运用HintCAD系统模拟钢束布设且精算预应力损失及理论伸长量

贺香宝

（江西有色工程有限公司，江西 南昌 3300038）

从上世纪70年代预应力技术引入国内以来，以其独具的受力优势和经济效益得到广泛运用，尤其在桥梁工程和大跨度空间结构中。且预应力体系能改善混凝土材料性能，在使用阶段混凝土材料由脆性材料成为弹性材料，提高混凝土材料延性，改善混凝土结构的耐久性[2]。

无论是体内预应力还是体外预应力体系，钢束的安装位置精度是预应力体系质量保证的重要环节，准确的定位能减少混凝土的预应力损失，预应力受力路径连续光滑。

预应力损失及理论伸长量一般按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）附录G-8表中的预应力筋平均张拉力计算公式，普遍工程技术员通常采用公式（一）以直线与曲线合算的方法计算平均张拉力。笔者以为附录中公式适用于曲线段，而小注中的PP=P的公式适用于直线段，且直线段与曲线段应采用分段计算。并分段计算预应力损失推出每段的终点张拉力作为下一段的张拉力。采用HintCAD道路设计软件模拟钢束并计算导出直曲参数表和逐桩坐标表能指导施工并减少预应力损失和伸长量手算强度。尤其是多段连续曲线非对称布束时。

1 运用HintCAD系统模拟钢束布设

HintCAD系统是道路设计软件，以其适合中国工程师的设计思路且易学易懂与国外同类软件分庭抗礼。

钢束是混凝土体内一条光滑连续曲线，与道路设计中的主线具有相同的特性，因此钢束位置的竖直面位置与路线平面位置一样。以梁底为X轴，以竖向为Y轴，以张拉端为原点建立坐标系。钢束的各个位置就相当于公路平面图中的中线逐个桩号。

一般预应力钢束为直线、曲线相连的形式布置，而且大多左右对称。设计图只提供张拉端的坐标，曲线起点、终点的坐标和曲线半径等参数，少量设计图纸会提供曲线交点坐标。如果提供转角交点可直接输入，如果没有可在CAD中找出交点坐标后输入HintCAD中的主线平面设计选项中。

2 HintCAD系统参数成果输出

交点坐标和曲线半径输完后，点击计算绘图，在HintCAD绘图区内出现一条与设计图纸中相同的钢束布置曲线，同时会标注起点、直圆点、圆直点、曲线半径、曲线长和各点桩号等。运用设计导向建立桩号控制文件等四个中间文件。输出各逐桩坐标，注意按每隔2m或5m桩号输出，以施工控制定桩号间距。一般直线段为4m～6m，曲线段适当加密为2m。输出的逐桩坐标在安装钢束时能精确地定位,并能精确地确定特征点的位置。

同时打开HintCAD中的表格输出菜单，点击输出直曲表选项以导出钢束的分段长度、偏角等参数。

3 钢束参数导入编制的EXCEL程序分段计算预应力及理论伸长量

预应力损失和伸长量包括瞬间损失和长期损失，长期损失是由混凝土徐变引起，计算相当复杂，且涉及因素很多。本计算为瞬时损失和瞬时伸长量。预应力瞬时损失主要为长度效应、曲率效应和锚具压缩量三个因素。因锚具压缩量可通过试验确定。

按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2200）附录G-8预应力筋平均张拉力的计算公式应用，普遍技术人员采用按直线段和曲线段合并输入附录G-8中的公式，计算整段平均张拉力。把长度效应与曲率效应叠加考虑的平均算法。但附录中的小注标明“当预应力筋为直线时PP=P”，式中PP为预应力平均张拉力，P为张拉端的张拉力。注明中应理解为在直线段预应力没有损失。因此把直线与曲线合并计算的方法只能理解为简化的平均计算。

笔者认为应按附录G-8中的平均张拉力公式并结合小注中的PP=P公式，按直线段和曲线段分段计算，更能符合预应力损失的本质。

为了解决繁杂的手工计算，根据附录G-8中的两个公式编制EXCEL计算小程序。

PP=P（1-e-（Kx+μθ））/（Kx+μθ）（桥涵规范公式）[1]曲线段计算；

PP=P （桥涵规范附录G-8中小注说明公式）[1]直线段计算；

预应力曲线终点张拉力 Pn=P*e-（Kx+μθ），直线段终点张拉力Pn=P；

按分段终点张拉力套用单向拉伸长度计算公式Δ=Pnl/EA；

以上公式含义见《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2200）附录G-8。

4 实例应用

根据HintCAD导出钢束的直曲表参数和编制的EXCEL表格程序就可以方便地计算预应力筋的预应力损失和各段的理论伸长量。

福建省南安（金淘）至厦门高速公路泉州段A6合同段桥梁上部结构均采用后张法30m预应力T梁。边跨梁钢束按左右非对称布置，笔者采用HintCAD系统模拟钢束并导出直曲参数表，并把直曲表中的分段参数导入EXCEL程序中实现分段计算预应力损失和理论伸长量。并与桥梁博士3.0软件计算结果一致。

图1 HintCAD钢束系统模拟

表1 预应力钢绞线张拉理论伸长量计算

HintCAD钢束模拟图、直曲表，分段计算结果见图1、表1。

5 结语

准确地安装预应力钢束和计算预应力筋伸长量是预应力体系质量保证的重要环节，通常设计图纸只提供特征点的参数，准确地计算各点的参数相当烦碎，尤其是非对称多段连续光滑曲线时。运用道路设计HintCAD系统模拟钢束布设能精确计算且导出各点的坐标，偏角等参数（EXCEL文挡）。编制EXCEL小程序且套用HintCAD系统导出的直曲表（EXCEL）文件能实现全过程程序化分段精确计算预应力损失及理论伸长量，省去复杂的手工计算。运用道路设计HintCAD系统模拟钢束布设及参数计算套用是笔者的首次尝试，通过实例反复验算并与桥梁博士3.0互算结果一致。