浅议钢绞线张拉施工

第浅析低松弛预应力钢绞线张拉施工低松弛预应力钢绞线的张拉施工，在预应力混凝土结构构件的全部工序施工中，是一道很重要的工序。预应力钢绞线的张拉施工必须满足结构构件的设计内力要求。但低松弛预应力钢绞线的张拉施工，往往存在着不容忽视的几个问题，本文就这几个问题，作以简要的论述：波纹管与钢绞线安装偏差：（1）、波纹管在安装过程中，往往与设计相比，存在一定的偏差，如安装坐标的偏差、张拉端位置的偏差等，这样波纹管管道的偏差系数以及管道的摩阻系数与设计值相比也就偏大，虽然在施工中也格外注意钢绞线的安装质量，但这种偏差，往往也较难避免的。（2）、在设计文件中，管道的安装坐标是分布在束界范围之内，钢绞线的理论弹性模量、管道的偏差系数、管道的摩阻系数是设计规范内的规定值，钢绞线的理论伸长值是用标准弹性模量计算的。而施工用钢绞线的弹性模量往往与理论弹性模量相比，不是稍大就是稍小。（3）、由于弹性模量与伸长值是反比关系，如还采用理论伸长值来校核实际伸长值，则可能会出现超张现象。而低松弛预应力钢绞线在出厂前已进行二次回火处理，已借此消除其残余应力，因此低松弛预应力钢绞线是不允许超张。（4）、常用的低松弛预应力钢绞线，其破断应力是1860MPa，控制应力1395MPa。如果张拉时稍不注意，则很可能使钢绞线进入屈服状态。这样钢绞线的耐久性就较差一些。低松弛预应力钢绞线张拉施工中目前存在的主要问题：（一）、错误地借用设计时采取的标准弹性模量值，来计算施工钢绞线的张拉伸长值。施工用钢绞线张拉伸长值的计算，必须借用同一批次的钢绞线的外委检验报告中的实际弹性模量值。（二）、错误地借用设计文件中的理论伸长值来校核张拉吨位。进场的不同批次的钢绞线，其弹性模量值都不是同一个值。因此借用设计文件中的理论伸长值来校核张拉吨位，这样的施工错误已影响到构件的结构受力。（三）、波纹管在安装过程中，与设计相比，肯定存在一定的偏差，因此不论采取什么样的理论计算方法所得出来的施工张拉力值和施工伸长值，并将其用于张拉施工，都是不真实的，是不符合实际的，也是不科学的。（四）、由线材力学关系，会导出下列关系式：①对于几何尺寸相同的箱梁，当钢绞线张拉力相等，需要更换不同规格的钢绞线时：摩擦系数k为0.0015，控制张拉应力为1395MPa。1860钢绞线的弹性模量在(1.95±10)×105MPa的范围内，均为合格，因此我们的验证计算方法是：第一步：先修正好用于校核张拉应力的伸长值，由⑶式求得：其设计中理论平均张拉应力＝1357.77MPa，①当实际使用的钢绞线的弹性模量是Egs＝2.05×105MPa时，其伸长值的修正值s＝66.11mm；②当实际使用的钢绞线的弹性模量是Egs＝1.85×105MPa时，其伸长值的修正值s＝73.26mm。第二步：当用理论伸长值s=69.5mm，来校核实际张拉力时：①借用弹性模量Egs＝2.05×105MPa(＞理论1.95×105MPa)来计算实际平均张拉应力，则实际平均张拉应力，由⑵式求得：＝＝＝1427.40MPa＞1357.77MPa。②借用弹性模量Egs＝1.85×105MPa(＜理论1.95×105MPa)来计算实际平均张拉应力，则实际平均张拉应力，由⑵式求得：＝＝＝1288.14MPa＜1357.77MPa。第二步：当用理论伸长值s=69.5mm，来校核实际张拉力时：①借用弹性模量Egs＝2.05×105MPa(＞理论1.95×105MPa)来计算实际平均张拉应力，则实际平均张拉应力，由⑵式求得：＝＝＝1427.40MPa＞1357.77MPa。②借用弹性模量Egs＝1.85×105MPa(＜理论1.95×105MPa)来计算实际平均张拉应力，则实际平均张拉应力，由⑵式求得：＝＝＝1288.14MPa＜1357.77MPa。（六）、从上述两组计算结果分析：①当实际使用的钢绞线的弹性模量值大于设计规定的弹性模量值时，如用设计中的理论伸长值来校核实际张拉应力值，则肯定超张拉；即实际使用的钢绞线的弹性模量值越大，则实际张拉力越多，对钢绞线的耐久性越不利。②当实际使用的钢绞线的弹性模量值小于设计规定的弹性模量值时，如用设计中的理论伸长值来校核实际张拉应力值，则肯定弱张拉；即实际使用的钢绞线的弹性模量值越小，则实际张拉力越小，对构件承载力的影响越不利。（七）、从理论上分析，在保持控制张拉应力不变的情况下，逐次分级张拉是可行的。但检测张拉应力是通过千斤顶的油表这个参照物来确定的，如果这个参照物出现质量问题，则何以检测张拉应力。（八）、在实际施工中，对于同批次的钢绞线，只有用与检测合格的弹性模量，和与之相对应的实际伸长值，来校核张拉应力，这样的张拉施工方法才是真实的、科学的，同时也是可以放心的。三、唯一真实科学的张拉方法借用经过校验合格的千斤顶，通过对钢绞线两端同次数的张拉（每次张拉的吨位不能大于60%的控制吨位），来确定钢绞线的张拉吨位Fs与伸长值Ls之间的比例系数N值；用这个比例系数N值，来计算三级或多级张拉过程中张拉吨位Pk与伸长值Ls之间每级相互对应的数值。在张拉过程中，用伸长值Ls来校核张拉吨位Fs，这样的张拉施工方法，才能真实科学地实现预应力双控施工。（一）、理论计算公式：···························⑷···································⑸设定一个参数：N······················⑹则⑸式可成为:=···························⑺其中：···············平均理论控制张拉力，N；··················实际平均张拉力，N；Pk························控制张拉力,N；s·························实际伸长值；··························理论伸长值；N·································系数；K···············钢绞线与管道的摩擦系数；X·····钢绞线从张拉端与计算截面的长度,m；θ··················曲线的切线角，弧度；Ｌ··············钢绞线理论安装长度，m；Eg····················标准弹性模量，MPa；Ag····················标准截面面积，mm2；Egs···················实测弹性模量，MPa；Ags···················实测截面面积，mm2；×Eg×Ag····给钢绞线施加的能量，Nｍ。（二）、通过以下这三种钢绞线张拉施工方法，分析那一种张拉施工方法是科学的、真实的：第一种方法：用经过检验合格的同批次的钢绞线的弹性模量值来校核理论伸长值的方法，进行张拉施工：通过例题的计算过程，说明不论实际弹性模量大于或小于理论弹性模量时，如还采用理论伸长值校核张拉应力，则都是不真实的、不科学的。第二种方法：对于几何尺寸相同的箱梁，通过利用公式`⑵，可导出实际平均张拉力公式：···························⑻；同理，对于几何尺寸相同的箱梁，通过利用公式⑴，可将钢绞线的理论伸长值修正为校核张拉力的实际伸长值：··························⑼；然后将上述两个值用于张拉施工。由于钢绞线在安装过程中，其安装坐标(x，y)和切线角角度θ均会与设计图纸存在一定的偏差，从而会引起钢绞线安装的偏差系数μ值和摩擦系数k值，均与设计规范的规定值存在一定的偏差，而上述两种计算公式，由于是纯理论的推导，是在假设偏差系数μ值和摩擦系数k值与设计数值相同的提前下推导出来的，因此上述这两种方法也是欠妥。第三种方法：将公式⑺修改为：Ｐsn=，先通过多次单端张拉，借以确定N值，然后进行张拉施工，具体的方法是：对于要求两端同时对称张拉的箱梁，一端固定另一端张拉，检测张拉应力ＰsBn不得大于60﹪的控制张拉应力，现场量测sBn，单端张拉次数不得少于3次。①A端固定B端张拉:第一次张拉：量测：ＰsB1、sB1，求得：NB1；第二次张拉：量测：ＰsB2、sB2，求得：NB2；第三次张拉：量测：ＰsB3、sB3；求得：NB3;把NB1、NB2、NB3三个值平均，得平均值;②B端固定A端张拉,得平均值;③把NB、NA两个值平均，得平均值;④修正公式⑺，用于张拉施工：=··········································································⑽公式⑾中：···················································平均张拉力，N；≤理论平均控制张拉力，吨；`````````````````````````````````````````````系数；··························································理论安装长度； s···························································实际伸长值。（三）、对公式⑽的适用性说明：1、参数的物理工程意义是：①已包含了偏差系数μ值、摩擦系数k值、弹性模量Egs和截面面积Ags,即参数值是这四个实际值与设计值的偏差综合值，而且这种偏差综合值是无法通过已有的设备进行检测的；②同时还包含了弹性模量的物理意义，即弹性模量与是反比例关系，理论伸长值与是正比例关系；③钢绞线的理论安装长度愈长，则NAB愈大，张拉施工愈真实；对于钢绞线安装长度较长的T型刚构桥来说，使用这种张拉方法就更真实，对完整实现结构设计内力就更有利。2、钢绞线有几束，必须检测几次NAB值，然后用于张拉施工。3、设计要求是单端张拉的箱梁，第三种方法也适应。4、在钢绞线经过外委检验合格的前提下，不需要考虑弹性模量Eg、截面面积Ag、偏差系数μ、摩擦系数k，切线角θ等值的大小变化，可直接用于检测NAB系数求值。5、这种方法是充分利用线材力学关系，经过审慎的理论推导和多次张拉实践而考虑的，便于操作，易于控制，更有利于实现设计意图。6、很遗憾的是：对于长度不一的各种钢筋的张拉，其张拉力都是通过千斤顶和油表来确认的，这两个中介参照