整理后张法预应力钢绞线伸长量计算书.docx
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整理后张法预应力钢绞线伸长量计算书
后张法预应力钢绞线张拉计算及说明
A钢绞线伸长量计算方法
关数据的采用与理论伸长值的计算
计算说明:
预应力筋采用控制应力方法进行张拉时,应以伸长值进行校核.为控制预应力钢绞线张拉实际伸长值与理论伸长值的差值,应先计算出钢绞线的理论伸长值.根据《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-89)条文说明第11.5.7条,由直线与→曲线混合组成的预应力钢材,其伸长值应分段计算,然后叠加.
钢绞线理论伸长值直线段采用公式:
△L=P0×L/(Ay×Eg)式中:
△L:
钢绞线直线段理论伸长值(mm);
P0:
计算截面处钢绞线张拉力(N);
L:
预应力钢绞线长度(mm);
Ay:
预应力钢材截面面积(mm2);
Eg:
预应力钢材弹性模量(N/mm2).
钢绞线理论伸长值曲线段采用公式:
△L=P×L/(Ay×Eg)式中:
△L:
钢绞线曲线段理论伸长值(mm);
P:
预应力钢材平均张拉力(N);
其余符号同直线段.
关于P0,P的计算:
P0=P[1-(1-e-(kx+uθ))]
P=P[1-e-(kx+uθ)]/(kx+uθ):
P:
张拉端钢绞线张拉力
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切角之和(rad);
K:
孔道每m局部偏差对摩擦的影响系数;
U:
预应力钢材与孔道壁的摩擦系数;
计算中有关数据
Ay=140×6=840mm2(试验值)
Rby=1860Mpa
бk=0.75Rby=1395Mpa
Eg=1.96×105Mpa(试验值)
K=0.015(规范取值)
U=0.225(规范取值)
θ=0.0436rad
钢绞线长度
(1)考虑到实际施工中采用穿心式千斤顶,所以钢绞线长度应计入千斤顶
长度,YCW150型千斤顶回程后的长度为450mm.
(2)曲线段长:
1.915m×2
直线段长:
15.771m
Po,P的计算(б=0.1бk)
P=0.1бk×840=0.1×1395×840
=117180N
P=P[1-e-(kx+uθ)]/(kx+uθ)
=117180×0.0126/0.0127
=116439N
Po=P[1-(-e-(kx+uθ))]
=117180×(1-0.0126)=115704N
钢绞线理论伸长值计算
①当б=0.1бk时
千斤顶部分:
△L=P×L/(Ay×Eg)
=117180×450×2/(840×1.96×105)
=0.64mm
曲线部分:
△L=2×P×L/(Ay×Eg)
=116439×1915×2/(840×1.96×105)
=2.71mm
直线部分:
△L=Po×L/(Ay×Eg)
=115704×15771/(840×1.96×105)
=11.08mm
∑△L=0.64+2.71+11.08
=14.43mm
②当б=бk时
△L=144.3mm
③当б=1.05бk时
△L=144.3×1.05=151.51mm
应力与伸长值及压力表读数之间的关系
首先根据试验,按一元线性回归曲线标定出油表与相应的千斤顶之间的
关系曲线方程,1562#压力表配套的千斤顶编号为022#,
其关系曲线方程为y=-0.01+0.03601x;1557#压力表配套的千斤顶编号为023#,
其关系曲线方程为y=-0.03+0.03606x;拉力单位KN,伸长值单位为mm
压力表单位为Mpa.其对应关系如下表:
应力(Mpa)
б=0.1бk
б=0.2бk
б=бk
б=1.05бk
张拉力(KN)
117.18
234.36
1171.80
1230.39
伸长值(mm)
14.48
28.96
144.80
152.04
压力表读数
(Mpa)
1562#
4.21
8.43
42.19
44.30
1557#
4.20
8.42
42.22
44.34
张拉过程及发现问题
当一切准备工作就绪后,按照设计图纸要求的张拉程序进行施工(0→0.1бk→0.2бk
→1.05бk持荷5分钟→бk),根据前面算出的各阶段的控制张拉力所对应的油表读数对张拉力进行控制,首先张拉到0.1бk,量出千斤顶相应的伸长值,再依次张拉到0.2бk,бk,1.05бk,并量出相应的伸长值.具体记录数据见下表:
钢束编号
千斤顶编号
记录项目
0.1бk
0.2бk
1.0бk
1.05бk
N1
022#
油表读数
(Mpa)
4.21
8.43
42.19
44.30
伸长值
(mm)
19
39
85
86
023#
油表读数
(Mpa)
4.20
8.42
42.22
44.34
伸长值
(mm)
14
28
76
83
通过对记录数据的分析计算,0至0.1бk之间的伸长值,用相邻段伸长值代替(0.1бk到0.2бk),并扣除混凝土的压缩量(取C=4.5mm),其实际伸长值计算如下:
△L实=85-19+(39-19)+76-14+(28-14)-C=157.5mm
△L实/△L=157.5/144.3=109%
由以上数据可以看出,钢绞线实际伸长值超出理论伸长值达9%,超过规范允许的6%以内规定.为了保证施工质量,我们按照施工程序,下达了停止张拉指令.为了查明原因,我们进行了以下几个方面的检查工作:
(1)检查计算过程符合规范要求,并且数据计算无误.
(2)对油表与千斤顶等张拉设备进行重新标定,与原标定的结果在规范允许的范围内.
(3)重做钢绞线弹模试验,与上次试验相符.
(4)检查张拉设备的安装情况,张拉过程,均符合要求.
采取措施
通过以上大量,细致的检查分析均未发现问题.为了使问题早点得到解决,指挥部和施工单位请来了许多专家和有经验的工程师来进行论证和探讨,分析了多种情况,也没有找到具体原因.最后本人通过对记录的数据进行分析,发现张拉过程中钢绞线的伸长值从0.1бk到0.2бk比从0到0.1бk的长度还要长,因此,分析可能是张拉时的初应力较小,计算的钢绞线的实际伸长值包括钢绞线松驰长度,从而造成钢绞线实际伸长值比理论值长.经过进一步的分析研究发现,当张拉力同步增长时,钢束的各阶段实测伸长量不相等,其实测伸长量增加值的平均值也不相等,其主要原因是各钢束受力不均匀,引起受力不均匀的主要因素包括钢绞线分布位置变动,锚具夹片滑移和部分钢绞线非弹性变形等,这些因素会使实测伸长量加大,有关文献将这部分加大的伸长量称做附加伸长量,而现行规范只考虑应变引起的伸长量,而未考虑非应变引起的附加伸长量.为了尽可能减少附加伸长量,我们将原张拉程序进行调整为:
0→0.25бk→0.5бk
→бk(持荷2分钟锚固),并且按照上述工序试张拉一片梁看情况如何.在施工过程中,严格按照《公路桥涵施工技术规范》(JT041-2000)的要求进行操作,张拉完成后,通过数据计算发现其实际伸长值与理论伸长值的差值在6%以内,符合规范要求.接着又按调整后的张拉程序张拉了几片梁,结果均符合要求.具体记录数据如下:
钢束编号
千斤顶编号
记录项目
0.25бk
0.5бk
1.0бk
N1
022#
油表读数
(Mpa)
10.89
21.26
42.00
伸长值
(mm)
27
49
88
023#
油表读数
(Mpa)
11.19
21.53
42.20
伸长值
(mm)
37
53
93
△L实=88-27+(49-27)+93-37+(53-37)-C=150.5mm
△L实/△L=150.5/144.3=104%
经验总结和体会
为了准确控制钢绞线的伸长值,尽量减少实测伸长值与理论伸长值之间的差值,在后张法钢绞线张拉施工过程中,要认真做到以下几点:
1,预留预应力筋管道的位置应准确,采用钢筋卡子定位,用铁丝绑扎固定,避免管道在浇筑混凝土过程中移位.合理确定钢绞线与管道之间的摩擦系数,及时调整k,u系数.
2,钢绞线应符合《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224-95)的要求,并应按规定抽样检查.每次到货的钢绞线都应重新测定其弹性模量,以确定出厂合格证书上的数值是否准确.
3,千斤顶的精度应在使用前校准.使用超过6个月或200次,以及在使用过程中出现不正常现象时,应重新校准.任何时候在工地测出的预应力钢绞线伸长值有差异时,千斤顶应进行再校准.
4,用于测力的千斤顶的压力表应同千斤顶视为一个单元同时校准,并在量程范围内建立精确的标定关系,以确定张拉力与压力表读数之间的曲线方程.
5,应考虑锚具变形量和锚下混凝土的压缩量对实测伸长值的影响.
6,施工过程中要根据实测伸长值和理论伸长值差值的大小,随时调整初应力的大小
B钢绞线伸长量计算
一、 主要计算公式
1.伸长量计算公式:
△L=(P平×L)/(E×A)
(1)
△L:
钢绞线伸长量,㎝
P平:
钢绞线平均张拉力,N
L:
钢绞线长度,㎝
E:
钢绞线弹性模量,MPa 一般图纸中有说明,但以试验室实测数据为准;
A:
钢绞线截面积,单根φ15.24钢绞线有效截面积为140㎜2
2.平均张拉力
P平=P×{1-e-(kL+μθ)}/(KL+μθ)
(2)
P:
张拉端张拉力,单根钢绞线张拉力P=1860×0.75×140=195.3KN
K:
孔道摩擦影响系数,图纸中有说明;
μ:
钢绞线与孔道的摩擦系数,图纸中有说明,
θ:
从张拉端至计算截面的孔道切线转角之和,当有平弯时同样参与计算,Rad(弧度)
二、 示例
图中L1=5米,L2=8,L3=10;θ1=10.30,θ2=8.10,θ3=5.60
钢绞线为15束,弹性模量E=2.0×105MPa,μ=0.15;k=0.001
计算过程如下:
1.θ=(10.3+8.1+5.6)/180×π=0.419(Rad);
2.根据P平=P×{1-e-(kL+μθ)}/(KL+μθ)
=195.3×15×{1-e-(0.001×23+0.15×0.419)}/(0.001×23+0.15×0.419)
=2807.3KN
3.根据
△L=(P平×L)/(E×A)=(2807.3×23)/(2.0×105×140×15)=15.3㎝
三、其它
1.一般估计时每米钢绞线按伸长0.6㎝考虑,
2.两端张拉时算出一半×2,
3.根据校顶报告计算张拉力时采用内差法;
4.有平弯时也要参与计算。
5.因为误差极小,所以,可用钢绞线的切线长可代替钢绞线长
C预应力钢绞线张拉伸长值的计算与施工操作
建筑施工2010-04-0800:
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摘 要:
预应力张拉计算伸长量计算方法及施工测量控制,现场准确施加预应力的方法,提出计算与施工时的注意事项
关键词:
预应力筋;伸长量计算;张拉控制;实际伸长值测量
预应力技术在的普遍应用,大大提高了结构自身的承载能力,结构自身重量也随之改变,节约了大量钢材、混凝土及其原材料,加快了公路建设的进程,取得了一定的经济和社会效益。
同时,预应力技术在结构的使用性能和寿命上起着举足轻重的作用,所以预应力的控制尤为重要。
在施工过程中,为了保证施工质量,预应力张拉要求采用双控,即应力控制为主,伸长量控制为辅,计算伸长值与实际测量伸长值的差值应控制在±6%范围内,因此伸长量的计算显得十分重要。
笔者根据商界高速公路SDN6合同段箱梁的预应力张拉施工过程控制和自己的施工体会,结合相关资料,对伸长值的计算与操作检测谈谈自己的观点。
商界高速公路SDN6合同段堡子沟中桥为装配式部分预应力混凝土箱梁,先简支安装、现浇连续接头的先简支后连续的结构体系,桥梁中心线与水流方向夹角为900。
桥型结构为3孔20m。
箱梁预应力筋两腹板对称设置,每腹板3组,锚具采用OVM15-5型,腹板钢绞线在竖平面与水平面内同时弯曲。
1预应力伸长量的计算
预应力施工分为两种,即先张法和后张法,先张法即先张拉预应力后进行钢筋砼施工,一般为直线,计算简便,可作为后张法不计管道摩擦来进行计算,张拉工艺有整体张拉和单根张拉两种。
后张法施工先进行构件的浇筑,浇筑前应先预埋节道,然后进行穿束张拉。
后张法预应力筋线形为直线、曲线组合布设,以梁板为例,在跨中主要抵抗荷载的正弯距,在梁端抵抗荷载作用时产生的负弯距,所以预应力筋线形是由直、曲相结合来进行体系转换。
由于不同线型区间平均应力存在很大差异,因此为确保计算准确,需分各计算伸长量后进行累加。
在预应力筋的张拉施工中,为了保证施工质量,规范要求除了用应力控制外,还需用伸长值进行校核,使实际伸长值与理论伸长值的差控制在±6%以内,因此张拉前的伸长值计算显得十分重要。
在此,笔者根据有关资料和自己的施工体会,对张拉应力伸长值的计算与测定谈几点看法。
根据施工规范,△L=△L1+△L2+△L3……+△Li,△L为预应力筋工作长度的理论伸长值。
对于个线形区间的计算伸长值△L,计算式为:
理论伸长量:
△L=PP*X/(AP*EP)
式中,PP为第i段的平均张拉力.N,△Li为第i段的工作长.cm,AP为预应力筋截面面积.mm2,EP为预应力筋弹性模量。
锚下平均张拉力的计算公式为:
PP=P×(1-e-(KX+μθ))/(KX+μθ)
式中,P为预应力钢材张拉端的张拉力.N,L为从张拉端至计算截面的孔道长度.m,θ为从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和,对于圆曲线,为该段的圆心角,如果孔道在竖平面和水平面内同时弯曲时,则θ为双向弯曲夹角之矢量和.rad,K为孔道1m局部偏差对摩擦的影响系数;μ为预应力筋与孔道壁的摩擦因数。
各段落区间的应力计算值在计算过程中并不能采用锚下平均张拉应力,而是采用克服了从张拉端至第1-i段的摩阻力后的剩余有效张拉力值,它随区段的增加而减小。
为减少摩檫损失,在张拉过程中采用以下措施:
(1)采用两端张拉,以减少θ值及管道长度L值;
(2)采用超张拉,其张拉工艺程序为:
0→初应力(一般为10%σk)→103%σk持荷5minσk。
2施工控制
预应力筋施加是否准确,除了计算计算参数取值和确定外界摩檫条件外,还与施工控制有密切关系。
施工过程控制的好坏,直接影响到计算取值的准确性,严格按照设计要求进行预留管孔道定位,孔道布设要准确,线形顺畅,孔壁光滑,以保证张拉控制应力施加和伸长值的准确性,确保预应力结构的质量及安全度。
2.1钢绞线编穿束
根据设计长度及工作长度采用切割机在工作台上下料,误差控制在±30mm,然后进行编束,各股保持平行,不得缠绕,每隔1-1.5m采用细铁丝呈8字型绑扎牢固,并在每股每束两端做好对应标记,各股在两端下相互错开3-5cm,以便于穿戴锚具。
2.2张拉及实际伸长值测量
预应力筋的实际伸长值是从张拉千斤顶的行程上测量推算而来的,具体方法如下:
对预应力筋一般按10%——20%(或15%-30%,具体分级由现场条件及油表最小刻度调整)——100%后持荷3-5分钟锚固(考虑到应力损失,一般超张拉3%-5%;具体分级由现场条件及油表最小刻度调整)的流程进行张拉,分别量出对应的千斤顶的行程△L,由于△L终中包含了预应力筋弹性变形以外,如锚具压实、预应力筋的自然松弛伸展等因素影响的千斤顶行程,所以应该减去,这就需要对测量结果进行认真核对,推算出实际伸长值。
伸长量计算式为:
△L=△L3-△L2+2(△L2-△L1)
式中:
△L——为预应力筋的实际伸长量
△L3-为100%张拉力时预应力筋的实测伸长量
△L2——为20%张拉力时预应力筋的实测长量
△L1——为10%张拉力时预应力筋的实测伸长量
现以张拉数据予以举例说明,取中梁腹板应力束张拉时数据,要求进行两端张拉,张拉流程为:
10%-20%-100%(持荷3分钟)-锚固。
表中实测伸长量计算公式为:
以N1左筋0#端断面值为例:
△L=99-32+2×(32-24)=83mm
结束语:
在实际施工过程中要密切注意各种数值的变化,认真核对实际伸长值数据,在计算工作长度时,要考虑千斤顶及锚具范围内的钢绞线长度。
在实际伸长值的测量过程中要准确,避免因读数误差引起误差。
在实际伸长量与理论伸长量差异较大时,要暂停张拉,对各种原因进行仔细分析,坚决不能盲目修改参数,以保证预应力的施加准确,确保构件的质量及安全性。
D设计伸长量复核
一、计算公式及参数
1、预应力平均张拉力计算公式及参数:
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的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檫的影响系数,取0.002
μ—预应力筋与孔道壁的摩檫系数,取0.14
2、预应力筋的理论伸长值计算公式及参数:
式中:
Pp—预应力筋平均张拉力(N)
L—预应力筋的长度(mm)
Ap—预应力筋的截面面积(mm2),取140mm2
Ep—预应力筋的弹性模量(N/mm2),取1.95×105N/mm2
二、伸长量计算:
1、N1束一端的伸长量:
单根钢绞线张拉的张拉力
P=0.75×1860×140=195300N
X=15.812/2=7.906m
θ=11.4×π/180=0.19897rad
kx+μθ=0.002×7.906+0.14×0.19897=0.0436678
Pp=195300×(1-e-0.0436678)/0.0436678=191097N
ΔL=PpL/(ApEp)=191097×7.906/(140×1.95×105)=55.3mm
与设计比较(55.3-57.1)/57.1=-3.15%
2、N2束一端的伸长量:
单根钢绞线张拉的张拉力
P=0.75×1860×140=195300N
X=15.821/2=7.9105m
θ=12.8×π/180=0.2234rad
kx+μθ=0.002×7.9105+0.14×0.2234=0.047097
Pp=195300×(1-e-0.047097)/0.047097=190772N
ΔL=PpL/(ApEp)=190772×7.9105/(140×1.95×105)=55.27mm
与设计比较(55.27-57.1)/57.1=-3.2%
E张拉时理论伸长量计算
一、计算参数:
1、K—孔道每米局部偏差对摩檫的影响系数:
取0.002
2、μ—预应力筋与孔道壁的摩檫系数:
取0.14
3、Ap—预应力筋的实测截面面积:
140mm2
4、Ep—预应力筋实测弹性模量:
2.02×105N/mm2
5、锚下控制应力:
σk=0.75Ryb=0.75×1860=1395N/mm2
6、锚圈口摩阻损失:
3.3%σk
7、单根钢绞线张拉端的张拉控制力:
P=103.3%×σkAp=201745N
8、千斤顶计算长度:
56cm
9、工作锚长度:
7cm
10、限位板计算长度:
2.5cm
11、工具锚计算长度:
不计
二、张拉时理论伸长量计算:
1、N1束一端的伸长量:
X=15.812/2=7.906m
L=7.906+(0.56+0.07+0.025)=8.561m
θ=11.4×π/180=0.19897rad
kx+μθ=0.002×7.906+0.14×0.19897=0.0436678
Pp=201745×(1-e-0.0436678)/0.0436678=197404N
ΔL=PpL/(ApEp)=197404×8.561/(140×2.02×105)=59.8mm
2、N2束一端的伸长量:
X=15.821/2=7.9105m
L=7.9105+(0.56+0.07+0.025)=8.566m
θ=12.8×π/180=0.2234rad
kx+μθ=0.002×7.9105+0.14×0.2234=0.047097
Pp=201745(1-e-0.047097)/0.047097=197068N
ΔL=PpL/(ApEp)=197068×8.566/(140×2.02×105)=59.7mm
三、千斤顶张拉力与对应油表读数计算
一、钢绞线的张拉控制应力:
12根钢绞线束:
σcon=103.3σk=103.3%×2343=2420.32KN
二、1523号千斤顶张拉、0050号油表时:
千斤顶回归方程:
P=-0.35+0.01035F
式中:
P——油压表读数(MPa)
F——千斤顶拉力(KN)
(1)、10%σcon=242.032KN时:
P=-0.35+0.01035F=-0.35+0.01035×242.032=2.16MPa
(2)、40%σcon=968.13KN时:
P=-0.35+0.01035F=-0.35+0.01035×968.13=9.67MPa
(3)、70%σcon=1694.22KN时:
P=-0.35+0.01035F=-0.35+0.01035×1694.22=17.19MPa
(4)、100%σcon=2420.32KN时:
P=-0.35+0.01035F=-0.35+0.01035×2420.32=24.7MPa
三、1524号千斤顶张拉、0054号油表时:
千斤顶回归方程:
P=0.21+0.01022F:
式中:
P——油压表读数(MPa)
F——千斤顶拉力(KN)
(1)、10%σcon=242.032KN时:
P=0.21+0.01022F=0.21+0.01022×242.032=2.68MPa
(2)、40%σcon=968.13KN时:
P=0.21+0.01022F=0.21+0.01022×968.13=10.10MPa
(3)、70%σcon=1694.22KN时:
P=0.21+0.01022F=0.21+0.01022×1694.22=17.52MPa
(4)、100%σcon=2420.32KN时:
P=0.21+0.01022F=0.21+0.01022×2420.32=24.95MPa
四、1525号千斤顶张拉、0077号油表时:
千斤顶回归方程:
P=-0.47+0.01024F:
式中:
P——油压表读数(MPa)
F——千斤顶拉力(KN)
(1)、10%σcon=242.032KN时:
P=-0.47+0.01024F=-0.47+0.01024×242.032=2.0MPa
(2)、40%σcon=968.13KN时
P=-0.47+0.01024F=-0.47+0.01024×968.13=9.44MPa
(3)、70%σcon=1694.22KN时:
P=-0.47+0.01024F=-0.47+0.01024×1694.22=16.88MPa
(4)、100%σcon=2420.32KN时:
P=-0.47+0.01024F=-0.47+0.01024×2420.32=24.31M
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