预制箱梁钢绞线伸长量计算及量测方法的探讨_pdf.pdf

现代交通 技术 2 0 0 5年 第5期 文章编号 1 6 7 2 9 8 8 9 2 0 0 5 0 5 0 0 4 2 0 3 预制箱梁钢绞线伸长量计算及量测方法的探讨 何 宇 陈 东 扬 州市华建 交通工程监理咨询有限公司 江 苏 扬州 2 1 5 0 0 0 摘要 本文主要 介绍预制 箱梁的预应力钢绞线伸长量的计算方法及 张拉 伸长量的量测 方法 对照 宁杭 高速公路宜 兴一标段预制箱梁的钢绞线伸 长量计 算方法及张拉量测 中出现的 问题进行探 讨 关键词 预制 箱梁 钢绞线 伸长量计算 量测 方法 中图分类号 U 4 4 8 2 1 3 文献标识码 A Di s c us s i o n o n t he Ca l c u l a t i o n a nd M e a s u r e me nt o f S t e e l S t r a nd El o ng a t i o n o f Pr e f a br i c a t e d Bo x Gi r d e r HE Yu CHEN Do n g Ya n g z h o u H u a j i a n T r a n s p o r t a t i o n C o n s t r u c t i o n S u p e v i s i o n a n d C o n s u h a n c y C o L t d Y a n g z h o u 2 1 5 0 0 0 C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r ma i n l y i n t r o d u c e s t h e e l o n g a t i o n c a l c u l a t i o n me t h o d a b o u t t h e p r e s t r e s s e d s t e e l s t r a n d o f p r e f a b r i c a t e d b o x g i r d e r a n d t h e me a s u r e me n t a n d d i s c u s s e s t h e p r o b l e ms t h a t e x i s t i n t h e e l o n g a t i o n i n d i c a t o r c o mp u t a t i o n me t h o d a b o u t s t e e l s t r a n d o f p ref a b ric a t e d b o x g i r d e r b y c o mp a r i n g wi t h t h e c o n s t ruc t i o n o f s e g me n t i n Ni n g Ha n g e x p r e s s wa y Ke y wor ds p r e f a b r i c a t e d b o x g i r d e r s t e e l s t r a n d e l o n g a t i o n c a l c u l a t e me a s u r e me t h o d 0 引言 装配式部分预应力混凝土连续箱梁具有抗扭刚 度大 横向分布好 承载能力高 结构 自重轻 能节省 较多钢材等优点 而且槽形截面对运输及 吊装的稳定 性也好 设计理论成熟 在我国目前的高速公路的桥 梁设计施工 中得到广泛应用 如宁杭高速公路宜兴一 标段有正交 2 5 I n箱梁 斜交 4 5 的 3 0 In箱梁两种梁 形 分别位于三个施工标段内 虽然箱梁的预制在 目 前是较为成熟的施工工艺 但三个标段的钢绞线伸长 量的计算方法及钢绞线实际伸长量的量测方法都存 在一定 的缺陷 因此 本文对钢绞线伸长量的计算及 实际伸长量的量测方法的相关问题进行探讨 1 先张法 后张法钢绞线的受力比较 先张法施工的钢绞线在张拉受力后 完全处于 悬空状态 钢绞线只受到端部拉力的作用 张拉过程 实际上是符合材料虎克定律的 钢绞线的 自重在跨 中引起 的下饶 度相对于张拉 力是很小 的 可 以忽 略 所以 钢绞线的理论伸长量的计算就根据虎克 定 律 式中 v为钢绞线的张拉力 N 为钢绞线 的长度 m m E为钢绞线实际的弹性模量 通过试验确实 MP a 为钢绞线的截面面积 mm 由于张拉时钢绞线不受外力干扰 因而实际伸长 值与理论伸长值是很容易达到 4 6 的误差标准的 后张法预应力钢绞线在张拉过程中 有各种各 样 的原 因会导致预应力损失 一般情况下有预应力 筋与管道壁间摩擦引起的应力损失 锚具变形 预应 作者简介 何宇 1 9 6 9一 男 江苏扬 州人 工程师 从事道路桥梁工程管理工作 42 维普资讯 力筋 回缩引起的应力损失 混凝土弹性压缩所引起 的应力损失 预应力筋松弛 徐舒 引起的应力损失 混凝土收缩与徐变引起的应力损失等 施工技术人 员没必要将各种各样 的影响因素全部考虑后进行钢 绞线伸长量 的计算 实际上设计人员在设计时已根 据 各种影 响因素对相应的预应力 的损失进行 了估 算 最终给出的设计张拉控制应力 o r 是扣除所有 损失后的值 如设计对个别影响 因素未予 以考虑 则会在设计文件 中明确指 出 如本工程所用 的 装 配 式部分预应力混凝土连续箱梁桥上部构造 中交第 一 公路勘察设计研究院 江苏省交通规划设计院 通 用图施工注意事项就明确讲 明钢绞线张拉控制应力 应考虑锚口摩阻损失 锚 口摩阻损失应在施工时测 定或由厂家提供 若施工单位无实测值 可采用经 验数据 2 3 2 公路桥梁施工技术规范 中后张法钢绞线伸长 量计算公式说明及计算示例 后张法预应力钢绞线在张拉过程中 同先张法 相 比钢绞线主要受到以下两方面的因素影响 一是 弯道影响引起的摩擦力 二是管道偏差影响引起的 摩擦力 正因为这二个方面的因素的影 响 导致钢绞 线张拉时 锚下控制应力沿着管壁向梁跨 中逐渐减 小 因而每一段 的钢绞线的伸长量也是不相同的 公路桥梁施工技术规范 中关于预应筋伸长量 的计算公式为精确计算法公式 虽然预应力筋的伸 长量计算可以采用简化计算法或平均力法计算 考 虑到精确计算法计算精确 而且 目前计算机应用较 为普及 用 E X C E L就可 以轻松的编出简单的计算程 序 故建议使用精确计算公式 P p 1 2 式中 为各分段预应力筋的理论伸长值 mm P p为各段预应力筋的平均张拉力 注意其不 等于各分段 的起点力与终点力的平均值 N 为预应力筋的分段长度 m m 为预应力筋的截面面积 mm 为预应力筋的弹性模量 MP a P为预应力筋张拉端的张拉力 将钢绞线分段 计算后 为每分段的起点张拉力 即前段 的终点张拉 力 N 0为从张拉端至计算截面曲线孑 L 道部分切线 的夹 角之 和 分段 后 为 曲线分 段 的切 线 夹角 和 现代交通技术 2 0 0 5年弟5期 r a d 为从张拉端至计算截面的孔道长度 分段后 为各分段长度 m k为孔道每束局部偏差对摩擦的影响系数 1 m 管道弯曲及直线部分全长均应考虑 为预应力筋与孑 L 道壁之间的磨擦系数 只在 管道弯曲部分考虑该系数的影响 从公式 1 可 以看出 弹性模量 是决定计算 值的重要 因素 它的取值是否正确 对计算预应力筋 伸长值 的影响较 大 的理论 值 为 E p 1 9 1 9 5 X 1 0 MP a 而将钢绞线进行检测试验 弹性模 量则常出现 E p 1 9 6 2 0 4 1 0 MP a的结果 这是 由于实际的钢绞线的直径都偏粗 而进行试验 时并未用真实的钢绞线面积进行计算 采用的是偏 n r 小 的理论值代人公式进行计算 根据公式 Ap p 可知 若 A p偏小 则得到了偏大的 印 值 虽然 印 并非真实值 但将其 与钢绞线理论 面积相乘所计算 出的 却是符合实际的 所以要按实测值 进 行计算 公式 2 中的 k和 是后 张法钢绞线伸长量计 算 中的两个重要 的参数 这两个值 的的大小取决 于 多方面的因素 管道的成型方式 力筋的类型 表面 特征是光滑 的还是有波纹的 表面是否有锈斑 波纹 管的布设是否正确 偏差大小 弯道位置及角度等 等 各个 因素在施工中的变动很大 有很多是不可能 预先确定的 因此 摩擦系数的大小很大程度上取决 于施工的精确程度 在工程实施中 最好对孑 L 道磨擦 系数进行测定 并对施工 中影响磨擦系数的方面进 行认真的检查 如波纹管的三维位置是否正确等等 以确保摩擦 系数的大小基本一致 进行分段计算时 靠近张拉端第一段的终点力 即为第二段的起点力 每段的终点力与起点力的关 系如下式 P z P q e 舭 3 式中 为分段终点力 N 为分段的起点力 N 0 k t x为意义同上 其他各段 的起终点力可以从张拉端开始逐步进 行计算 下面以 2 5 m箱梁钢绞线在 E X C E L中的伸长量 计算为例 进一步说 明伸长量的计算方法 中跨 N1 钢束的张拉伸长量计算如下 N 2 N 3 请 读者 自行计算 4 3 维普资讯 现代交通技 术 2 0 0 5年 第5期 二二 幽 一 一 L 3 蝗 一 L 图 1 N1 钢束尺寸 图 箱梁腹板的预应力钢束 为是既有竖弯又有平弯 的空间曲线束 应以空间曲线的包角计算 0 值 即 0 7 2 3 X 亦应取相应空间曲线 的长 度 计算出其值为 1 6 9 6 c m 但 由于本工程的预应 力钢束在平弯方向的直线段较短 平弯角较小 按平 面曲线来计算 钢绞线 的长度取其在水平面上的投 影长度 经计算其值为 1 6 9 1 c m 与采取空间曲线 长度 考虑水平包角计算出的 1 6 9 6 c m相 比较误差 较小 完全能满足工程施工精度需要 表 1 2 5 m 箱梁中跨钢 绞线伸长量计算表 本梁两端钢绞线形状为对称结构 为减小磨擦 损失 采取的是两端张拉 所 以进行伸长量计算是采 用计算一半钢绞线的伸长量然后乘以二的方法 若 是单端张拉则进行全长计算 若为非对称结构 如本 工程 中的宜 广 立 交桥 的现 浇 箱梁 为 2 2 7 2 5 2 8 2 8 m 全长 1 0 3 7 m 采用两端同时张拉 计算 钢绞线 的伸长量时 计算原则是从两侧向中间分段 计算 至跨 中某一点时钢绞线 的受力基本相等即可 而不是简单 的分 中计算 钢绞线 的分段原则是将整根钢绞线 根据设计 线形分成 曲线连续段及直线连续段 不能将直线段 及曲线段分在 同一段 内 虽说分段越多 计算越精 确 但计算结果同本分段方法计算出的结果相差是 很小的 3 张拉时钢绞线实际伸长量的测量方法 钢绞线实际伸长量的测量方法有多种多样 目 前使用较多的是直接测量张拉端千斤顶活塞伸 出量 的方法 笔者认为这样 的测量方法存在很大的误差 这是因为工具锚端夹片张拉前经施工人员用钢管敲 紧后 在张拉到 1 0 时因钢绞线受力 夹片向内 滑动一点 张拉到 2 0 时 夹片又向内滑动一 点 这样通过测量千斤顶的伸长量而得到的 1 0 2 0 的伸长量比钢绞线的实际伸长值长 1 2 mm 若以 1 0 2 0 o 的伸长量作为 0 1 0 的伸长量 那么在 0 2 0 的张拉 控制段内 钢绞线的伸长量就有 2 4 mm的误差 从 2 0 o 张拉到 1 0 0 t 时 钢绞线的夹片 又有 3 5 m m的滑动 按最小值滑动量计算单端钢 绞线 的伸长量就有 5 m m的误差 两侧同时张拉时 共计有 1 0 mm的误差 2 5 m箱梁的钢绞线的理论伸 长量按 1 6 9 c m计算 则测量误 差为 5 9 已基本 达到 6 的理论 值与实测值的允许 的偏差值 因 此用测量千斤活塞 的方法一 般测出来的值都是偏 大 的 因此 对于钢束实际伸长值的测量 建议采用量 测钢绞线绝对伸长值的方法 而不使用量测千斤顶 活塞伸出量的方法 后者测得 的伸长值须考虑工具 锚处钢束