后张有粘结预应力梁张拉伸长量计算与测试

黄 亚， 徐长武

(1.湖北华祥建设工程质量检测有限公司,湖北 武汉 430034； 2.武汉洪东方建设工程质量检测有限公司,湖北 武汉 430070)

随着社会经济的发展以及房屋使用功能的需要，大跨度结构得到广泛应用，预应力混凝土梁的使用可以较大程度上减少竖向构件的布置，增大内部使用空间，便于内部最大程度的安排使用功能。预应力混凝土梁通过钢束张拉提高其抗裂能力，减小其跨中挠度，所以钢束张拉效果直接影响其正常使用，在钢束张拉施工过程中通过检测手段对判定钢束张拉效果显得尤为重要。

1 工程概况

某大学实训综合大楼,采用钢筋混凝土框架结构体系,因大空间使用功能要求,在大楼顶层采用18 m单跨和15.2 m与18 m组合双跨后张有粘结预应力混凝土梁,公称面积Ap为140 mm2。混凝土强度等级为C40,预应力钢绞线采用8φ15.2-1860级高强度低松弛钢绞线[1],其基本线形均为四段抛物线形,钢绞线弹性模量Ep为195 GPa,预埋管道采用金属波纹管。预应力筋采用一端张拉方式,张拉控制应力σcon为1 395 MPa。为验证设计的合理性和施工的可靠性,需对预应力张拉效果进行评定,同时设计文件要求张拉时，以张拉应力控制,实测伸长值校核。

《混凝土结构设计规范》[2]中对于预埋金属波纹管和钢绞线之间的K值和μ值依次为0.001 5和0.25,然而金属波纹管的实际布管线形影响其与钢绞线之间的μ值,为更好地计算理论伸长量并与实际伸长量进行对比,本次理论伸长量中的μ值采用实测数据确定。

现场采用两端布置荷载传感器的方式对双跨预应力混凝土梁进行一端张拉试验,由两个传感器显示力值确定μ值,拆除荷载传感器后,对预应力梁采用一端张拉至控制应力,通过测定张拉端部件的变形量确定钢束实际伸长量。

2 孔道摩擦系数μ值检测

试验装置见图1所示,穿心压力传感器量程为6 500 kN,精度1 kN,千斤顶量程为5 000 kN,精度0.1 MPa。千斤顶力值达到控制应力时,分别记录张拉端和锚固端传感器数据为N1和N2,试验采用一端锚固一端张拉的分级加卸载方式,分级荷载依次为0%σcon→10%σcon→20%σcon→50%σcon→80%σcon→100%σcon→50%σcon→0%σcon,试验循环进行3次,确定μ值平均值μ1,之后调换张拉端和锚固端,同上述方法循环进行3次确定μ值平均值μ2,最后取μ1和μ2的平均值。预应力筋与孔道壁的摩擦系数μ值[3]：

(1)

图1 双跨预应力梁钢束张拉装置示意图(单位：mm)

3 实际伸长量检测

试验装置见图2所示,千斤顶量程为5 000 kN,精度0.1 MPa。试验采用一端锚固一端张拉的分级加卸载方式,分级荷载依次为0%σcon→10%σcon→20%σcon→50%σcon→80%σcon→100%σcon→50%σcon→0%σcon。不同荷载下位移测试量见表1所示。

预应力筋实际伸长量ΔL：

ΔL=ΔL10-100+ΔL0-10-ΔLf-a

(2)

图2 钢束实际伸长量试验装置

表1 不同荷载下位移测试量

4 理论伸长量计算

本工程预应力筋为多曲线段与直线段组成的曲线预应力筋,张拉理论伸长量分段计算后叠加。

(3)

σi+1=σi×e-(μθi+kLi)

(4)

式中：ΔLp为整段钢束达到控制应力时的理论伸长量,mm;σi+1为钢束计算段远离张拉端应力,MPa;σi为钢束计算段靠近张拉端应力,MPa;Li为钢束计算段长度,m,即Li=Ri×θi(Ri为曲线钢束计算段对应的半径,m;θi为曲线钢束计算段对应的中心角弧度,rad)(见图1所示)。

5 结果及分析

5.1 孔道摩擦系数μ值

通过表2可知,孔道实测摩擦系数μ均值为0.264,与规范[3]中的μ值范围接近,表明金属波纹管和钢束的布置符合设计坐标要求,钢束在金属波纹管内的摩擦损失满足规范要求。

5.2 钢束理论和实测伸长量

预应力筋计算分段见图2所示,单端张拉理论伸长量计算见表3所示,钢束伸长理论值与实测值对比见表4所示。

表2 孔道摩擦系数μ值

表3 单端张拉钢束理论伸长量计算

表4 钢束伸长理论值与实测值对比

通过表2和表3可知,钢束伸长量实测值与理论值的偏差在+8.4%,稍大于规范[2]中的要求(±6%),但满足设计规定要求(-5%,+10%)。两者间的差异主要有以下原因：理论值计算采用的弹性模量为规范值,与钢束实际值不一致;理论值计算采用的曲线段中心角为设计坐标值,与钢束实际布置对应的弯起角度不一致;孔道摩擦系数虽为实测值,但伸长量测试过程中的锚具与钢绞线间的咬合作用在两次不同试验中效果不一致,钢绞线受力,锚具中的夹片会产生不同程度的滑动,同时位移测量过程中夹片的滑动也对伸长量实测值有影响。

6 结语

(1) 在孔道摩擦系数和张拉伸长量计算过程中,直线段和曲线段分界点以及两段不同弯曲方向钢束反弯点对整条钢束分段至关重要,钢束分段直接影响钢束总长和曲线段切线夹角弧度和的准确计算,进而影响孔道摩擦系数和张拉伸长量的准确计算。

(2) 预应力钢束张拉过程中,锚垫板、千斤顶、锚具的布置以及与钢束之间的咬合作用对钢束张拉效果产生较大影响,张拉过程中相关位移值的测试时机应与加载等级对应,且应保证千斤顶的稳压效果,由此方可通过公式中的对应位移量准确计算实际伸长量。

(3) 较多因素综合导致钢束伸长量理论值和实测值之间的差异,但应从理论上和实操上准确理解预应力钢束张拉过程,通过计算、实测和差异分析为预应力钢束张拉效果的评判提供依据。