预应力钢筋的实际伸长值与理论伸长值之间有一定的误差，究其原因，主要有：预应力钢筋的实际弹性模量与计算时的取值不一致；千斤顶的拉力不准确；孔道的摩擦损失计算与实际不符；量测误差等。特别是弹性模量的取值是否正确，对伸长值的计算影响较大。必要时，预应力钢筋的弹性模量、锚圈口及孔道摩阻损失应通过试验测定，计算时予以调整。

[参考文献]
[1 ]《公路桥涵施工技术规范》.JTJ 041-2000.人民交通出版社

[2 ] 30m空心板先张法预应力张拉伸长量的计算与测定.李玉良，李民，高峰俊
[3 ]《预应力技术材料设备》.人民交通出版社