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预应力束实测伸长量与理论伸长量偏差的探讨

摘 要：分析预应力束在张拉过程中实测伸长量与理论伸长量偏差的
原因，并提出施工中应采取的措施。
关键词：预应力 张拉 伸长量
1 前言
根据《公路桥涵施工技术规范》的要求，预应力筋采用应力控制方法
张拉时，应以伸长量进行校核，实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在6%以内，然而在实际施工中，由于各种因素的影响，往往出现实测伸长量超限的现象，尤其是预应力短束更为明显。因此应找出产生这种现象的原因，正确进行预应力筋的张拉控制，使砼结构中建立满足设计要求的预应力体系，确保桥梁结构的使用寿命。
2 产生偏差的原因分析
2.1 理论伸长量计算偏差
根据《公路桥涵施工技术规范》，钢铰线的理论伸长量为：
△ L＝Pp×L/（Ap×Ep）
其中：Pp=P×[1-e-(kx+μθ)]/ (kx+μθ)
可见k、μ、Ap、Ep取值与实际情况是否一致，直接影响理论伸长量的
准确性。孔道偏差系数k及摩擦系数μ受施工质量控制情况影响较大，施工质量高k、μ值较小，施工质量控制质量差则k、μ值相对要大，同时管道内有杂物、管道被振捣棒碰撞变形、管道锈蚀严重等均会对其产生影响，致使计算时k、μ取值与实际情况往往会有所偏差，影响理论伸长量的准确性。
预应力钢铰线的截面积Ap一般在计算时采用公称面积，但各生产厂家控制的误差也各不相同，常常由于正偏差或负偏差会使实际Ap值与公称面积相差2%左右。弹性模量Ep在计算伸长量时应取其实测值，但测试数据也不尽相同（见表一），计算时一般取其平均值，而且同一批或同一盘钢铰线也存在一定的差异，该差值的大小主要取决于生产厂家的质量控制水平，因此计算理论伸长量与其实际理论伸长量之间总存在偏差。
钢铰线Ep和 Ap实测表 表一
批次
弹性模量Ep（N/mm2）
最大偏差
截面积Ap（mm2）
平均值与公称面积偏差(%)
实测值
平均
(%)
实测值
平均
1
2.017
1.975
1.982
1.991
1.3
142.24
142.06
142.12
142.14
1.5
2
1.927
1.915
1.962
1.935
1.4
142.40
142.34
142.12
142.29
1.6
3
2.019
1.975
2.016
2.003
1.3
142.36
142.44
142.34
142.38
1.7
4
1.98
1.88
1.93
1.93
2.6
142.68
142.59
142.73
142.67
1.9
5
2.044
1.968
1.987
2.0
2.2
142.62
142.49
142.58
142.56
1.8
6
1.976
2.019
1.930
1.975
2.3
142.62
142.34
142.48
142.48
1.8
7
1.900
1.920
1.950
1.923
1.4
142.39
142.68
142.29
142.45
1.8
8
2.020
1.990
2.030
2.013
1.1
141.65
141.74
141.99
141.79
1.3
注:1.表中为CD金属制品有限公司生产的φj15.24钢铰线,公称截面积为140 mm2
2.表中Ep最大偏差是指实测值与平均值的最大偏差百分率。
2.2 千斤顶安装引起的偏差
在锚垫板的周围一般均有预留钢筋，在安装千斤顶时，一般要将钢筋搬开，但若施工操作人员不注意，使钢筋与千顶相顶撞或者有杂物影响，使其不能安装到位，造成δ宽的缝隙，在张拉初应力时由于力相对较小，不能使其消除，待张拉力增大到一定程度，该缝隙就会消失，在量测伸长量时自然将该值量入其中，使得实测伸长量偏大。
2.3 砼压缩变形及锚具内缩
在预应力筋张拉过程中，砼构件在施加力的作用下发生压缩变形δ1，同时工作锚或工具锚发生内缩δ2，我们在实测得伸长量中已包含了此部分。虽然砼压缩变形和锚具内缩值并不大，在长束中所占的比例较小，但在束长小于10米的构件中，将占到相当大的比例。故在张拉短束预应力筋时，实测伸长量常常大于理论伸长值的较多。
2.4 千斤顶标定情况
在预应力筋张拉前，千斤顶与油表要配套标定，但标定人员在标定操作时同样会产生误差，而且标定油压较高时，表针一般会摆动，摆动程度与表的质量有关，因摆动使标定结果产生偏差，从而影响张拉控制力的准确性，使实测伸长量发生偏差。
2.5 油表读数及伸长值量测误差
伸长量量测从预应力束张拉至初应力时开始，此时所测得的数值不仅
要用于初应力至控制应力伸长量的计算，还用于初应力时的伸长量推算。如果初应力时油表读数控制不准，则量测的伸长值也有所偏差，或者油表读数控制较好，但量测人员量测不准，都会造成初应力时量测值偏差△l，而该偏差将会对实测伸长量造成2△l的影响。
当张拉力较大时，由于油压增高，油压表指针可能摆动，致使张拉控制力不准，影响实测伸长量的准确性。
3 施工控制措施
3.1 综合以上种种原因，虽然有些因素造成的偏差并不大，但对于预应力短束来说，影响却非常大，如10m长预应力束按直线配筋其理论伸长量为72mm(根据Ep不同而略有差别)，其允许偏差仅为4mm，所以实测伸长量很容易超限。针对此问题，笔者建议对小于10m的预应力短束在保证管道畅通的情况下，可只控制张拉应力，伸长量仅做参考。

3.2 应加强对波纹管质量的控制，根据设计图纸要求的直径选用相应壁厚和波纹高度的波纹管，且波纹管应具有较好的径向刚度和抗弯曲渗漏性能。预应力管道固定要牢固，位置准确，应特别加强对预应力管道的检查。砼浇筑时应尽量避免振捣棒碰撞管道，若管道较密时，可用导管辅助插入振捣棒振捣。在穿束前应将管道清理干净。
3.3 钢铰线应选择质量稳定的生产厂家，并注意做好钢铰线的防护工作。
3.4 对预应力施工的每道工序一定要有专人把关，认真检查千斤顶的安装情况，避免非应力附加伸长量的产生。
3.5 要购买质量好的油压表，尽量避免张拉时油表指针的摆动。张拉时应控制好送油速度，避免油表读数上升太快不易控制准确，尽量使各级应力及量测伸长值准确。
4 结束语
预应力伸长量所受的影响因素较多，但施工控制质量是影响实测伸长量的主要原因，施工中应建立可靠的施工质量保证体系，并加强对施工操作人员的培训，避免人员的频繁更换。同时施工中应灵活掌握，确保构件中预应力的有效建立。