连续梁预应力钢绞线施工伸长值的计算和控制

魏 凤

(中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司， 福建 福州 350000)

0 引言

作为连续梁悬浇法施工的关键工序，预应力钢绞线施工质量直接影响连续梁的结构安全。近几年来，连续梁工程由于预应力钢绞线施工出现的问题，造成桥梁结构满足不了设计要求而返工的质量事故屡屡发生。本文结合福平铁路古槐特大桥连续梁施工，从预应力钢绞线理论伸长值计算、张拉施工控制及伸长值量测等方面进行探讨论述，分析总结施工技术要点，确保预应力施工质量满足设计要求。

1 工程概况

福平铁路古槐特大桥跨越规划路主梁采用（32+48+32）m连续梁，梁体设计为单箱室、变高度、变截面结构，梁顶宽度 12.6m，梁体全长 113.1m，梁体按全预应力结构设计，梁体顶，腹板纵向预应力钢束采用12-15.2钢绞线，OVM15-12锚具锚固；在梁体底板纵向预应力钢束采用15-15.2钢绞线，OVM15-15锚具锚固。梁体横向预应力钢束采用5-15.2钢绞线，配套扁锚锚固；梁体竖向采用φ32PSB830螺纹钢筋[1]。

2 伸长值计算

连续梁设计图纸中通常会提供钢绞线的理论伸长值，而这些伸长值是根据预先设定的锚口及喇叭口损失、管道偏差系数、管道摩阻系数和理论钢绞线弹性模量计算出来的，然而在实际施工过程中由于预应力束筋的类型、表面特征、孔道定位、管道的接头质量及波纹管的偏差大小、弯道位置及角度等因素均会影响理论伸长值的计算，且设计提供的伸长值并未考虑张拉工作长度的伸长值；因此在工程实际中，需要结合实测的钢绞线弹性模量及经过现场试验确定的喇叭口损失、管道摩阻系数来重新计算钢绞线的理论伸长值。

根据《铁路混凝土工程施工技术指南》附录C要求，对于由多个直线段和曲线段组成的预应力筋，应分段计算每个直线段和曲线段钢绞线的伸长值后再进行累加，而任意直线段或曲线段的预应力筋伸长值[2]按照下列公式进行计算：

在此以本工程连续梁 3#块腹板束F4#为例计算在其控制张拉应力下的理论伸长值，本桥理论伸长值计算根据以上公式（1）、（2）建立EXCEL表格量进行自动计算，从而减少手工计算工作量，并且可提供计算的准确度。见表1：

图1 钢束分段

表1 F4#纵向钢绞线理论伸长量计算过程

3 预应力施工

3.1 预应力设备选用

本桥最大钢束为梁体底板束采用 15-15.2钢绞线，设计锚下张拉控制应力为1320MPa，则张拉锚外控制力为 15×140×1320/（1-0.06）=2949KN(设计)，根据规定，一般以预应力钢绞线张拉力的1.2～1.5倍来选用千斤顶，故本桥采用额定张拉力为4000KN的千斤顶，最大行程20cm，并配套选用ZB4/600型电动高压油泵；选用耐震精密压力表，精度为0.4级，最小刻度值不大于1MPa。

预应力张拉所用的张拉设备和仪表采用专人使用和管理，并定期维护。千斤顶和压力表应配套使用并定期校验。张拉机具应与锚具配套使用，并应在进场时进行检查和校验，对长期不使用的机具设备应在使用前进行全面的检查和校验。千斤顶和压力表在校验标定后必须按照标定配套使用，严禁混用[3]。

张拉时，应根据千斤顶和压力表配套校验的报告计算出张拉控制应力及初始应力对应的油压表读数，以指导施工。

3.2 预应力张拉

设计图纸要求悬浇梁段预应力筋张拉应在梁体混凝土强度达到设计值的90%、弹性模量达到设计值的90%及混凝土龄期达到7天后，才能进行张拉施工[1]。张拉时采用两端同步张拉，张拉顺序为从外向内左右对称进行。

张拉程序：0→20%δ→40%δ→100%δ (持荷5min)→锚固

张拉应力控制：为确保张拉至初始应力时预应力钢绞线处于紧绷状态，本桥张拉初始应力按照20%δ控制（δ为设计控制应力）。张拉时，控制应力的实现是以油压表的读数间接量测出来的，所以在张拉前应先根据最新标定校准报告计算出相应张拉力时所对应的油表数据，F4#钢束张拉控制油表读数见表2：

张拉作业施工时，要保持两端张拉同步进行，并保持两端的钢绞线伸长值基本一致。当油表达到张拉力后，停止张拉，关闭主油缸油，并持荷5min，测量钢绞线伸长量加以校核。在持荷5min以后，若拉力值有下降，须补油张拉至设计拉力的，确保张拉力满足设计要求。

表2 F4#钢绞线张拉油表数据

3.3 实际伸长量量测

张拉时钢绞线伸长值量测采用测量千斤顶活塞顶程的方法，在张拉至20%δ、40%δ、100%δ时分别量测千斤顶的活塞顶伸值为L1、L2、L3并做好记录，钢绞线的伸长值量测从20%δ开始，而0～20%δ段实际伸长量无法测量，只能通过20%δ～40%δ推算的伸长值作为20%δ前的伸长量，因此在张拉至20%、40%时的油压表读数及伸长量量测必须精确，否则会影响最终伸长率。

实测单端伸长值为ΔL1=L3-L2+2*（L2-L1）

同时由于工具夹片张拉前是通过作业人员敲紧后进行张拉，夹片与锚垫板未完全锚固，所以在张拉受力过程中，工具夹片会随钢绞线的张拉向内滑动回缩，所以每次量测伸长量时需量测工具夹片的外露长度，测量夹片外露长度时应量测钢束每个夹片外露长度后取平均值，然后计算确定工具锚夹片回缩量ΔL2，根据现场实测统计工具锚夹片单端回缩值为3mm。

3.4 伸长率计算

以上分析，两端张拉实测伸长值为ΔL=（ΔL1-ΔL2）*2，同时计算伸长率：伸长率=（实测伸长值-理论伸长值）/理论伸长值，其值不得大于±6%，如果伸长率超标，应暂停施工并分析原因。现场实测F4#钢绞线张拉记录见表3：

表3 预应力钢绞线张拉记录表

4 应力损失措施及伸长量偏差分析

4.1 工作锚夹片回缩应力损失控制

本桥张拉采用 YCW400A-200型穿心式千斤顶，为限制工作锚夹片在张拉过程中随钢绞线的拉伸而不断向后移动，需在千斤顶与工作锚之间设置限位板来控制夹片位移，而在钢绞线张拉至设计控制张拉力后，回油放松时，工作锚夹片又会随钢绞线收缩向锚垫板孔内位移，从而将钢绞线锚固，这就是工作锚夹片回缩的全过程。因此在张拉至控制应力后回油锚固时，随着工作锚夹片的回缩，锚下应力会相应的损失，造成锚下应力达不到设计要求，需采取措施进行补张拉补足应力值。

本工程在张拉前，首先量取了限位板凹槽深度为6mm（见图1），张拉完成卸掉千斤顶后，量取工作锚夹片的外露长度为3mm（见图2），从而确定工作锚夹片回缩量为3mm[4]。因此张拉过程中在持荷完毕并量取完伸长量后，再将钢绞线补张拉长，其拉长值为单端夹片的回缩量值，从而满足锚固应力满足设计锚下应力值。

图1：限位板凹槽深度

图2：工作锚夹片外露长度

4.2 伸长值存在偏差分析

预应力钢绞线施工质量以张拉力控制为主，伸长值进行校核，伸长率偏差不得大于±6%，现场施工过程中也存在伸长率超标的的现象，根据现场情况分析原因并总结如下：

（1）理论伸长量计算时，未采用实测的钢绞线参数及试验确定的孔道摩阻等参数进行计算，且未考虑张拉工作长度的伸长量。

（2）张拉千斤顶和油表未配套使用或者未按规定要求进行校核或出现故障未重新校核。

（3）张拉过程中两端张拉未同步张拉，张拉操作不规范，两端伸长量相差较大。

（4）伸长量量测时方法不正确，读数误差。

6 总结

通过对本工程预应力钢绞线从理论伸长值计算、张拉控制、实际伸长量量测及夹片回缩量等进行系统分析和研究，确保了本工程的预应力钢绞线施工质量满足设计要求，为本项目后续悬浇法连续梁预应力施工提供借鉴。

[1]《新建铁路福州至平潭铁路新建工程施工图（32+48+32）m连续梁（桥面宽12.6m）》福平施（桥）参-15 铁四院

[2]《铁路混凝土工程施工技术指南》 铁建设（2010）241号

[3]连 伟 现浇预应力混凝土连续箱梁桥施工技术总结 建筑知识 2010年S2期

[4]张相玺 预应力张拉伸长值及夹片回缩量量测浅析 黑龙江科技信息2008年23期