现浇连续箱梁预应力张拉计算.docx
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现浇连续箱梁预应力张拉计算
沙滨路连续箱梁拉计算
预应力施工作业指导书
编制:
审核:
审批:
拓达建设集团
2011年5月21日
预应力施工作业指导书
后法预施应力是待混凝土构件达到一定的强度后,在构件预留孔道中穿入预应力筋,使预应力筋对混凝土构件施加应力。
这是一项十分重要的工作,施加预应力过多或不足都会影响预制构件质量,必须按设计要求,准确地施加预应力。
一、拉前的准备工作
1、拉前需完成梁预留孔道、制束、制锚、穿束和拉机具设备的准备工作。
2、拉作业上岗作业人员必须经过特种作业培训,并取得特种作业合格证书。
施工前,还必须对所有作业人员进行严格的施工技术交底。
3、钢绞线、锚具、拉千斤顶、压力表等设备必须经专业检测单位检测,并取得检验合格报告。
4、拉安全防护设备已安装完毕并在作业区周边布设警示标志,由专人负责看护、挪动。
二、拉程序
预应力拉要求混凝土强度达到90%且龄期不少于7天方可拉,拉时需纵横向钢束交替进行,纵向钢束拉按先长后短的原则进行作业。
拉工序为:
0→初应力→控制应力(持荷2分种锚固)。
三、拉控制数据计算
本作业指导书以标准段3×30m箱梁纵向和横向预应力筋伸长量计算为例进行编制。
㈠、计算依据
1、采用YJM15系列自锚性能锚具(即:
YJM15-15、YJM15-7),拉设备采用YCW250型、YCW400型配套千斤顶,已通过质量监督检验所检验合格并标定,检验证书附后。
2、本桥采用低松驰高强度预应力钢绞线,单根钢绞线为15.24mm(钢绞线试验面积Ag=140.9mm2),标准强度fpk=1860Mpa,弹性模量Ep=1.98×105Mpa。
锚下控制应力:
σcon=0.75fpk=0.75×1860=1395Mpa。
3、拉时采用预应力筋的拉力与预应力筋的伸长量双控,并以预应力筋的拉力控制为主。
4、瓯海大道西段快速路8标高架桥标准段施工图纸及《公路桥涵施工技术规》JTJ041-2000。
㈡、理论拉伸长值的计算
1、按现行桥涵施工规,预应力筋的理论伸长值△L(mm)为:
△L=Pp×L/Ap×Ep…………………………………………
(1)
Pp—预应力筋的平均拉力(N);
L—预应力筋的长度(mm);
Ap—预应力筋的截面积(mm2);
Ep—预应力筋的弹性模量(N/mm2)。
2、预应力筋的平均拉力为:
Pp=P(1-e-(kx+uθ))/(kx+uθ)………………………
(2)
P—预应力筋拉端的拉力(N);
x—从拉端至计算截面的孔道长度(m);
θ—从拉端至计算截面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;
u—预应力筋与孔道壁的摩擦系数。
3、交界点拉力计算公式为:
Px=Pe-(kx+uθ)…………………………………………(3)
(3)式中各符号含义上同。
4、由图纸设计标准段3×30m箱梁钢绞线布置图知:
纵向预应力布置参数
预应力筋编号
K取值
μ取值
预应力筋分段长度(m)
拉形式
N1、N1'
0.0015
0.15
1(拉端)
3.9
两端拉
2
7.8
3
8.1
4
7.0
5
8.1
6
3.5
N2、N2'
0.0015
0.15
1(拉端)
4.5
两端拉
2
10.8
3
8.1
4
4.0
5
8.1
6
5.0
N3、N3'
0.0015
0.15
1(拉端)
4.9
两端拉
2
13.9
3
7.6
4
2.0
5
7.6
6
6.5
N4
0.0015
0.15
1(拉端)
2.0
单端拉
2
5.0
3
3.0
N5
0.0015
0.15
1(拉端)
2.0
单端拉
2
32.6
3
3.0
N6
0.0015
0.15
1(拉端)
2.0
单端拉
2
3.0
3
3.0
N7
0.0015
0.15
1(拉端)
2.6
两端拉
2
21.0
端横梁预应力布置参数
预应力筋编号
K取值
μ取值
预应力筋分段长度(m)
拉形式
N1
0.0015
0.15
1(拉端)
4.3
两端拉
2
4.0
N2
0.0015
0.15
1(拉端)
4.8
两端拉
2
3.5
端横梁预应力布置参数
预应力筋编号
K取值
μ取值
预应力筋分段长度(m)
拉形式
N1
0.0015
0.15
1(拉端)
4.3
两端拉
2
4.0
N2
0.0015
0.15
1(拉端)
4.8
两端拉
2
3.5
横向预应力布置参数
预应力筋编号
K取值
μ取值
预应力筋分段长度(m)
拉形式
N
0.0015
0.15
1(拉端)
2.00
两端拉
2
0.50
3
9.75
钢绞线截面积和弹性模量则根据试验数据取:
Ag=140.9mm2,Ep=1.98×105MPa,将已知数据按实际情况代人⑴、⑵、⑶公式,即可求的计算钢绞线的伸长量△L。
5、3×30m箱梁纵向预应力筋N1、N1'—15φs15.24的伸长量计算:
⑴:
第一段
拉端拉力:
P=(0.75×1860×140.9×15)/1000=2948.33KN。
参数kx+uθ=0.0015×3.9+0.15×0.3668=0.0609,
参数e-(kx+uθ)=0.9409,
截面积Ap=140.9×15=2113.5mm2。
第一段理论伸长值为:
△L=(P(1-e-(kx+uθ))×L)/(Ap×Ep×(kx+uθ))
=2948330×3900×(1-0.9409)/2113.5×198000×0.0609
=26.67(mm)
⑵:
第二段
交界点拉力:
Px=P×e-(kx+uθ)
=2948.33×0.9884=2914.13KN。
参数kx+uθ=0.0015×7.8+0.15×0=0.0117,
参数e-(kx+uθ)=0.9884,
截面积Ap=140.9×15=2113.5mm2。
第二段理论伸长值为:
△L=(Px×L)/(Ap×Ep×(kx+uθ))
=2914130×7800×(1-0.9884)/2113.5×198000×0.0117
=53.85(mm)
⑶:
第三段
交界点拉力:
Px=P×e-(kx+uθ)
=2914.13×0.9618=2802.92KN。
参数kx+uθ=0.0015×8.1+0.15×0.178=0.0389,
参数e-(kx+uθ)=0.9618,
截面积Ap=140.9×15=2113.5mm2。
第三段理论伸长值为:
△L=(Px×L)/(Ap×Ep×(kx+uθ))
=2802920×8100×(1-0.9618)/2113.5×198000×0.0389
=53.28(mm)
⑷:
第四段
交界点拉力:
Px=P×e-(kx+uθ)
=2802.92×0.9896=2773.65KN。
参数kx+uθ=0.0015×7+0.15×0=0.0105,
参数e-(kx+uθ)=0.9896,
截面积Ap=140.9×15=2113.5mm2。
第四段理论伸长值为:
△L=(Px×L)/(Ap×Ep×(kx+uθ))
=2773650×7000×(1-0.9896)/2113.5×198000×0.0105
=45.95(mm)
⑸:
第五段
交界点拉力:
Px=P×e-(kx+uθ)
=2773.65×0.9618=2667.81KN。
参数kx+uθ=0.0015×8.1+0.15×0.178=0.0389,
参数e-(kx+uθ)=0.9618,
截面积Ap=140.9×15=2113.5mm2。
第五段理论伸长值为:
△L=(Px×L)/(Ap×Ep×(kx+uθ))
=2667810×8100×(1-0.9618)/2113.5×198000×0.0389
=50.71(mm)
⑹:
第六段
交界点拉力:
Px=P×e-(kx+uθ)
=2667.81×0.9948=2653.84KN。
参数kx+uθ=0.0015×3.5+0.15×0=0.0053,
参数e-(kx+uθ)=0.9948,
截面积Ap=140.9×15=2113.5mm2。
第六段理论伸长值为:
△L=(Px×L)/(Ap×Ep×(kx+uθ))
=2653840×3500×(1-0.9948)/2113.5×198000×0.0053
=21.78(mm)
综合⑴、⑵、⑶、⑷、⑸、⑹计算数据,半幅孔道纵向预应力筋钢束理论伸长值为:
△L=26.67+53.85+53.28+45.95+50.71+21.78=254.35mm。
据此可得纵向预应力筋N1、N1'理论计算伸长值为:
252.24×2=504.48mm;
重复上述计算过程,即可求得:
N2、N2'—15φs15.24理论计算伸长值为:
266.5×2=533mm;
N3、N3'—15φs15.24理论计算伸长值为:
279.5×2=559mm;
N4—7φs15.24理论计算伸长值为:
70mm;
N5—7φs15.24理论计算伸长值为:
247mm;
N6—7φs15.24理论计算伸长值为:
56mm;
N7—7φs15.24理论计算伸长值为:
159.5×2=319mm;
6、3×30m箱梁端横梁预应力筋N1—12φs15.24的伸长量计算:
⑴:
第一段
拉端拉力:
P=(0.75×1860×140.9×12)/1000=2358.67KN。
参数kx+uθ=0.0015×4.3+0.15×0.2304=0.0410,
参数e-(kx+uθ)=0.9598,
截面积Ap=140.9×12=1690.8mm2。
第一段理论伸长值为:
△L=(P(1-e-(kx+uθ))×L)/(Ap×Ep×(kx+uθ))
=2358670×4300×(1-0.9598)/1690.8×198000×0.0410
=29.66(mm)
⑵:
第二段
交界点拉力:
Px=P×e-(kx+uθ)
=2358.67×0.9940=2344.52KN。
参数kx+uθ=0.0015×4+0.15×0=0.006,
参数e-(kx+uθ)=0.9940,
截面积Ap=140.9×15=1690.8mm2。
第二段理论伸长值为:
△L=(Px×L)/(Ap×Ep×(kx+uθ))
=2344520×4000×(1-0.9940)/1690.8×198000×0.006
=28.01(mm)
综合⑴、⑵计算数据,3×30m箱梁端横梁半幅孔道预应力筋钢束理论伸长值为:
△L=29.66+28.01=57.67mm。
据此可得端横梁预应力筋N1理论计算伸长值为:
57.67×2=115.35mm;
重复上述计算过程,即可求得:
N2—12φs15.24理论计算伸长值为:
57.11×2=114.22mm;
7、3×30m箱梁中横梁预应力筋N1—15φs15.24的伸长量计算:
⑴:
第一段
拉端拉力:
P=(0.75×1860×140.9×15)/1000=2948.33KN。
参数kx+uθ=0.0015×4.3+0.15×0.2304=0.0410,
参数e-(kx+uθ)=0.9598,
截面积Ap=140.9×15=2113.5mm2。
第一段理论伸长值为:
△L=(P(1-e-(kx+uθ))×L)/(Ap×Ep×(kx+uθ))
=2948330×4300×(1-0.9598)/2113.5×198000×0.0410
=29.66(mm)
⑵:
第二段
交界点拉力:
Px=P×e-(kx+uθ)
=2948.33×0.9940=2930.7KN。
参数kx+uθ=0.0015×4+0.15×0=0.006,
参数e-(kx+uθ)=0.9940,
截面积Ap=140.9×15=2113.5mm2。
第二段理论伸长值为:
△L=(Px×L)/(Ap×Ep×(kx+uθ))
=2930700×4000×(1-0.9940)/2113.5×198000×0.006
=28.01(mm)
综合⑴、⑵计算数据,3×30m箱梁中横梁半幅孔道预应力筋钢束理论伸长值为:
△L=29.66+28.01=57.67mm。
据此可得中横梁预应力筋N1理论计算伸长值为:
57.67×2=115.35mm;
重复上述计算过程,即可求得:
N2—15φs15.24理论计算伸长值为:
57.11×2=114.22mm;
8、3×30m箱梁横向预应力筋N1—3φs15.24的伸长量计算:
⑴:
第一段
拉端拉力:
P=(0.75×1860×140.9×3)/1000=589.67KN。
参数kx+uθ=0.0015×2+0.15×0=0.003,
参数e-(kx+uθ)=0.997,
截面积Ap=140.9×3=422.7mm2。
第一段理论伸长值为:
△L=(P(1-e-(kx+uθ))×L)/(Ap×Ep×(kx+uθ))
=589670×2000×(1-0.997)/422.7×198000×0.003
=14.09(mm)
⑵:
第二段
交界点拉力:
Px=P×e-(kx+uθ)
=589.67×0.9918=584.83N。
参数kx+uθ=0.0015×0.5+0.15×0.0499=0.0082,
参数e-(kx+uθ)=0.9918,
截面积Ap=140.9×3=422.7mm2。
第二段理论伸长值为:
△L=(Px×L)/(Ap×Ep×(kx+uθ))
=584830×500×(1-0.9918)/422.7×198000×0.0082
=3.49(mm)
⑶:
第三段
交界点拉力:
Px=P×e-(kx+uθ)
=584.83×0.9855=576.33N。
参数kx+uθ=0.0015×9.75+0.15×0=0.0146,
参数e-(kx+uθ)=0.9855,
截面积Ap=140.9×3=422.7mm2。
第三段理论伸长值为:
△L=(Px×L)/(Ap×Ep×(kx+uθ))
=576330×9750×(1-0.9855)/422.7×198000×0.0146
=66.68(mm)
综合⑴、⑵、⑶计算数据,3×30m箱梁横向预应力半幅孔道预应力筋钢束理论伸长值为:
△L=14.09+3.49+66.68=84.26mm。
据此可得横向预应力筋N理论计算伸长值为:
84.26×2=168.52mm;
根据工程进展,本预应力施工作业指导书主要针对标准段3×30m、4×30m、5×30m、30+40+30m跨、16m预应力空心板梁及25m预应力空心板梁。
具体的伸长量计算数值详见附表。
四、拉力与油表读数对应关系
预应力筋控制拉力P=σcon×Ag×n,
其中:
n—为每束钢绞线根数,
Ag—为实测钢绞线截面积。
以标准段3×30m箱梁纵向预应力筋为例,则:
1、3×15.24钢束拉控制力为P=1395×140.9×3=589.67KN;
2、4×15.24钢束拉控制力为P=1395×140.9×4=786.22KN;
3、7×15.24钢束拉控制力为P=1395×140.9×7=1375.89KN;
4、15×15.24钢束拉控制力为P=1395×140.9×12=2358.67KN。
5、15×15.24钢束拉控制力为P=1395×140.9×15=2948.33KN。
拉力与油表读数对应关系
项目
千斤顶编号
油表
编号
控制拉力(KN)σcon×Ag×n
公称油压P(Mpa)
线性回归方程
10%
20%
100%
3φs15.2
911306
2735
589.68
2.51
4.84
21.58
P=29.76×油表压力-20.25
911310
617
589.67
2.58
4.93
19.51
P=29.29×油表压力-20.21
4φs15.2
911306
2735
786.222
3.20
6.15
27.84
P=29.76×油表压力-20.25
911310
617
786.222
3.29
6.29
26.51
P=29.29×油表压力-20.21
7φs15.2
911306
2735
1375.89
5.26
10.08
46.60
P=29.76×油表压力-20.25
911310
0617
1375.89
5.42
10.36
47.51
P=29.29×油表压力-20.21
12φs15.2
103034
8266
2358.67
3.47
6.67
29.87
P=80.0×油表压力-43.82
103028
8758
2358.67
3.31
6.52
30.71
P=77.5×油表压力-22.57
15φs15.2
103034
8266
2948.33
4.34
8.15
37.31
P=80.0×油表压力-43.82
103028
8758
2948.33
4.13
8.08
38.34
P=77.5×油表压力-22.57
五、伸长值的控制
预应力筋拉时,应先调整到初应力σo,该初应力控制在0.1σk,伸长值应从初应力时开始量测。
预力筋的实际伸长值除量测的伸长值外,必须加上初应力以下的推算伸长值。
预应力值拉的实际伸长值△L(mm),可按下式计算:
△L=△L1+△L2
式中:
△L1—从初应力至最大拉力间的实测伸长值(mm)
△L2—初应力以下的推算伸长值(mm),可采用相邻级的伸长值。
拉预应力钢绞线时,采用应力应变双控制,伸长值应使用测量精度不大于±1mm的标尺测量,测量方法为在初应力下测量外露预应力筋至固定参考点的位置,再测量控制应力下外露预应力筋至固定参考点位置,其差值减去远端工具锚具回缩值,即为初应力至终应力下的伸长值,再加上初应力以下推算伸长值即为总伸长。
若两端同时拉同时量测,则需把差值相加,即为初应力至终应力之间的伸长值。
如果实际伸长值超出计算伸长值的±6%,则应暂停拉,在采取措施后,方可继续拉。
伸长值校核应在拉过程中同时校核。
实测伸长值与理论伸长值误差应控制在±6%之,若超出此围应停止拉,待查明原因,纠正后方可继续拉。
比较公式:
-6%≤(δ-△L)/△L≤6%△L为修正后的伸长值。
六、质量保证措施
由于预应力工程属隐蔽工程,施工好后很难对施工质量进行检测,因此在工程施工前还须制定各道工序的质量保证措施,主要容包括如下:
⑴、所有原材料的材料性能检验;
⑵、锚夹具性能的检验;
⑶、编束、穿束质量检验
⑷、拉质量保证措施;
⑸、综合施工质量评价。
2、预应力工程验收时应提供的文件和记录:
⑴、预应力筋及锚具出厂质量合格证件及有关性能指标资料;
⑵、混凝土试件试验报告与质量评定记录;
⑶、预应力筋锚具力学性能复试报告;
⑷、隐蔽工程验收记录;
⑸、拉设备标定记录;
⑹、预应力筋拉记录;
⑺、拉过程测试试验报告。
七、安全保证措施
1、单位工程开工前,必须对进场工人进行安全教育,有针对性地进行安全技术交底,双方须履行签字手续。
2、严格遵守施工现场安全管理制度,正确使用个人防护用品和安全防护措施,进入施工现场必须戴好安全帽。
3、钢绞线开盘料要做好防护措施,以防止钢绞线弹出伤人。
4、在预应力作业中,必须特别注意安全、因为预应力持有很大的能量,万一预应力筋被拉断或锚具与拉千斤顶失效,巨大能量急剧释放,有可能造成巨大危害。
因此,在任何情况下作业人员不得站在预应力筋的两端及千斤顶后面。
无关人员一律不得围观。
5、操作千斤顶和测量伸长值的人员,应站在千斤顶侧面操作,严格遵守操作规程。
油泵开动过程中,操作人员不得擅自离开岗位。
如需离开,必须把油阀门全部松开或切断电路。
6、拉施工时,拉操作台必须搭设牢固可靠,锚具及其机具严防高空坠落。
7、严防高压油管出现死弯或扭转,发现后应立即卸除油压进行处理。
8、施工用电做到一机一保,严禁乱接电线,以避免发生触电事故。
工作结束应及时切断电源。
9、工具锚和工作锚上用的夹片,使用时须分别存放,绝对不能与锚固端锚具和夹片混在一起,以防误用。
10、千斤顶支撑必须与梁端垫板接触良好,位置正确、对称,严禁加多层铁垫板,以防支撑不稳定或受力不均倾倒伤人。
11、检查拉设备、工具是否符合施工及安全要求。
压力表应按规定周期进行检验标定。
12、油泵开动时,进、回油速度与压力表指针升降,应平稳、均匀一致。
安全阀保持灵敏可靠。
油泵操作人员要戴防护眼罩。
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