预应力束伸长值偏差分析

肖福春，鲁信旺

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 芜湖 241000 ）

预应力施工通常以张拉应力控制为主，以伸长值控制为辅。虽伸长值为辅助控制措施，但其与理论计算值之间的偏差很好地反映了预应力是否有效施工。预应力伸长值受预应力束材料性能、预应力孔道成型方式、张拉设备及配套组件、有效预应力及人为操作等方面的影响。这些影响因素在施工过程中，应进行针对性的跟踪记录和分析，以减小和避免各类影响因素的影响，修整理论伸长值计算值，提升预应力束有效应力控制，减小实际伸长值与理论伸长值之间的偏差。

1 理论伸长值

根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）公式7.6.3-1，预应力束的理论伸长值：

根据根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）公式C1，预应力束平均张拉力：

综上，预应力束的理论伸长值受预应力束材料、预应力管道成型方式、预应力束线型等影响，即

式中：AP为预应力束截面面积，mm2；EP为弹性模量，N/mm2；θ为从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，rad；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；L为预应力总长度，mm；x为从张拉端至计算截面的孔道长度，m。

这些数值均在设计文件中明确表示：k值和μ值的实际值与设计值一般存在偏差，k值和μ值主要受孔道成型材料影响。实际施工中，应在首次预应力施工时，取有代表性的预应力束进行孔道摩阻试验，通过试验修正k值和μ值，并与设计采用的计算值进行比对，调整理论计算伸长值，减小理论伸长值与实际值之间的偏差。

预应力材料进场时，应检测材料截面面积及弹性模量，并应根据实测值修正理论伸长值，材料实际的弹性模量通常与设计计算采用的值不一致，材料的影响在复核计算过程中较容易忽视。

如施工中预应力束张拉需计入锚圈口预应力损失时，施加的预应力可比设计规定值增加5%，锚圈口损失值宜通过孔口摩阻试验确定，以提高锚下预应力与理论值的一致性。

根据试验或者材料报告对计算采用的AP、EP、k、μ等影响预应力束理论伸长值的数据进行调整，重新复核预应力束理论伸长值，并以核算的结果作为理论伸长值。

2 有效预应力

预应力束伸长值与有效预应力值成正比，有效预应力受孔口摩阻、孔道摩阻、预应力束材料、结构自身性能、环境温度、张拉设备及工艺等影响。施加预应力时，通常不考虑结构自身性能、环境温度等的影响，但应考虑孔口摩阻、孔道摩阻、预应力束材料、张拉设备及工艺的影响。

孔口摩阻和孔道摩阻可通过试验确定，预应力束理论伸长值计算时可予以考虑；预应力张拉力应以锚下应力控制，应扣除孔口摩阻影响。

预应力施工完成后，钢绞线切割前，可以采用下述检测方案检测锚下有效应力值，检测预应力束施加的有效预应力，该检测方案为山西省交通科学研究院专利方案。有效预应力测量方案示意图如图1所示。

图1 有效预应力测量方案示意图

3 预应力施工影响

预应力施工过程影响预应力束伸长值的因素主要包括顶内伸长值、锚夹具回缩量、工具锚夹具回缩量、预应力施加偏差、千斤顶伸长值测量偏差等因素。

预应力施工采用的设备主要包括油泵、千斤顶、限位板、工具锚夹具等。预应力张拉时，锚垫板至工具夹片之间的安装顺序一般为锚垫板→锚具→夹片→限位板→千斤顶→工具锚→工具夹片。夹片在张拉和锚固状态下的示意图如图2所示。

图2 夹片在张拉和锚固状态下的示意图

预应力施加过程中，限位板对张拉作业起到较关键作用，限位板设置的槽口深度应根据夹片和锚具生产厂家指导的数值进行加工，一般槽口深度为6～8mm。限位板的槽口过浅，会增大钢绞线在张拉过程中与夹片之间的摩擦力，造成预应力束钢绞线表面磨损，降低施加传递到预应力筋内的预应力；限位板槽口过深，千斤顶卸载过程中，钢绞线与夹片之间摩擦力不足，钢绞线与夹片不能同步回缩，造成钢绞线实际伸长值比测量的伸长值小，从而减小了预应力束的实际预应力。限位板加工应根据锚夹具定制，并在使用过程中加强检查，如槽口深度超出了允许值，应及时更换。限位板的使用，使得夹片在张拉过程中与限位板紧贴，在千斤顶卸载后与锚具紧贴，也正因这个过程，钢绞线的实际生产值，较张拉时测量的伸长值偏小，在伸长值计算时，应扣除该部分伸长值。单端张拉时，该伸长值为限位板槽口深度值（mm）减去锚固时夹片外露值（mm），两端张拉时，应考虑两倍。因锚夹具在初应力施加后的变形量较小，上述伸长值通常与规范中规定的锚具回缩量值一致。

锚具与工具夹片之间的钢绞线伸长值在张拉过程中计入了测量值中，在计算预应力束伸长值时，应扣除该部分伸长值，该部分生产值可根据式（1）计算得出，其中L为顶内预应力束总长度。该长度主要包括千斤顶的长度、工具锚的厚度、限位板的厚度三部分，如采用支撑装置的，还应考虑支撑装置内的长度。

预应力束张拉宜整束张拉，可保证整束预应力筋受力基本一致，有效控制预应力束断面内钢绞线预应力不均匀度。如孔道内钢绞线再张拉过程中互不干扰的，可进行单根张拉，采用逐根张拉工艺的，宜从中间钢绞线开始张拉，逐根向外张拉，张拉时，为确保安全，预应力束两端宜交替分级进行张拉，每根钢绞线张拉至控制应力时，均应持荷5min。采用逐根张拉工艺的，伸长值测量宜采用油漆标记测得，即初应力（如10%）张拉完成后，在夹片与锚具解除位置喷涂油漆，在预应力张拉完成后，测量标记位置与锚具间间距L来换算实际伸长值（如初应力为10%，则该预应力束伸长值为L/0.9），可有效减小单孔张拉伸长值测量偏差较大的问题。

张拉使用的设备应根据规范要求进行标定，对应的油表或传感器应单独定期标定。张拉千斤顶额定张拉力应为控制张拉力的1.5倍，不得小于1.2倍。千斤顶与油表或传感器应一一对应，对应的张拉应力数据应粘贴于对应的油表上，采用数控张拉设备的应输入系统内。预应力张拉时，应保证孔道、锚具千斤顶同心，张拉过程应缓慢、对称、同步，分级进行，两端伸长值、应力和持荷时间应保持一致。

4 伸长值偏差降低措施

根据材料性质、预应力束线型、孔道偏差系数和孔道摩阻系数等复核设计伸长值，降低设计伸长值与实际值之间的偏差。

孔道成型材料应能满足施工需要，不应在施工过程中出现变形、挤压破坏等。预应力束应选择低松弛的预应力材料，每批次预应力材料进场时，均应重点检查预应力弹性模量，并与设计采用的值进行比对，修正理论值。钢绞线应妥善保存，上盖下垫，避免夹片和钢绞线生锈，以免夹片锚固性能降低。

孔道相关的θ值受孔道定位影响，在孔道定位时，应严格按照设计图纸给出的线型进行定位，该曲线变化区域的定位钢筋应进行加密，定位筋间距不宜超过40cm，孔道定位偏差宜控制在1cm以下。孔道布置时，如与钢筋和预埋件发生冲突，应进行避让，保证孔道线型与设计一致。

根据孔口摩阻大小，调整施加的预应力，保证锚下应力值与计算值一致。

限位板使用与锚夹具的配套厂品，并定期检查，及时跟换不符合要求的限位板。

严格控制张拉应力，宜采用数控张拉设备，各阶段应力施加时，持荷时间不宜小于5min。定期标定千斤顶和油压表（传感器），油压表应采用0.4级表，传感器的精度应达到0.1MPa。

张拉宜选择两端对称张拉工艺，并在张拉过程中保持两端应力一致，单一端空间不足时，应采用单顶补张拉至控制应力。预应力伸长值测量时，应安排专人测量，使用钢尺测量，测量部位应保持一致。

5 结语

预应力束张拉施工过程中，伸长值常出现偏差，在发现偏差时，应充分考虑上述因素的影响，以减小实际值与设计值的偏差，并在施工过程中跟踪解决。虽然规范中伸长值与设计值的偏差允许范围为±6%，但在实际施工过程中，应尽量排除各类影响因素的影响，减小偏差范围，以期预应力伸长值与设计值（或复核的设计值）一致。