现浇箱梁预应力张拉学习讲座

现浇箱梁预应力张拉

学习讲座二0一一年四月二十八

前言

当今国内公路预应力砼桥梁中，大部分为后张法预应力砼桥梁。后张法桥梁预应力张拉是待砼达到一定强度和拆模后，在梁体预留孔道中穿入预应力筋（钢绞线），安装锚具，用千斤顶张拉锚固，使预应力筋对梁体施加应力。下面结合正在施工的主线1#桥左幅第四联箱梁，对后张法张拉控制数据的计算及张拉施工工艺做一简单介绍，以供参考。目录1、张拉前期准备工作2、张拉实际伸长值的量测及计算3、张拉工艺及要求4、提高钢绞线张拉质量的控制措施5、张拉其他问题探讨1、张拉前期准备工作1.1、张拉控制力的计算设计图纸已提供纵向预应力锚下控制应力σK（1395MPa）,锚下张拉控制力根据公式：P=A×σK求得（式中：A为钢束截面面积，理论面积为140mm2，σK为设计锚下控制应力。），因此，主线1#桥左幅第四联第一施工段张拉控制力为：

腹板钢束（N5、N6、N7）每束19根钢绞线，则

P=140*19*1395=3710700N,即3710.7KN；

底板钢束（N8）、顶板钢束（T）每束均为7根，则

P=140*7*1395=1367100N,即1367.1KN1.2、张拉理论伸长值的计算

设计图纸已初步提供各种编号钢束理论伸长值（即表内延伸量），但为确保钢绞线张拉时达到张拉力和伸长值的双控目的，我们必须对每束钢束进一步进行复核计算。理论伸长值△L（mm）按如下公式计算：

式中：

Pp—预应力钢筋的平均张拉力，N；直线筋取张拉端的拉力，曲线筋计算方法见JTJ041-2000桥规中的附录G-8中的公式，见下页；

L—预应力钢筋的长度，m；

Ep－预应力钢筋的弹性模量，MPa；

Ap—预应力钢筋截面面积，mm2。

1.3、平均张拉力的计算采用JTJ041-2000桥规中的附录G-8中的公式，即：式中：PP—预应力筋平均张拉力，N；P—预应力筋张拉端的张拉力，N；x—从张拉端至计算截面的孔道长度，m；

θ—从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，rad；k—孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数；（设计提供0.0015）μ—预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数。（设计提供0.25）!注意：当预应力筋为直线时，PP=P.

张拉理论伸长值及平均张拉的计算一般采用EXCEL电子表套用普通函数进行分段计算，表格形式根据计算方便可以自定，见附件1：（FK0匝道桥第三施工段钢绞线（腹板N1钢束）理论伸长值计算）

N1钢束布置及分段示意图1.4、张拉设备的选择1)千斤顶的选择。对于夹片式锚具的张拉，目前采用较为广泛的为穿心式千斤顶进行张拉。根据钢束张拉控制力和钢束张拉伸长量选择千斤顶的张拉力和行程。主线1#桥左幅第四联第一施工段腹板钢束张拉力为3710.7KN，所以采用不小于400T千斤顶；顶板及底板钢束张拉力为1367.2KN，所以采用不小于150T千斤顶。YCD穿心式千斤顶示意图及各项参数两种吨位的千斤顶，行程均为20cm2)张拉油泵的选择：应与张拉千斤顶配套，根据钢束最大张拉控制力P和千斤顶油缸活塞受力面积A进行选择。油泵与千斤顶配套实质为压力表与千斤顶配套，压力表一般都固定在油泵上。3）其他配件的选择：主要为限位板，限位板根据千斤顶型号、钢绞线支架一般从厂家订做，需严格控制其孔眼直径及槽口深度，确保钢绞线张拉端钢绞线表面只有夹片的牙痕而无刮伤。限位板油泵两个压力表：主表和副表，分别为施压时和回油时用对于19根钢绞线钢束，张张拉力为3710.7KN,若采用编号为0320的千斤顶顶进行张张拉，标标定后一一元回归归方程为为：（见标定定证书））按其公式式算得张张拉至设设计吨位位后油表表读数为为：51.35MP1.5、千斤顶顶及油表表的标定定千斤顶和和油表必必须配套套标定，，即一个个千斤顶顶编号对对应一个个油表编编号（主主表），，一般送送往有检检测资质质的机构构进行标定，如如市地级级计量所所等。标定的目目的:得出一元元回归方方程中中的参参数a、b值。式中：ｙｙ为油表表读数(MPa)；ｘ为张张拉力(kN)。下面以标标定完毕毕编号为为0320的千斤顶顶（对应应油表编编号为1053）为例，，来张拉拉主线1#桥左幅第第四联第第一施工工段腹板板钢束，，求得相相应油表表的读数数：若初张拉拉采用20%张拉控制制力（20%σk），即3710.7××20%=742.14KN，代入公式式，则相相应油表表读数为为：10.98MPa，同样，张张拉至40%张拉控制制力（40%σk），求得油表表读数为为：21.07MPa，根据以以上计算算结果，，列表如如下：序号张拉控制力（KN）油表读数（MPa）120%σk10.98240%σk21.073100%σk51.35注意：图图纸或规规范规定定，初张张拉一般般采用10--15%σk，但对于于长钢束束，由于于其孔道道长，摩摩阻大，，预应力力损失大大，因此此实践中中一般取取值20--30%σk的初张拉拉力，以以保证初初张拉后后钢绞线线处于弹弹性变形形状态。。2、张拉实实际伸长长值的量量测及计计算钢束张拉拉时实际际伸长值值的量测测是一项项重要的的操作，，按要求求应以梁梁端为基基点，量量测张拉拉过程中中钢束的的实际伸伸长值，，以免使使滑丝现现象被忽忽略。但但此量测测方法具具体操作作时大多多较为困困难，在在钢绞线线预应力力张拉时时,钢绞线的的外露部部分，大大部分被被锚具和和千斤顶顶所包裹裹，钢绞绞线的张张拉伸长长量无法法在钢绞绞线上直直接测量量，而仍仍以量测测千斤顶顶张拉缸缸的外伸伸量来计计算钢束束的实际际伸长值值。预应力钢钢束张拉拉时的实实际伸长长值，应应在建立立初应力力后方可可开始量量测，量量得的伸伸长值，，还应加加上初应应力以下下的推算算伸长值值，对后后张法尚尚应扣除除：钢束束在锚具具和千斤斤顶中的的工作长长度伸长长值、工工作锚、、工具锚锚锚塞回回缩值、、混凝土土构件在在张拉过过程中的的弹性压压缩值，，实际伸伸长值精精确计算算公式如如下：式中：△ｌ—实际伸长长值；△ｌ1—由初张拉拉张拉到到控制应应力时时，在千千斤顶活活塞上量量测伸长长值；△ｌ2—从零张拉拉至初始始应力时时的推算算伸长值值；△ｌ3—钢束在锚具和和千斤顶顶中的工工作长度度伸长值值；δ1—工作锚锚锚塞回缩缩值；δ2—工具锚锚锚塞回缩缩值；C—混凝土弹弹性压缩缩值。（（一般忽忽略不计计）2.1、推算伸伸长值（（△ｌ2）的计算算若初张拉拉采用20%的张拉控控制力(σk)，则从零张拉拉至初始始应力时时的推算算伸长值值采用从从20%σk张拉至40%σk的实测伸伸长值，，即张拉拉至40%σk时对千斤斤顶稳压压，量取取千斤顶顶活塞行行程即为为推算值值。以该该桥为例例，采用用0320千斤顶张张拉腹板板钢束（（19根），推推算伸长长值为油油表读数数分别为为21.07、10.98时量取的的千斤顶顶活塞行行程的差差值。2.2、千斤顶顶工作长长度伸长长值（△ｌ3）的计算算钢绞线在在千斤顶顶中的工工作长度度，一般般为工作作锚和工工具锚之之间的直直线长度度，不同同型号的的千斤顶顶和锚具具，其工工作长度度也不同同，根据据现场采采用的千千斤顶来来确定。。其伸长长值计算算按直线线段钢束束来计算算，式中：P—张拉端的的张拉控控制力，，N；L—千斤顶工工作长度度，m；Ep－预应力钢钢束的弹弹性模量量，MPa；Ap—预应力钢钢束截面面面积，，mm2。2.3、工作锚锚锚塞回回缩值（（δ1）的量测测目前钢绞绞线预应应力张拉拉施工以以使用YCW型液压千千斤顶为为主，该该千斤顶顶与工作作锚接触触处，设设有一块块限制工工作锚夹夹片在张张拉过程程位移的的限位板板，钢绞绞线在张张拉时工工作锚夹夹片跟随随钢绞线线的拉伸伸，向后后移动至至限位板板凹槽的的底部，，对钢绞绞线失去去约束，，当千斤斤顶将钢钢绞线张张拉至设设计控制制张拉力力，在回回油放松松钢绞线线的瞬时时，钢绞绞线弹性性收缩，，工作锚锚夹片跟跟随收缩缩向锚环环孔内位位移，随随即将钢钢绞线锚锚固，这这就是工工作锚锚锚塞回缩缩的全过过程。张张拉完毕毕卸掉千千斤顶后后，在工工作锚处处测量工工作锚夹夹片在锚锚环处的的外露长长度a2，当预应应力钢绞绞线由很很多单根根组成时时应每根根量测，，取其平平均值，，一般至至少测量量三处，，千斤顶顶限位板板凹槽深深度已知知为a1，则工作作锚锚塞塞回缩量量：δ1=a1-a2工作锚锚锚塞回缩缩量除与与锚具硬硬度等有有关外，，还与钢钢绞线直直径有关关，工作作锚回缩缩量大小小与钢绞绞线直径径大小成成反比。。工作锚锚锚塞回缩缩不仅对对伸长值值有影响响，还将将引起钢钢绞线张张拉力的的减小，，其影响响值可按按下式计计算：ΔP=P/ΔΔL×δ1式中：ΔL：理论计计算伸长长值；P：为设计计控制张张拉力；；δ1：工作锚锚回缩量量！！！注注意：为补偿该该部分预预应力损损失及其其他预应应力损失失（如张张拉时梁梁体混凝凝土弹性性压缩等等），在在实际施施工中，，需考虑2.5%的张拉力力进行预预应力补补偿，因因此控制制张拉力力为设计计的1.025倍。注意！1.025倍控制张张拉力不不属于超超张拉，，而是对对损失应应力进行行补偿。。2.4、工具锚锚锚塞回回缩值（（δ2）的量测测在钢绞线线开始张张拉，当当千斤顶顶张拉力力，达到到钢绞线线张拉至至初始拉拉力（设设计控制制拉力的的10～15%），已把把松弛的的预应力力钢绞线线拉紧，，此时应应将千斤斤顶充分分固定，，精确量量取从千千斤顶工工具锚锚锚环外露露端面至至钢绞线线外露端端头的长长度b1，当千斤斤顶张拉拉力达到到钢绞线线预应力力张拉设设计控制制拉力时时，再量量取从千千斤顶工工具锚锚锚环外露露端面至至钢绞线线外露端端头的长长度b2，工具锚锚锚塞回回缩量即即为：δ2=b1-b2当预应力力钢绞线线由很多多单根组组成时应应每根量量测，取取其平均均值进行行计算，，最少不不得少于于三根。。注意：此回缩的的出现仅仅对张拉拉伸长值值的计算算有影响响，不引引起张拉拉力的减减小。3、张拉工工艺及要要求3.1、张拉工工艺流程程此两步为为预制时时采用，，现浇时时同钢筋筋绑扎一一起完成成1)张拉前检检查：a、检查梁梁体缺陷陷处理情情况，确确认不影影响张拉拉质量；；b、检查梁梁体砼强强度是否否达到设设计张拉拉强度，，本标段段箱梁为为达到90%的设计强强度才能能张拉；；c、检查锚锚具，确确认已按按规定检检验合格格，且无无污物；；d、检查钢钢绞线，，确认有有技术合合格证并并已按规规定检验验合格，，且外表表无损伤伤、扭结结、油污污等；e、检查孔孔道情况况，确认认无积水水和污物物；f、检查锚锚垫板平平面，确确认干净净且与孔孔道轴线线垂直；；g、检查张张拉设备备，确认认运转正正常，且且千斤顶顶和油表表均已配配套校验验标定并并在有效效期内。。2)钢绞线下下料、编编束及穿穿束及锚锚具安装装：对于现浇浇箱梁该该工序同同钢筋绑绑扎一起起完成，，即在箱箱梁混凝凝土浇筑筑前完成成。锚具具安装在在砼浇筑筑后钢绞绞线张拉拉前完成成。钢绞线下下料长度度等于孔孔道净长长加两端端的预留留长度，，预留长长度为工工作锚长长、千斤斤顶工作作长度、、工具锚锚长及钢钢绞线露露出锚具具的长度度(取10~20cm)之和。一一般两端端张拉时时每端取取60～120cm；一端张张拉时，，锚固端端预留长长度为锚锚具长度度加3cm。钢绞线可可单根穿穿入孔道道，也可可整束同同时穿入入孔道。。单根穿穿人时，，应防止止出现扭扭结现象象；整束束入束时时，应理理顺编束束，同时时沿长度度方向每每隔2～3m用铁丝捆捆扎一道道，并在在钢束前前端安装装特制的的牵引头头。钢束束较短时时，可采采用人工工穿束，，较长时时则采用用穿束机机。张拉端锚锚固体系系构造图图固定端锚锚固体系系构造图图张拉端锚锚具与千千斤顶安安装示意意图张拉前锚锚具安装装示意图图连接器锚锚固构造造图施工缝位位置张拉拉示意图图喇叭形铸铸铁垫板板三分式夹夹片锚具具锚板两分式夹夹片钢绞线夹片锚板锚板锚板夹片夹片式锚锚具示意意图3)张拉顺序序及步骤骤:对称张拉拉，梁中中线左、、右钢束束之差不不得超过过一束，，按先中中间后两两边、先先下后上上的顺序序张拉：：①确认认孔道内内的钢绞绞线根数数后，安安装与之之配套的的锚板及及夹片，，并用短短钢管套套在钢绞绞线上，，沿着钢钢绞线将将夹片敲敲击整齐齐，然后后安装限限位板;②用手拉支支架上的的倒链滑滑链吊装装千斤顶顶，使之之与孔道道中心对对中。再再安装工工具锚，，夹紧钢钢绞线，，务必使使钢绞线线顺直无无扭结;③千斤顶缓缓慢进油油至初始始油压，，在此过过程中拨拨正千斤斤顶，使使千斤顶顶与锚具具对中，，确保孔孔道、锚锚具、千千斤顶三三者同心心，两端端张拉尽尽量同步步;④张拉到初初始应力力时停止止进油，，检查夹夹片情况况，量测测孔道口口至工具具锚的长长度、活活塞及工工具锚夹夹片外露露值，然然后千斤斤顶缓慢慢进油张张拉;3)张拉顺序序及步骤骤:⑤张拉至控控制应力力时停止止进油，，并持荷荷5min，量测千千斤顶活活塞伸长长值及夹夹片外露露值;⑥计算实际际伸长值值，并与与理论伸伸长值比比较，误误差应在在±6%范围内。。否则应应退锚，，待查明明原因、、确定对对策后，，重新张张拉;⑦确认伸长长值符合合要求后后，千斤斤顶回油油，夹片片自动锚锚固;⑧检查有无无滑丝、、断丝现现象，确确认符合合要求后后，退除除张拉设设备，该该钢束张张拉结束束。量测千斤斤顶活塞塞延伸量量，以此此作为计计算实际际伸长值值的依据据4)端头钢绞绞线切割割钢束全部部张拉完完且确认认符合要要求后，，切割端端头钢绞绞线。切切割处距距锚具30～40mm，使用手手提砂轮轮机切割割，严禁禁使用气气焊。施工缝位位置锚固固示意图图钢绞线锚锚固后外外露长度度一般为为30~40mm3.2张拉质量量要求1)张拉实际际伸长值值不超过过理论伸伸长值的的±6%。2)全梁断面面断丝之之和不超超过该断断面钢丝丝总数的的1%，并不得得位于梁梁体同一一侧，且且不影响响整根钢钢绞线拉拉断；每每束滑丝丝或断丝丝数不超超过一丝丝。注意！钢钢绞线断断丝是指指单根钢钢绞线内内钢丝的的断丝。。3.3钢束滑丝丝的判断断及滑丝丝、断丝丝的处理理1)滑丝的判判断：张拉前先先将所有有钢绞线线尾端切切割成一一个平面面或采用用与钢绞绞线颜色色反差较较大的颜颜料标出出一个平平面，钢钢束张拉拉锚固后后若工作作锚回缩缩量大于于8mm，则说明钢钢绞线束束出现了了整体滑滑丝，应应更换工工具锚夹夹片或限限位板后后再行张张拉。工作锚回回缩值可可按下列列公式计计算：δ1=限位板深深度—工作锚夹夹片的外外露量。再检查钢钢绞线尾尾端标记记是否仍仍为一个个平面，，如平面面出现变变化，说说明有个个别钢绞绞线出现现了滑丝丝现象，，必须采采取措施施及时处处理。限位板板由厂厂家特特制，，槽口口深度度与不不同千千斤顶顶型号号有关关张拉锚锚固卸卸完千千斤顶顶后量量测锚固后后夹片片外露露量可可用直直尺量量测2)滑丝的的处理理：将将卸锚锚座支支承在在锚具具上，，用YC250前卡式式小千千斤顶顶放张张滑丝丝钢绞绞线，，直到到将滑滑丝夹夹片取取出，，换上上新夹夹片，，再张张拉至至设计计控制制力。。如遇遇严重重滑丝丝或在在滑丝丝过程程中钢钢绞线线受到到严重重损伤伤，应应将锚锚具上上的钢钢绞线线全部部卸荷荷、退退锚。。3)断丝的的处理理：常常用方方法：：卸荷荷→退锚→换钢束束→重新张张拉。。也可可采取取提高高其他他钢绞绞线或或其他他钢束束的控控制张张拉力力以补补偿断断丝损损失应应力的的方法法进行行处理理。退锚、、放张张常用用的前前卡式式手持持千斤斤顶4、提高高钢绞绞线张张拉质质量的的控制制措施施梁体内内建立立的最最终有有效预预应力力是通通过预预应力力钢束束的实实测伸伸长值值来校校核的的，特特别是是对于于逐段段现浇浇施工工的连连续箱箱梁来来说，，要使使其长长钢束束的张张拉质质量满满足要要求，，更必必须从从影响响钢束束伸长长值的的各个个因素素、各各个环环节出出发，，即从从施工工前的的准备备阶段段、孔孔道成成型留留设阶阶段以以及预预应力力钢束束的张张拉阶阶段采采取措措施加加以控控制，，下面面从以以下措措施加加以控控制：：(1)施工前前把好好设备备关。。千斤斤顶与与油泵泵及压压力表表应定定期或或根据据张拉拉次数数配套套校验验标定定，建建立起起张拉拉力与与压力力表读读数的的曲线线关系系。在在施工工过程程中，，张拉拉设备备出现现反常常现象象或发发生与与前期期标定定时的的正常常状态态不同同时，，均应应重新新标定定，以以保证证张拉拉力准准确性性。张张拉设设备设设专人人使用用和管管理，，做好好千斤斤顶和和油压压表的的编号号，保保证张张拉设设备的的配套套使用用。(2)施工前前把好好材料料关。。箱梁梁钢束束较长长，换换束工工作难难度相相当大大，应应避免免因为为使用用不合合格的的钢绞绞线而而进行行换束束，且且长束束张拉拉增加加了千千斤顶顶的张张拉回回程和和锚具具的临临时锚锚固次次数，，必须须加强强对原原材料料锚固固能力力的检检验，，避免免因原原材料料不合合格而而造成成张拉拉失败败。(3)提高长长束孔孔道的的成型型精度度。这这一点点对于于分阶阶段现现浇施施工的的连续续箱梁梁桥来来说，，钢束束孔道道的成成型精精度显显得尤尤为关关键。。孔道道实际际线形形与设设计线线形偏偏差大大，无无端增增加了了预应应力损损失，，直接接影响响了梁梁体建建立的的有效效预应应力，，降低低结构构的应应力储储备，，严重重者将将出现现钢绞绞线拉拉断的的现象象。因因此更更应重重视孔孔道的的成型型质量量，做做好如如下几几个方方面的的工作作：②孔道道与普普通钢钢筋发发生位位置干干扰时时，可可适当当移动动或弯弯折普普通钢钢筋，，避免免孔道道发生生局部部弯曲曲现象象。③严格格控制制波纹纹管的的接管管连接接质量量，特特别是是梁段段分段段处孔孔道的的连接接质量量，严严禁孔孔道在在分段段处出出现折折角的的不平平顺连连接。。④保证证孔道道与端端部喇喇叭管管的顺顺直度度，绝绝不允允许有有折角角存在在。安安装封封头模模板时时，必必须按按喇叭叭管张张拉平平面的的准确确倾角角进行行固定定。⑤混凝土土浇筑筑时，，在波波纹管管的两两侧应应尽量量对称称下料料，振振动棒棒不可可碰撞撞到波波纹管管，注注意控控制波波纹管管上浮浮现象象的发发生，，避免免孔道道的局局部变变形、、偏摆摆。①孔道道的定定位钢钢筋必必须牢牢固准准确，，并将将其点点焊在在稳定定的结结构钢钢筋上上，孔孔道破破损处处和接接管处处须用用胶布布缠裹裹密封封，以以免引引起漏漏浆。。(4)设专人人统一一指挥挥，严严格按按既定定的张张拉工工艺进进行操操作。。长束束张拉拉施工工人员员多，，分布布面广广，容容易造造成施施工混混乱，，影响响质量量，为为了避避免这这一现现象的的发生生，必必须设设专人人进行行统一一指挥挥，固固定张张拉操操作人人员，，两端端张拉拉操作作使用用对讲讲机进进行清清晰联联系。。在张张拉过过程中中，应应注意意是否否有异异常现现象如如响声声、油油压表表指针针抖动动等，，精神神要集集中，，张拉拉完成成后检检查钢钢绞线线上夹夹片留留下的的咬痕痕，对对比钢钢绞线线束上上作标标记的的颜料料平面面，以以尽早早发现现有否否滑丝丝、断断丝问问题。。如出出现滑滑丝，，按上上述方方法及及时处处理。。经常常检查查工具具锚夹夹片和和限位位板，，以及及时进进行更更换。。(5)重视钢钢绞线线束伸伸长值值的量量测与与计算算。在在现浇浇箱梁梁长钢钢束的的张拉拉施工工中，，伸长长值的的量测测和记记录尤尤为重重要。。5、张拉拉其他他问题题探讨讨5.1理论伸伸长值值计算算参数数的取取用Eg、k和μ的取用用对张张拉理理论伸伸长值值计算算结果果的可可靠性性影响响较大大，而而在实实际计计算中中，对对Eg、k和μ的取用用很不不一致致。对对Eg有的取取用钢钢绞线线抽样样检测测值，，有的的取用用规范范提供供的参参考值值；对对k和μ，有的的取用用首次次张拉拉前的的检测测值，，有的的取用用规范范提供供值。。建议议Eg计算采采用设设计提提供值值，伸伸长值值修正正时取取用钢钢绞线线出厂厂技术术合格格证给给出值值，k和μ若设计计已提提供则则采用用设计计值，，否则则取用用规范范提供供值。。注意：：另外外进场场钢绞绞线每每捆附附有铁铁牌合合格证证，其其参数数与出出厂书书面合合格证证相对对应，，施工工时需需做好好保存存并做做好每每捆的的跟踪踪记录录！伸长值值的修修正公公式为为：式中：：E、A为计算算采用用的钢钢绞线线弹性性模量量及截截面积积；E′、A′为实测测钢绞绞线弹弹性模模量及及截面面积；E=1.95×105MPa；A=140mm2；△为计计算得得到的的伸长长值；；△′为为修修正后后的伸伸长值值。5.2锚固时时工作作锚回回缩造造成的的应力力损失失锚固时时工作作锚夹夹片回回缩产产生应应力损损失。。设计计上一一般考考虑4～6mm的钢绞绞线回回缩值值（本本桥设设计提提供为为6mm，可按按公式式δ1=限位板板凹槽槽深度度-工作锚锚夹片片的外外露量量来复核核）。。实际际施工工中易易出现现锚塞塞回缩缩超标标现象象，因因为锚锚塞是是