施工论文钢筋伸长量的计算更新.docx

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施工论文钢筋伸长量的计算更新

后张法预应力钢绞线张拉控制分析

（张金中交隧道工程局第三工程有限公司南京211100）

【摘要】本文通过对后张法预应力前期准备，数据复核，现场张拉质量控制的介绍，分析了伸长量计算的一般步骤，张拉控制的关键操作要领，并对其后续防护做了简要说明。

【关键词】后张法预应力伸长值张拉钢绞线

1前言

自从上世纪中期我国引进预应力钢绞线施工，并在一系列结构使用过程中表现出其优异的性能及服务的优越性，现在越来越多的建筑工程采用预应力工程进行结构设计。

预应力施工中关键控制节点虽多，但最终目的是使结构产生预定的预加应力值，让其能够满足设计使用功能，更好的服务于人们的日常生活。

由此可见，预应力施工中钢绞线的预加应力值控制显得尤为重要。

根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50—2011），预应力筋采用应力控制方法张拉时，应以伸长值进行校核，按预应力筋实际弹性模量计算的伸长值与实测伸长值相差不宜大于±6％。

而在实际施工中，钢绞线的布置往往由曲线段和直线段组成，这对钢绞线实际受力造成很大影响，各种预应力损失相应产生，因此张拉千斤顶和油表的标定、理论伸长值的计算和实际伸长值的量测成为关键控制因素。

本文将以南通市江海大道快速化改造工程F标段箱梁施工为例进行叙述讨论。

2工程概况

2.1概述

南通市江海大道快速化改造工程是快速路网规划中“一轴一环八射”中“八射”的最重要组成部分，作为南通市东西向的城市快速路，它不仅快速衔接主城区与通州区，还是机场和港口集疏运功能的区域快速通道。

本合同段的施工范围为K5+286.812-K6+500段以及DKSK0+270.187-DKSK1+186.282段的高架桥、雨污水管道、道路以及地面桥涵改造工程。

主线设计车速80km/h，定向、半定向匝道设计车速50km/h；主线桥面宽度26.2米，立交匝道宽度9.6～11米。

2.2设计参数

箱梁混凝土采用C50级

预应力钢束采用符合《预应力混凝土钢绞线》（GB/T5224-2003）的Ⅱ级低松弛钢绞线，标准强度为fpk=1860MPa,弹性模量为Ep=195000MPa，公称直径为15.20mm，公称面积为140mm2。

波纹管采用常用塑料波纹管，预应力钢束与管道的摩擦系数u=0.17，管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k=0.0015。

2.3千斤顶与油表校核

钢绞线张拉前需要对千斤顶和油表配套到质量监督机构认可的标定单位进行校验，然后根据校验给定的回归方程进行计算分级张拉的数据。

以下以每孔10根钢绞线的预应力工程为例做简要介绍：

将10根/束钢绞线的控制张拉力带入回归方程即可求得表1所示结果。

表1油顶分级张拉数据计算表

千斤顶编号：

1#（300t）油表号6666鉴定日期：

2013.7.11

回归方程

钢绞线根数

控制张拉力百分比对应的油表读数

15﹪

30﹪

60﹪

100﹪

y=0.0183x+0.3329

y为压力表读书

x为控制张拉力

10

5.7

11.1

21.8

36.1

通过以上计算结果在张拉10根/束钢绞线时便可以有效控制现场施工。

2.4控制张拉力的校核

施加张拉力的大小是否与设计张拉力相一致是预应力混凝土构件的重要控制性指标，施加的张拉力太大容易使结构局部应变超出其所能承受的限值而产生一系列裂缝，对结构使用安全造成很大影响；施加的张拉力太小使结构性能指标不满足设计值，后续使用同样存在重大安全隐患。

因此，预应力张拉前根据设计意图认真校核锚下控制张拉力显得尤为重要。

以下就本工程根据设计控制张拉力可以计算出单根钢绞线锚下控制张拉力为：

而管内钢绞线实际张拉力为扣除锚圈口摩阻损失阻力后所的数值，根据锚圈口摩阻损失的测试结果可以得出其张拉力：

2.5预应力施工前构件应满足的条件

●混凝土强度达到设计强度的95﹪以上；

●混凝土的弹性模量不低于设计值的90﹪；

●混凝土构件的养护时间不小于7天。

当混凝土构件同时满足以上三个条件时方可开始张拉。

2.6预应力筋张拉顺序

整个箱梁钢束张拉顺序为：

先张拉下层横梁钢束，再张拉纵向钢束，然后张拉上层横梁钢束，最后张拉桥面横向钢束。

纵向预应力钢束张拉顺序为先张拉腹板束，再张拉底板束，待腹板束压浆并封槽口，达到设计强度后张拉顶板束。

每种钢束张拉时先张拉长束，后张拉短束，构件整体采取对称张拉。

2.7张拉伸长量的控制

张拉采用“双控”，即油压表压力控制和伸长量控制，并以张拉力控制为主，伸长量控制为辅。

每一级荷载张拉完均应实测钢束的伸长量，并和理论伸长量进行比较，误差应不大于±6﹪，否则应查明原因后再张拉。

3常用钢绞线形式伸长量计算

3.1常用钢绞线布置形式

通常设计者为了使预应力构件达到理想的受力状态一般采用两端对称张拉方式布置钢绞线，但往往由于实际施工当中施工条件限制部分钢绞线需要以单端张拉的方式布置。

因此，我们常规施工当中，一般存在两种钢绞线布置方式：

单端张拉和两端张拉。

两端张拉方式中又存在对称张拉和非对称张拉，对称张拉钢绞线伸长量可以将钢绞线长度折中计算，类似单端张拉计算方法；而非对称张拉钢绞线不可以按照折中计算。

3.2伸长值计算

由《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50—2011）规定理论伸长值计算公式：

公式1

—预应力筋的平均张拉力（N）直线筋取张拉断的拉力；两端张拉的曲线筋，计算方法见规范附录C1；

—预应力筋的长度；

—预应力筋的截面面积（mm2）；

—预应力筋的弹性模量（N/mm2）。

预应力筋平均张拉力计算式：

公式2

—预应力筋平均张拉力（N）；

—预应力筋张拉端的张拉力（N）；

—从张拉端至计算截面的孔道长度（m）；

—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，根据施工情况查阅规范表C1；

—预应力筋与孔道壁的摩擦系数，根据施工情况查阅规范表C1。

3.2.1计算方法概述

后张法构件由于预应力筋与孔道之间存在摩擦阻力，预应力筋沿长度方向各截面的张拉力沿钢筋全长并不是均匀建立的，而是从张拉端开始向内逐渐减小。

因此，在应用公式1时，P应取为计算段内钢筋拉力的平均值。

取一段曲线预应力筋，令其起点拉力为Pm，经过长度x后，终点处拉力为Pn，取微段dn的拉力增量

，对x段进行积分：

得：

由上分析可知，加上孔道局部偏差对摩阻的影响可得：

公式3

其中：

—分段起点力；

Pn—分段终点力；

—意义同公式2，其中当

=0即为直线段。

由此可知，上一段的终点力即为下一段的起点力，以此类推直到计算最后阶段，由各分段伸长量

累加即可求得整段钢绞线的伸长量。

综上所述，计算钢绞线的伸长量采取分段计算累积求和法，即从钢绞线的自由端开始按直线段与曲线段的不同，依次分段计算每分段的伸长量再进行累积求和，最总求出整个钢绞线的伸长量。

那么单端张拉的钢绞线，只需从自由端开始按以上方法逐一求解即可；对于两端对称张拉的钢绞线，由于其两端对称受力，平衡点必然在其中心处，因此可以取整个钢绞线的中点定位固定点，然后按单端张拉的方法计算出一半的伸长量再乘以2即可；而两端不对称张拉的钢绞线，虽两端受力相同，但在其对称距离x1、x2、…均可能发生不一致，因此在钢绞线折中的位置作用力可能不相同，所以在计算两端非对称钢绞线张拉伸长量时，首先要计算出其受力的平衡点位置，然后从两端分段计算伸长量至平衡点处最后相加即可。

说明：

由于钢绞线的伸长量与其根数无关，因此本文计算钢绞线伸长量均以单根钢绞线伸长量进行计算。

在后续现场施工进行交底时，可以以将计算结果乘以每束钢绞线根数，即可得出该束钢绞线现场施工控制伸长量。

3.2.2单端张拉型钢绞线

本节将以本工程东快速路第一联箱梁D1钢束布置形式进行论述，钢束具体布置形式见图1（东快速路第一联箱梁D1钢束图）。

由图可知本束钢绞线从自由端依次分段为：

1-2段，2-3段，3-4段，4-5段，5-端段，共分为5段进行计算。

按照公式2和公式3，对图中计算数据进行EXCEL编程计算，计算结果见表2（单端张拉伸长量计算详表）。

表中数据说明如下：

EXCEL计算表中第一分段1-2段的伸长量

；

；自由端开始的始点力则为：

Pm=0.72

=0.72×1860×140=187488KN（此处0.72为扣除锚圈口摩阻损失值所控制的张拉力，实际施工中需要以锚下控制力0.75fk计算拉力力进行施加预应力）；终点力则由公式3可得：

=187488×

=187074.8KN，其中k、

图1东快速路第一联箱梁D1钢束图

表2单端张拉伸长量计算详表

、x求解，而

，所以本表只需求解出曲线段角度和没分段x值即可，因此可以合理编程进行电算。

由于本工程钢绞线布置只有三种线性：

曲线段，斜直线段，平直线段。

因此，用本表计算伸长量只需在曲线段相关参数栏，斜线段参数栏，平直线段参数栏中输入钢绞线分段数据即可利用EXCEL判断条件句分别进行计算求出其伸长量数值。

本表最下一行数据为计算结果汇总，其中有设计值与计算值的对比。

3.2.3两端对称张拉型钢绞线

本节将以本工程东快速路第六联箱梁F1c钢束布置图进行论述，钢束具体布置形式见图2（东快速路第六联箱梁F1c钢束图）。

由3.2.1节论述可知，F1c钢束可折中计算。

如图可知分段为1-2段，2-3段，3-4段，4-5段，5-6段，6-7段，7-中段，共7段进行计算。

按照公式2和公式3，对图中计算数据进行EXCEL编程计算，计算记过见表3（两端张拉伸长量计算详表）。

表中各项数据及计算过程如3.2.2节说明所述，在此不再敖述。

3.2.4两端非对称张拉型钢绞线

本节将以本工程东快速路第六联箱梁F1a钢束布置图进行论述，钢束具体布置形式见图3（东快速路第六联箱梁F1a钢束图）。

由3.2.1节论述可知，再计算非对称张拉钢绞线F1a时，首先要进行其平衡点位置及参数的求解。

如图中所示，将本束钢绞线分段为1-2段，2-3段，3-4段，4-5段，5-6段，6-7段，7-8段，8-9段，9-10段，10-11段，11-12段，12-13段，13-14段，共13段，对其从1到14号排序方向定位正向，从14到1号排序定位反向。

按照公式2和公式3，对图中计算数据进行EXCEL编程计算，计算结果见表4（两端非对称张拉平衡点计算表）与附表三（3）（两端张拉伸长量计算详表）。

通过表4、5所得结果，对其始点力与终点力进行对比分析，可知6-7段内钢束受力大小交叉，可知平衡点在6-7段内，分析结果见表6。

由此可知只要计算出平衡点处关于平衡点的相关参数输入表7中即可求出

图2东快速路第六联箱梁F1c钢束图

表3两端对称张拉伸长量计算详表

图3东快速路第六联箱梁F1a钢束图

表4两端非对称张拉平衡点计算表

表5非对称张拉钢束平衡点计算表

表6两端非对称张拉平衡点计算详表

表7两端非对称张拉伸长量计算详表

钢束F1a的伸长量。

平衡点处曲线参数计算过程见图4和表8,其中表中对两端对称张拉与两端非对称张拉的钢束进行了对比。

综上所述，求解F1a钢绞线伸长量只需从两边自由端开始，平衡点结束按照单端张拉的计算方式出没边伸长量，然后进行求和即可得出本钢束的伸长量。

具体求解结果见表7（两端非对称张拉伸长量计算详表）。

4预应力筋张拉施工

4.1预应力钢绞线张拉前施工数据整理与复核

4.1.1相关检测报告

●混凝土弹性模量检测报告；

●混凝土抗压强度检测报告；

●混凝土构件养护龄期确认单；

●钢绞线伸长量统计表确认单；

●千斤顶与油表配套测试报告；

●特种作业证件。

4.1.2张拉数据整理

张拉作业前需要将前期计算数据进行统一整理复核，并以交底的方式下发给施工作业人员。

由2.4节可知，本工程设计单根钢绞线锚下控制力为195.3KN，由此可以列出本工程每束预应力筋张拉根数所对应的张拉力见表9：

表9每束张拉预应力筋根数的张拉等级与对应张拉力计算表

钢绞线根数

7

1367.1

205.1

410.1

820.3

1367.1

9

1757.1

263.7

527.3

1054.6

1757.7

10

1953.0

293.0

585.9

1171.6

1953.0

12

2343.6

351.5

703.1

1406.2

2343.6

13

2538.9

380.8

761.7

1523.3

2538.9

由上表可以利用油顶的回归方程求出现场施工时各配套油顶的油表在各分

图4平衡点处曲线参数计算图示

表8两端非对称张拉伸长量计算详表

级拉力时所对应的油表读数，从而进行有效控制现场施工，见表1（以10根/束为例）：

由上可以编制适合本工程的钢绞线张拉记录表：

见表10。

4.2预应力张拉控制

4.2.1张拉的过程及顺序

（1）初始张拉是把松弛的预应力钢筋拉紧，此时需将千斤顶充分固定。

初应力筋张拉时，应先调整到初应力

，该初应力宜为张拉控制应力

的10％—25％，伸长值应从初应力时开始量测。

预应力筋的实际伸长值除量测的伸长值外，尚应加上初应力以下的推算伸长值。

预应力筋张拉的实际伸长值

，可按下式计算：

—从初应力至最大张拉应力间的实测伸长值；

—初应力以下的推算伸长值，可采用相邻级的伸长值。

本工程初应力取值为

的15％，即当应力张拉到15％

时，应在已经拉紧的预应力筋两端精确的标以记号，预应力筋的延伸量或回缩量即从改记号开始起量。

张拉力和延伸量的读数应在张拉过程中分阶段读出。

当预应力筋由多跟钢绞线组成时，每根应作出记号，以便观察滑丝现象的发生。

本工程现场施工根据以往施工经验，采取三级张拉，即15％

，30％

，初应力一下的推算伸长值采用相邻级的伸长值。

例如：

15％

张拉力的伸长值23，30％

张拉力的伸长值56，

张拉力的伸长值185，则该端伸长量计算式为（56-23）*2+（185-56）=195mm。

（2）预应力钢束施加应力后，应测定预应力筋的回缩锚具变形量，对于夹片式锚具，不得大于6mm，其他类型锚具查找相应的规范要求。

如果大于以上要求值，应重新张拉。

（3）在张拉完成后，使油顶处于持荷状态，这时需要及时计算出钢束总伸长量，测出的伸长量与设计伸长量之差应在

以内，否则应该采取措施重新测定。

（4）当监理工程师对预应力张拉认可并签字确认后，预应力筋应进行锚固，千斤顶回油松压时避免振动锚具和预应力器材。

（5）预应力筋张拉整体评价满足设计要求并经监理工程师认签字确认后，可进行切割钢绞线露头，且及时按照图纸设计要求注浆并封锚。

4.2.2施工注意事项

（1）对预应力管道安装位置偏差情况、接口严密性进行仔细检查，并在浇筑混凝土之前进行二次清查，避免由于钢筋焊机等施工时损坏管道。

（2）在浇筑混凝土之前进行预应力管道定位筋、锚下钢筋网片等进行检查，不符合设计要求的应进行及时整改。

（3）穿束前，应将钢绞线一端找平并按序编号。

对于较短的钢束可以人工从一端向另一端穿束；对于较长的钢束，应套上穿束器，由钢绞线穿输机或牵引机进行穿束。

（4）对于夹片式锚具，上好的夹片应齐平，在张拉前并用钢管捣实。

（5）预应力筋的张拉顺序应符合设计要求，设计没有相关要求的情况下，可以按相关规范规定进行分批、分段对称张拉。

（6）千斤顶的选择应能满足设计和规范要求。

千斤顶应该能够同时对每一束预应力筋中的全部钢绞线施加预应力，除了扁平管道中不能同时张拉所有钢绞线的预应力施工。

（7）预应力张拉端的设置应该符合设计要求，当设计无要求时，应该满足一下规定：

对于曲线预应力筋或长度大于25m的直线预应力筋，宜在两端进行张拉；对于长度小于25m的直线预应力筋，可在一端张拉；当同一截面中有多束一端张拉的预应力筋时，张拉端宜分别设置于构件的两端。

预应力筋采用两端张拉时，可先在一端张拉锚固后，再在另一端补足预应力值进行锚固。

（8）锚固预应力筋前必须确定其张拉控制应力达到设计值且稳定。

预应力筋锚固后的外露长度不宜小于30mm，锚具应用封锚混凝土保护，当需要长期外露时，应采取防止锈蚀的措施。

通常情况下，锚固完毕并经检验合格后即可切割端头多余的预应力筋，严禁用电弧焊切割，要求用砂轮机切割。

（9）张拉达到要求切割多余钢绞线后，即使封住猫头。

封猫头常用方法是用素灰将猫头封堵，然后用塑料布裹住对其进行养护，以防止干缩裂缝而使猫

表10千斤顶施加预应力现场施工记录表

千斤顶施加预应力记录表

构件名称

构件编号

预应力钢束编号示意图

使用地点和桩号

张拉时砼强度（MPa）

钢丝规格和每束根数

张拉温度（℃）

混凝土设计强度（MPa）

张拉千斤顶编号

设计弹性伸长值（mm）

张拉油压表编号

张拉日期

序号

预应力编号

设计伸长值（mm）

初应力（15%σcon）

30%σcon

60%σcon

100%σcon

总伸长（mm）

伸长值偏差率%

油表读数

（MPa）

张拉力

（KN）

伸长值

（mm）

油表读数

（MPa）

张拉力

（KN）

伸长值

（mm）

油表读数

（MPa）

张拉力

（KN）

伸长值

（mm）

油表读数

（MPa）

张拉力

（KN）

伸长值

（mm）

1

2

3

4

备注：

1、张拉到控制力后持荷5分钟；2、张拉过程中如发生断丝、滑丝等问题应在本栏目中说明原因；3、本表用于后张法施工；4、总伸长值及伸长率的计算详见规范。

施工项目技术负责人：

记录人：

监理工程师：

年月日

头漏浆，影响压浆质量。

4.2.3施工工艺

图5张拉施工工艺流程图

（1）预应力管道检查：

预应力管道必须保证尺寸与位置正确，平顺畅通，无局部弯曲，孔道接头处不得漏浆，灌浆孔和排气孔应符合设计要求的位置。

（2）预应力筋制作：

预应力筋下料长度必须满足设计要求，钢丝束两端采用墩头锚具时宜采用等长下料法对钢丝进行下料，下料应采用切断机或砂轮锯切断，严禁采用电弧焊切割。

制作挤压锚时，模具与挤压锚应配套使用，挤压锚具的外表应涂润滑介质，挤压力和挤压操作应符合产品使用说明书的规定。

（3）锚具检查：

锚具、夹具和连接器应满足设计和规范规定，具有可靠的锚固性能、足够的承载力和良好的适用性，应检查相关出厂、进场检验报告，并核对其型号、规格是否满足预张拉钢束。

（4）穿预应力筋：

穿筋前，应检查钢筋（或束）的规格、总长是否符合要求，穿筋时，带有瑞杆螺丝的预应力筋，应将丝扣保护好，以免损坏，对于先穿后切割的穿法应确保其工作长度满足设计要求。

钢筋束或钢丝束应将钢筋或钢丝顺序编号，并套上穿束器。

先把钢筋或穿束器的引线由一端穿入孔道，在另一端穿出，然后逐渐将钢筋或钢丝束拉出到另一端。

钢绞线穿好后将束号在构件上注明，以便核对。

（5）安装锚具及张拉设备：

安装锚具及张拉设备时，对直线预应力筋，应使张拉力的作用线与孔道中心线在张拉过程中相互重合；对曲线预应力筋，应使张拉力的作用线与孔道末端中心点的切线相互重合。

（6）预应力筋张拉：

预应力筋的张拉程序，应按设计规定进行，若设计无规定时，可按相关规范规定进行张拉。

预应力张拉前，宜对不同类型的孔道进行至少一个孔道的摩阻测试，通过测试所确定的值和k值宜用于对设计张拉控制应力的修正；张拉时，结构或构件混凝土的强度、弹性模量和龄期应符合设计规定；预应力筋的张拉顺序应符合设计规定，设计未规定时，可采取分批、分阶段的方式对称张拉；预应力筋应整束张拉锚固；预应力筋张拉端的设置应符合设计规定；预应力筋断丝及滑移的数量不得超过设计和规范规定值；预应力筋在张拉控制应力达到稳定后方可锚固；切割后的的预应力筋的外露长度不应小于30mm，且不应小于1.5倍预应力筋直径。

（7）孔道压浆：

压浆孔道应压水清洗干净，并检查压浆孔、出气孔是否与预应力筋孔道连通，否则，应事先处理；预应力筋张拉完后应尽早进行孔道压浆，以减少预应为损失；压浆压力一般为0.4～0.6MPa；压浆顺序应先下后上，避免上层孔道漏浆把下层孔道堵住，待排气孔冒出浓浆后，即堵死排气孔，再压浆至0.6MPa，保持3～5min后，即可堵塞灌浆孔；制作试块并进行养护。

（8）填写施工记录表：

认真填写施工记录可以有效控制现场施工质量，并在后续鉴定相关质量问题时提供有力的证明材料。

记录表的填写应以控制施工为主，在张拉记录表填写时应先拉后填，先算后卸，再进行下一级的张拉，分级控制，逐步张拉。

（9）封锚：

浇筑封端混凝土或端部防护处理，并注意混凝土养护。

5结束语

后张法预应力施工分别由前期准备，施工过程控制，张拉后防护组成，三者之间紧密联系，前一程序控制失误将会导致后续施工出现工程质量问题，所以控制各道程序的准确性显得尤为重要。

前期准备主要任务是设计数据复核与相关计算，其中主要控制伸长量的计算；施工过程控制主要是与预应力的施加，其中重点控制张拉力的施加、伸长量的测量；张拉后防护主要避免预应力筋张拉后应力值的损失及构件投产使用后预应力的防护，其中主要控制压浆的时效性、封锚的严密性。

自从后张法预应力施工工艺引进我国，并经过几十年的发展，现在后张法预应力施工已经大面积应用到各种建筑工程中，但其中仍然存在很多有待我们思考、探讨的问题，更有待我们发明更先进的方法对其进行进一步改进，让其更好的服务于人们的日常生活。

参考文献

1>.《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50—2011）；

2>.《结构设计原理》叶见曙人民交通出版社2005。