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摘 要:后张法预应力张拉控制技术,在桥梁工程中得到广泛应用。在实施预应力张拉前,必须要做各种检测,符合规范和设计要求后方可施工。预应力张拉技术,采用应力控制张拉,以伸长值进行校核,即“双控”技术。本文论述了后张法预应力张拉应力控制和理论伸长值的计算方法,通过实测伸长值与理论伸长值对比,判断预应力的准确性、可靠性、安全性,确保桥梁工程质量。
关键词:后张法 预应力 张拉 控制
中图分类号:U445.57 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)11(c)-0032-01
1 张拉前的检测
宜巴高速公路K55＋785皂角树特大桥,设计采用抗拉强度标准Fpk=1860mPa,公称直径d=15.20mm的低松弛高强度钢绞线预应力混凝土20m空心梁板,斜交角90度。横向采用18片先简支后结构连续混凝土梁板,下部采用桩柱式桥墩、钻孔灌注桩基础。桥台采用肋式桥台、钻孔灌注桩基础,桥长1506.08m。
钢筋混凝土梁板制作完毕,预应力筋孔道成孔后,要在张拉前做各种检测符合规范和设计要求后方可施工。
(1)梁体混凝土强度的检测
张拉前,首先对与梁体同条件养护下的混凝土试块进行检测,本桥混凝土设计强度C50,设计要求混凝土强度达到设计强度的85％,且混凝土龄期不小于7天,方可进行张拉,即允许张拉的梁体混凝土强度σ＝85％×50＝42.5MPa。该桥梁板1350片,已浇筑完成1200片,经检测7天混凝土强度都满足设计张拉要求。
(2)钢绞线的性能检验
本桥设计的预应力筋为Φs15.20高强度低松弛钢绞线,标准强度Fpk=1860MPa。经检验钢绞线性能指标如表1所示。
由以上数据可得:屈服负荷、破断负荷均符合要求,伸长率大于3.5％,极限抗拉强度大于标准强度。因此,钢绞线性能满足要求。
(3)锚具的检测
经检验,YM15--5锚具检验数据如下:5根钢绞线的平均极限抗拉力之和为273.26×5＝1366.3kN,钢绞线锚具组装件实测极限抗拉力为1280.86kN,平均极限总应度ε总＝4％,锚具效率系数ηa＝0.953。上述数据依据GB/T14370－2000及GB/T5224-2003标准规定。锚固效率系数95.3％>95％;总应度4％>2％。
锚具的锚固能力＝锚具预应力组合筋实际破断力/(预应力标准强度×截面积)×100％=1280.86×103/(1860×140×5)=98.84%,大于90％,因此锚具性能符合要求。
(4)千斤顶与油表的校验
张拉前要对千斤顶与油表进行校验,求出校准方程,以确保精确的张拉力,经检验,千斤顶编号1＃,压力油表编号47068.72为一组,另一组千斤顶编号2#,压力油表编号30358k;其校准方程分别为y＝28.0620×(+10.6625)、y＝28.8525×(—10.4165)。
注:×为油表读数MPa,y为张拉力kN,且千斤顶为主动出力。
2 张拉的程序和伸长值的校核
(1)控制张拉力的校核
因为张拉力过大,可能使梁体混凝土产生裂纹,还可能使钢绞线出现很大塑性变形;拉力不足,则降低梁体的抗裂性能,在荷载作用下,影响梁的使用寿命,所以要校核张拉力。
设计图纸提供控制张拉力σk=0.75Fpk,钢绞线标准强度Fpk＝1860MPa,经校验控制张拉力Fk=σk×Ag×n=0.75×1860×140×5=976.5kN。
(2)张拉程序
为尽可能消除摩阻力的影响,测定实际伸长值,张拉采用二端同时张拉,并分三级,0→σ1(10%σk)→σ2(20%σk)σk→σk(持荷2min)。
(3)张拉伸长值的检验
预应力筋采用应力控制张拉,以伸长值进行校核,实际伸长值与理论伸长值差应控制在±6%以内,否则应暂行张拉,待查明原因并采取措施加以调整后,方可继续张拉。
(4)理论伸长值的计算式
ΔL=P-×L/Ap×Ep ;P-=P1×[1-e-(kL+μθ)]/(kL+μθ)
式中:ΔL—预应力筋的理论伸长值(cm);
P-—预应力筋的平均张拉力(N);
L—从张拉端至计算截面孔道长度(cm);
Ap—预应力筋的截面面积(mm2);
Ep—预应力筋的弹性模量(MPa);
P1—预应力筋张拉端的张拉力(N);
θ—从张拉端至计算截面线孔道部分切线的夹角之和(rad);
k—孔道每束局部偏差对摩擦的影响系数;
μ—预应力筋与孔道壁之间的磨擦系数。
查图纸资料:预埋波纹管偏差系数K=0.0015,预埋波纹管摩阻系数μ=0.2
已知:Q1=1.745/20=0.0872rad,L1=500+5437mm,L11=1745mm,L111=2577.5mm。
实验有Ep=1.954×105Mpa,Ap=140mm2
验算有控制张拉力F=976.5kN,分段求出伸长量,L1第一段可视作直线,故θ=0
ΔL1=Fk×L1/(Ap×Ep)×[1-e-(kL1+μθ)/(kL1+μθ)]
=976.5×103×593.7/(5×140×1.954×105)×[1-2.718-(0.0015×5.937+0.25×0)/(0.0015×5.937+0.25×0)]
=(579748.05/136780)×1
=4.24cm
ΔL11=976.5×103×174.5/(5×140×1.954×105)×[1-2.718-(0.0015×1.745+0.25×0.0872)/(0.0015×1.745+0.25×0.0872)]
=170399.25/136780×(1-2.718-0.0244/0.0244)
=1.25×(1-0.9758)/0.0244
=1.24cm
ΔL111=976.5×103×257.75/(5×140×1.954×105)×[1-2.718-(0.0015×2.5775+0.25×0)/(0.0015×2.5775+0.25×0)]
=251692.8/136780×1.0335
=1.9cm
ΔL(N1)=(ΔL+ΔL11+ΔL111)×2=(4.24+1.24+1.9)×2=14.76cm
同理可算出N2 的理论伸长值,
因此,该桥梁边跨中梁预应力筋理论伸长值为14.76cm。
(5)实际伸长值ΔL(cm)=ΔL1+ΔL2
式中:ΔL1从初应力至最大张拉力间的实测伸长值cm;
ΔL2从初应力时的推算伸长值cm,可采用相邻级的伸长值。
预应力筋张拉前,应先调整到初应力σ。为张拉控制应力的10%～15%,再开始张拉和测量伸长值,实际伸长值除测得伸长值外,应加上初应力时的推算伸长值。对于后张法,混凝土在张拉过程中产生的弹性压缩值一般可忽略。
经1200片20m梁板现场张拉测量,张拉后的实际伸长值与理论伸长值比较,误差在±6%范围内,符合规范要求。
关键词:后张法 预应力 张拉 控制
中图分类号:U445.57 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)11(c)-0032-01
1 张拉前的检测
宜巴高速公路K55＋785皂角树特大桥,设计采用抗拉强度标准Fpk=1860mPa,公称直径d=15.20mm的低松弛高强度钢绞线预应力混凝土20m空心梁板,斜交角90度。横向采用18片先简支后结构连续混凝土梁板,下部采用桩柱式桥墩、钻孔灌注桩基础。桥台采用肋式桥台、钻孔灌注桩基础,桥长1506.08m。
钢筋混凝土梁板制作完毕,预应力筋孔道成孔后,要在张拉前做各种检测符合规范和设计要求后方可施工。
(1)梁体混凝土强度的检测
张拉前,首先对与梁体同条件养护下的混凝土试块进行检测,本桥混凝土设计强度C50,设计要求混凝土强度达到设计强度的85％,且混凝土龄期不小于7天,方可进行张拉,即允许张拉的梁体混凝土强度σ＝85％×50＝42.5MPa。该桥梁板1350片,已浇筑完成1200片,经检测7天混凝土强度都满足设计张拉要求。
(2)钢绞线的性能检验
本桥设计的预应力筋为Φs15.20高强度低松弛钢绞线,标准强度Fpk=1860MPa。经检验钢绞线性能指标如表1所示。
由以上数据可得:屈服负荷、破断负荷均符合要求,伸长率大于3.5％,极限抗拉强度大于标准强度。因此,钢绞线性能满足要求。
(3)锚具的检测
经检验,YM15--5锚具检验数据如下:5根钢绞线的平均极限抗拉力之和为273.26×5＝1366.3kN,钢绞线锚具组装件实测极限抗拉力为1280.86kN,平均极限总应度ε总＝4％,锚具效率系数ηa＝0.953。上述数据依据GB/T14370－2000及GB/T5224-2003标准规定。锚固效率系数95.3％>95％;总应度4％>2％。
锚具的锚固能力＝锚具预应力组合筋实际破断力/(预应力标准强度×截面积)×100％=1280.86×103/(1860×140×5)=98.84%,大于90％,因此锚具性能符合要求。
(4)千斤顶与油表的校验
张拉前要对千斤顶与油表进行校验,求出校准方程,以确保精确的张拉力,经检验,千斤顶编号1＃,压力油表编号47068.72为一组,另一组千斤顶编号2#,压力油表编号30358k;其校准方程分别为y＝28.0620×(+10.6625)、y＝28.8525×(—10.4165)。
注:×为油表读数MPa,y为张拉力kN,且千斤顶为主动出力。
2 张拉的程序和伸长值的校核
(1)控制张拉力的校核
因为张拉力过大,可能使梁体混凝土产生裂纹,还可能使钢绞线出现很大塑性变形;拉力不足,则降低梁体的抗裂性能,在荷载作用下,影响梁的使用寿命,所以要校核张拉力。
设计图纸提供控制张拉力σk=0.75Fpk,钢绞线标准强度Fpk＝1860MPa,经校验控制张拉力Fk=σk×Ag×n=0.75×1860×140×5=976.5kN。
(2)张拉程序
为尽可能消除摩阻力的影响,测定实际伸长值,张拉采用二端同时张拉,并分三级,0→σ1(10%σk)→σ2(20%σk)σk→σk(持荷2min)。
(3)张拉伸长值的检验
预应力筋采用应力控制张拉,以伸长值进行校核,实际伸长值与理论伸长值差应控制在±6%以内,否则应暂行张拉,待查明原因并采取措施加以调整后,方可继续张拉。
(4)理论伸长值的计算式
ΔL=P-×L/Ap×Ep ;P-=P1×[1-e-(kL+μθ)]/(kL+μθ)
式中:ΔL—预应力筋的理论伸长值(cm);
P-—预应力筋的平均张拉力(N);
L—从张拉端至计算截面孔道长度(cm);
Ap—预应力筋的截面面积(mm2);
Ep—预应力筋的弹性模量(MPa);
P1—预应力筋张拉端的张拉力(N);
θ—从张拉端至计算截面线孔道部分切线的夹角之和(rad);
k—孔道每束局部偏差对摩擦的影响系数;
μ—预应力筋与孔道壁之间的磨擦系数。
查图纸资料:预埋波纹管偏差系数K=0.0015,预埋波纹管摩阻系数μ=0.2
已知:Q1=1.745/20=0.0872rad,L1=500+5437mm,L11=1745mm,L111=2577.5mm。
实验有Ep=1.954×105Mpa,Ap=140mm2
验算有控制张拉力F=976.5kN,分段求出伸长量,L1第一段可视作直线,故θ=0
ΔL1=Fk×L1/(Ap×Ep)×[1-e-(kL1+μθ)/(kL1+μθ)]
=976.5×103×593.7/(5×140×1.954×105)×[1-2.718-(0.0015×5.937+0.25×0)/(0.0015×5.937+0.25×0)]
=(579748.05/136780)×1
=4.24cm
ΔL11=976.5×103×174.5/(5×140×1.954×105)×[1-2.718-(0.0015×1.745+0.25×0.0872)/(0.0015×1.745+0.25×0.0872)]
=170399.25/136780×(1-2.718-0.0244/0.0244)
=1.25×(1-0.9758)/0.0244
=1.24cm
ΔL111=976.5×103×257.75/(5×140×1.954×105)×[1-2.718-(0.0015×2.5775+0.25×0)/(0.0015×2.5775+0.25×0)]
=251692.8/136780×1.0335
=1.9cm
ΔL(N1)=(ΔL+ΔL11+ΔL111)×2=(4.24+1.24+1.9)×2=14.76cm
同理可算出N2 的理论伸长值,
因此,该桥梁边跨中梁预应力筋理论伸长值为14.76cm。
(5)实际伸长值ΔL(cm)=ΔL1+ΔL2
式中:ΔL1从初应力至最大张拉力间的实测伸长值cm;
ΔL2从初应力时的推算伸长值cm,可采用相邻级的伸长值。
预应力筋张拉前,应先调整到初应力σ。为张拉控制应力的10%～15%,再开始张拉和测量伸长值,实际伸长值除测得伸长值外,应加上初应力时的推算伸长值。对于后张法,混凝土在张拉过程中产生的弹性压缩值一般可忽略。
经1200片20m梁板现场张拉测量,张拉后的实际伸长值与理论伸长值比较,误差在±6%范围内,符合规范要求。