客运专线箱梁后张法钢绞线伸长值的计算分析

客运专线箱梁后张法钢绞线伸长值的计算分析
预应力技术作为客运专线箱梁后张法施工中的一项关键技术正在被深广的应用。以钢绞线作为桥梁工程大跨度桥梁施加预应力的载体，是目前普遍采用的材料和工艺。对钢绞线张拉预应力的施加和张拉力、钢绞线伸长量的量测计算，在相应的规范中都已有明确的规定，但在实际施工过程中对钢绞线实际伸长值的量测和理论伸长值计算，各家说法及做法均存在差异，这对规范中要求的预应力采用应力控制方法张拉时，应以伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸长值的差异应控制在6%以内，即（△L﹣△L理）/△L理≦6%的方法产生了一定的影响。针对上述问题，本文对客运专线箱梁后张法钢绞线实际伸长值的量测和理论伸长值的计算方法作出了一定的阐述和见解。
一、实际伸长值的确定
1．实际伸长值的量测及计算方法
预应力筋张拉前，应先调整到初应力0.2σcon，伸长值应从初应力开始量测。实际伸长值除张拉时量测的伸长值外，还应加上初应力时的推算伸长量，对于后张法混凝土结构在张拉过程中产生的弹性压缩量一般可省略。实际伸长值的量测采用测量千斤顶油缸行程数值的方法。但是，在钢绞线预应力张拉时，钢绞线的外露部分，大部分被锚具和千斤顶所包裹，钢绞线的张拉伸长量无法在钢绞线上直接测量，计算钢绞线的张拉实际伸长值时还应减掉钢绞线张拉全过程的夹片回缩量。
a:一般计算式为：
ΔL=ΔL1+ΔL2-b-c
式中:
ΔL1：为从初始拉力0.2σcon至张拉设计控制拉力1.0σcon间的千斤顶活塞的张拉行程；
ΔL2：为0至0.2σcon时的推算伸长值；
b：工具夹片回缩量；
c：工作夹片回缩量。
2. 钢绞线预应力张拉夹片回缩量的量测
钢绞线预应力张拉夹片回缩量在两个部位出现：即产生在张拉千斤顶使用的“工具锚”，和参与钢绞线预应力工作，将钢绞线锚固在混凝土中的“工作锚”部位。有的文献和产品说明书介绍了锚具的变形造成预应力钢筋的回缩值的参数，只可作为对锚具验收和施工控制的参考依据，具体计算还应以实测为准。
(1) 工具夹片回缩量的量测
在钢绞线开始张拉，当千斤顶张拉力，达到钢绞线张拉至初始拉力（设计控制拉力的20%），已把松弛的预应力钢绞线拉紧，此时应将千斤顶充分固定，精确量取工具夹片外露长度b1，当千斤顶张拉力，达到钢绞线预应力张拉设计控制拉力时，再量取工具夹片外露长度b2，工具夹片回缩量b= b1- b2。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，最少不得少于三根。此回缩的出现仅对张拉伸长值的计算有影响，对张拉力量测没有影响
(2)工作夹片回缩量的量测
目前钢绞线预应力张拉施工以使用YCW型液压千斤顶为主，该千斤顶与工作锚接触处，设有一块限制工作夹片在张拉过程位移的限位板，限位板与工作锚之间有一间隙，一般为6mm左右。钢绞线在张拉时工作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，工作夹片跟随收缩向锚环孔内位移，随即将钢绞线锚固，这就是工作夹片回缩的全过程。张拉完毕卸掉千斤顶后，在工作锚处测量工作夹片在锚杯处的外露长度C2，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，一般至少测量三处，千斤顶限位板凹槽深度已知为C1，则工作夹片回缩量C= C1- C2。
二、理论伸长值的计算
钢绞线预应力张拉施工设计控制张拉力，是指预应力张拉完成后钢绞线在锚夹具前的拉力。因此，在钢绞线预应力张拉理论伸长量计算时，应以钢绞线两头锚固点之间的距离作为钢绞线的计算长度，但在预应力张拉时钢绞线的控制张拉力是在千斤顶工具锚处控制的，故为控制和计算方便，一般以钢绞线两头锚固点之间的距离，再加上钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度，作为钢绞线预应力张拉理论伸长量的计算长度。后张法预应力筋理论伸长值的计算公式如下：
ΔL理= ×L/（ × ）
=P×[ ]/(KL+μθ)
式中：
ΔL理------预应力筋理论伸长值；mm
L------预应力筋的长度;mm
------预应力筋的平均张拉力；N
X------从张拉端至计算端截面孔道长度；m
------预应力筋截面面积；
------预应力筋弹性模量；MPa
P------预应力筋张拉端的张拉力；N
θ------从张拉端至计算端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，取0.0015；
μ-----预应力筋与孔道的摩擦系数，对塑料波纹管取0.14～0.17.
三、 注意事项
1．钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度的确定
钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度，一般是指在张拉千斤顶装入钢绞线后，从工具锚锚杯中心至预应力混凝土工作锚锚杯中心的距离，注意丈量时应将千斤顶安装好，装入钢绞线，基本打紧夹片，启动油泵，开始加油，在千斤顶活塞启动，即油压表指针闪动的瞬间即刻关闭加油阀，此时丈量工具锚锚杯中心至预应力混凝土工作锚锚杯中心的距离，即可确定为钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度。有人直接丈量千斤顶的身长，作为钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度，笔者认为是错误的，因为一般千斤顶开启加油阀后活塞都是在活塞伸出千斤顶体外一段距离后才开始受力，且千斤顶在一般状态下活塞都是伸出千斤顶体外有一段距离的。
2．钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度在预应力钢绞线张拉伸长值计算中的应用
一般在预应力张拉时，原始记录中的伸长值，都是按千斤顶活塞的行程距离记录的，按此计算的钢绞线实测伸长值，是预应力混凝土中工作锚之前的钢绞线伸长值加钢绞线在张拉千斤顶中工作长度的伸长值之和，不是钢绞线纯在混凝土中工作长度的张拉伸长值，故在计算钢绞线张拉伸长值及张拉伸长率误差时应注意以下几个问题：
（1）、计算预应力钢绞线理论伸长值时，若预应力钢绞线的计算长度已包括钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度，就可直接用此计算的预应力钢绞线理论伸长值与按原始记录中数据计算的实测伸长值比较，来计算预应力钢绞线张拉伸长率误差。这是施工中常用的方法。
（2）、计算预应力钢绞线理论伸长值时，若预应力钢绞线的计算长度不包括钢绞线在张拉千斤顶中工作长度，在按原始记录中数据计算出实测伸长值后，还应减钢绞线在张拉千斤顶中工作长度的伸长值，然后才能按此伸长值与预应力钢绞线理论伸长值比较，去计算预应力钢绞线张拉伸长率误差。
四、在预应力施工中，对钢绞线伸长值的量测记录和计算尤为重要。采用上述方法量测和计算的实际伸长值和理论伸长值在进行校核时其误差均不超过6%，符合规范的要求。但预应力施工中仍有许多现象难以准确分析，还需不断的摸索和总结。