客运专线单箱双室简支箱梁预应力张拉计算

潘传喜

(中国葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北 宜昌 443002)

1 概述

汉孝城际铁路二标葛洲坝集团第五工程有限公司黄陂制梁场共承担单箱双室箱梁制造401孔，其中梁部结构32 m双线简支箱梁376孔，24 m跨25孔。32 m简支箱梁分为直线无声屏障型、曲线无声屏障、直线有声屏障、曲线有声屏障四种类型。箱梁跨度31.5 m，长度32.6 m。箱梁采用后张法施工工艺，张拉分为三个阶段:预张拉、初张拉和终张拉。

现以汉孝城际铁路二标黄陂制梁场GZHP31.5QW－006号曲线无声屏障箱梁中的具有计算代表性的N2b共2束钢束张拉计算为例进行浅析，箱梁在预初张拉时未进行管道摩阻调整，按设计提供摩阻参数进行计算，终张拉时已进行了摩阻调整，张拉计算按已调整的摩阻参数进行计算。

1)根据《汉孝城际施(桥参)－03－05》施工图中《箱梁张拉次序表》，箱梁张拉分为三个阶段:预张拉、初张拉和终张拉，N2b张拉顺序控制应力见表1。

表1 N2b张拉顺序控制应力表

2)根据《武汉城市圈简支梁技术交底会各梁场对图纸疑问的回复》中第一条“各梁场常见问题”的第1条的汉孝城际二恒值(见表2)。

表2 各梁场参数表

3)根据《汉孝城际施(桥参)－03－06》施工图中预应力钢筋数量表，结合二恒值，见N2b预应力钢筋数量表(见表3)。

表3 N2b预应力钢筋数量表

2 张拉计算参数

1)摩阻调整前张拉计算参数。依据《汉孝城际施(桥参)－03－01》，锚口及喇叭口损失按控制应力的6%计算，管道摩阻系数μ取 0.55，管道偏差系数 k 取 0.001 5。

2)摩阻调整后张拉计算参数。按照中铁第四勘察设计院集团有限公司《张拉力调整报告》，锚口及喇叭口损失按控制应力的5.5%计算，管道摩阻系数 μ 取0.473，管道偏差系数k取0.002。

3)自工具锚到箱梁喇叭口处的钢绞线计算长度，根据现场测量为0.6 m。

4)钢绞线弹模根据试验检测进行取值。

5)钢绞线分段计算长度“x”详见预、初、终张拉计算表。

3 预应力张拉计算简图

N2b索垂直腹板方向平弯大样图，N2b预应力钢束竖向大样如图1所示。

图1 N2b预应力张拉计算图

4 预、初张拉工艺要求

4.1 梁体强度要求

当梁体混凝土强度分别达到33.5 MPa，43.5 MPa的预、初张拉要求的强度时，即可进行预、初张拉作业。

4.2 张拉程序

预(初)张拉工艺流程:0→0.2σk(作伸长值标记、测千斤顶油缸伸长量、测工具锚夹片外露量)→预(初)张拉控制应力(测千斤顶油缸伸长值、测工具锚外露量、计算钢绞线伸长值，持荷5 min)→回油至0→锚固。

5 终张拉工艺要求

1)梁体强度、弹模值要求。

终张拉待梁体混凝土强度达到53.5 MPa及弹性模量达到35.5 GPa，且龄期不少于10 d后进行，而且梁端隔墙混凝土强度达到43.5 MPa，满足这四个条件才能终张拉。

2)张拉程序。

未张拉束:0→0.2σk(测量油缸伸长量，工具夹片外露量并记录)→σk(静停持荷5 min)→测伸长值(测量油缸伸长量、工具夹片外露量并记录，校核伸长值)→回油至零锚固。

已张拉束:0→σk1(测量油缸伸长量，工具夹片外露量)→σk(静停持荷5 min)→测伸长值(测量油缸伸长量、工具夹片外露量并记录，校核伸长值)→回油至零锚固。

注:σk1为预张拉设计应力，σk1=800 MPa;σk为终张拉控制应力，σk=1 285 MPa。

锚外控制应力=锚下控制应力/(1－锚口及喇叭口应力损失/控制应力)，在实际控制中以锚外张拉力进行应力控制计算，本计算中，锚口及喇叭口应力损失按控制应力的取值见第2条中的“张拉计算参数”。

3)本工程限位板槽深8.0 mm对应钢绞线直径15.2 mm，钢绞线直径每增加或减少0.1 mm，限位板槽深增加或减少0.4 mm。

4)N2a，2N2b预张拉理论计算伸长值见 GZHP31.5QW－006《黄陂制梁场梁预/初张拉理论伸长量计算表(摩阻调整前)》(见表4)。

表4 黄陂制梁场梁预/初张拉理论伸长量计算表(摩阻调整前)

6 实测及理论伸长值的计算

1)实测伸长值的计算。

a.钢束总伸长=汉端钢束伸长值+孝端钢束伸长值。b.汉(孝)端钢束伸长值=油缸伸长(控制)+工具夹片外露长度(控制)－油缸伸长(初始)－工具夹片外露长度(初始)。c.退锚时夹片回缩=限位板槽深－夹片外露量。d.分两次张拉的钢绞线束伸长值为:总伸长值=第一次张拉伸长值+第二次张拉伸长值－第一次张拉夹片回缩量。注:张拉中钢绞线伸长值的控制与张拉锚固后钢绞线实际伸长值含义的区别:张拉中伸长值与工具锚夹片外露量、管道摩阻、喇叭口与锚口摩阻有关;而锚固后钢绞线实际伸长值与工作锚夹片外露量、限位板槽深、管道摩阻、喇叭口与锚口摩阻等因素有关。

2)理论伸长值的计算。

a.钢绞线张拉伸长量按下式计算:钢束的施工理论伸长值按ΔL=PpL/Ay/Eg计算。其中，Pp=(P实－P0)(计算方法见下式);L为预应力筋的长度;Ay为预应力筋的截面面积，mm2;Eg为预应力筋的弹性模量，N/mm2;Pp=(P实－ P0)[1 － e－(kL+μα)]/(kL+μα)，P实为施工时张拉力，P0为初应力张拉时的力;P为预应力筋的张拉端的张拉力，N;e为自然对数底，e=2.718 28;L为从张拉端至计算截面的孔道长度，m;k为孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数;μ为预应力筋与孔道壁的摩擦系数;α为从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，rad。b.公式应用要求:用上式计算理论伸长值时，因采用两端张拉的施工方法，因此取半跨钢绞线长度计算，计算值乘以2即为总伸长值，注意加上工作锚至工具锚之间的伸长值。对多曲线段组成的曲线束，或直线段与曲线组成的折线束，分段计算，然后叠加。伸长值的允许偏差:预应力混凝土梁张拉质量实行“双控”，即以油表读数控制为主，实测伸长值作为校核。预应力筋实测伸长值偏差是与相应阶段的理论伸长值比较得出的，其偏差不允许超过理论计算伸长值的±6%。

3)2N2 b终张拉理论计算伸长值见GZHP31.5QW－006《黄陂制梁场终张拉理论伸长量计算表(摩阻调整后)》(见表5)。

表5 黄陂制梁场终张拉理论伸长量计算表(摩阻调整后)

7 施工效果

按照正确的张拉操作，张拉力满足设计要求，张拉两端不同步率(两端伸长值之差绝对值/两端伸长值之和)小于10%，张拉伸长值偏差(实测伸长值与理论伸长值之差/理论伸长值)小于6%，该计算结果与现场张拉结果偏差完全在允许范围之内。经本梁场国家生产许可证认证时GZHP31.5QW－006的梁体力学性能静载试验检测结果，GZHP31.5QW－006箱梁静活载挠跨比为:1/6 678 ＜1.05[(f设/L)]=1/4 615，满足设计要求。

[1] JTG TF50－2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[2] 《建筑施工手册》编写组.建筑施工手册[M].第4版.北京:中国建筑工业出版社，2003.

[3] 铁科技[2004]120号，客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件[S].

[4] TB 10002.3－2005，铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].