后张法预应力一次性张拉成功率分析

    张涛　李涛

    

    

    

    摘 要：预应力钢绞线的张拉施工是预应力空心板预制的技术难点，直接关系到预应力空心板预制的成败，也是关系到工程能否顺利完成的关键。在本工程中具有很强的代表性，通过对16m后张法预应力梁板的张拉力控制，可以掌握后张法预应力的张拉工艺，提高施工单位的施工能力，降低张拉机具的损坏率。

    关键词：预应力 钢绞线 张拉成功率

    长江口12.5米深水航道向上延伸建设工程白茆大型航标船码头引桥工程上部构造设计为16m后张预应力混凝土连续空心板梁60片。预应力钢绞线采用抗拉强度标准值fpk =1860MPa，公称直径d=15.2mm的低松弛高强度钢绞线，其力学性能符合《预应力钢筋混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）的规定。

    预应力钢绞线采用两端同时张拉，锚下控制应力为0.75fpk=1395MPa。施加预应力采用张拉力与引伸量双控。当预应力钢束张拉达到设计张拉力时，实际引伸量值与理论引伸量值误差应控制在6%以内。

    现状调查

    11月1日至12月3日，项目组对已完成张拉的10片预应力空心板的一次性张拉结果进行了调查，对其质量进行了统计，汇表如下：

    从排列图可以看出影响预应力钢束一次性张拉质量的主要因素是：持荷拉力，伸长率。

    原因分析：现场工人质量意识差、操作水平低，张拉机具精度，持荷力不足，两端张拉不同步，钢绞线理论伸长值计算不准确，钢绞线实际伸长量测量不精确是影响预应力钢绞线张拉成功率的主要因素。

    对策实施

    1、对工人开展质量意识教育

    项目组对所有工人进行质量意识教育，定期进行技术交底和业务讨论。并宣布奖惩制度，严格落实到各个施工环节。现场施工负责人员要严格按照要求进行监督，发现不按要求进行者立即进行教育并按奖惩制度执行。

    经过项目组多次的技术交底和质量安全教育，有效的提高了工人的质量意识和操作水平。杜绝了因懒惰、麻痹引起的操作不当。

    2、张拉用千斤顶与压力表进行配套标记并重新标定

    现场施工人员对千斤顶与压力表进行配对标记，并指定专人负责管理，使用和保养。对张拉所使用的2只千斤顶和2只压力表重新送检标定。张拉机具与锚具配套使用，对于锚具加强进场验收，对于不合格产品，坚决不予使用。在张拉过程中发现预应力钢束经常断丝、千斤顶漏油、压力表指针不回零、调换了千斤顶压力表，立即对张拉机具进行重新标定。

    此项措施实施后，张拉机具精度及坏损率得到了有效控制，大大提高了张拉质量。

    3、分级张拉，终张拉至1.03倍锚下控制应力

    项目组成员对正在施工的空心板预应力钢绞线张拉过程进行仔细观察发现，当压力表读数达到设计值开始回油持荷时，压力表读数总会自行回转变小，从而导致持荷拉力无法达到设计值。由于预应力梁的主要承力点在钢绞线事先施加的应力上，为此必须确保持荷拉力达到设计值，由于千斤顶在回油时，钢绞线会有一个回缩过程，通过压力表的读数显示，持荷力也会变小，为确保持荷力满足设计要求就必须施加一部分超拉力，根据前面钢绞线张拉的压力表读数变小比例统计分析，小组决定终张拉至1.03倍锚下控制应力，即σk=1.03*1395=1437Mpa。

    张拉时采取分级张拉：预张拉→15%σk→30%σk→100%σk→103%σk→持荷2分钟，锚固进行超张拉后，小组对剩余钢绞线张拉的持荷拉力进行了统计：

    由上表可以看出，持荷拉力的一次性合格率达到了94.5%，满足设计的目标值。

    4、张拉时专人指挥，压力表读数提供量化标准

    两端张拉每次开始，停止时设专人指挥，以保证两端张拉处于同步状态。

    根据张拉机具标定结果计算出每次张拉压力表读数值，制成标签张贴于张拉机具上，方便工人操作。

    此措施实施后，为预应力张拉时压力表读数提供量化标准，张拉力直接控制在压力表的一个固定读数上，易于控制，使张拉过程达到了同步对称状态。为使施加的预应力满足设计要求提供有力保证。

    5、钢绞线理论伸长值计算时曲线段应考虑摩阻系数

    张拉初期，计算钢绞线理论伸长值时认为16m空心板跨径较小，曲线段可以忽略摩阻系数，按直线计算。后经验算发现，考虑摩阻系数和不考虑摩阻系数的计算结果相差3mm。这对伸长率有着较大影响。因此理论伸长值计算应考虑曲线段的摩阻系数。

    预应力筋伸长值计算公式：

    △L= PP*L/（AP*EP） （1）

    式中：△L—理论伸长值；L—预应力筋的分段长度（mm） ；PP—预应力钢绞线的平均张拉应力（N）；AP—预应力钢绞线的截面面积（mm2）；Ep—预应力筋的弹性模量（N/mm2）

    其中Pp的计算公式：

    Pp= P*（1-e-（kx+μθ））/ kx+μθ （2）

    式中：P—预应力筋张拉端的张拉力，将钢绞线分段计算后，为每分段的起点张拉力，即为前段的终点张拉力（N）；θ—从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，分段后为每分段中每段曲线段的切线夹角（rad）；x—从张拉端至计算截面的孔道长度，分段后为每个分段长度或为公式（1）中L值；k—孔道每束局部偏差对摩擦的影响系数（1/m），管道内全长均应考虑该影响；μ—预应力筋与孔道壁之间的磨擦系数，只在管道弯曲部分考虑该系数的影响。

    从上式可以看出曲线预应力筋计算必须考虑曲线段的摩阻系数。小组依据上式准确计算出了钢绞线的理论伸长值：中跨N1：109mm；中跨N2：109mm；边跨N1：110mm；边跨N2：110mm。

    计算理论伸长值时考虑了曲线段的摩阻系数，避免了因计算所引起的实际引伸量与理论引伸量的偏差超过6%。

    6、测量钢绞线绝对伸长量

    小组在现场发现采用测量千斤顶活塞伸长量的办法来测量钢绞线实际伸长量容易产生较大误差，小组经过讨论和实验发现测量钢绞线绝对伸长值更为精确。所以小组决定采用此办法来测量钢绞线的实际伸长量。

    测量钢绞线的绝对伸长值有效避免了因测量误差所引起的实际引伸量与理论引伸量超过6%。

    由上表可以看出伸长率的一次性合格率达到了96.5%达到了设定的目标值。

    效果检查

    1、质量情况

    在认真执行了以上措施之后，项目部顺利完成了剩余预应力空心板的张拉工作。项目组对剩余预应力空心板的一次性张拉成功率进行了统计，结果如下表：

    从上表及上图可以看出：持荷拉力合格率达到94.5%>90%；伸长率合格率达到96.5%>95%；综合合格率达到96.5%>95%。提高了预应力钢绞线一次性张拉成功率。

    2、经济效益

    通过本次调查研究提高了工效，降低了张拉机具的坏损率，缩短了施工工期，减少了因二次张拉所引起的材料损失和误工损失。

    3、社会效益

    通过本次调查研究，归纳总结了一套完整的预应力施工工艺，为以后类似工程奠定了技术基础。

    参考文献：

    [1]桂业昆，邱式中.桥梁施工专项技术手册[M].人民交通出版社，2005.

    [2]李家庭.预应力桥梁施工中常见问题及防治措施[J].城市建设理论研究（电子版），2012.

    （第一作者单位：长江重庆航道工程局，第二作者单位：天津中北港湾工程建设监理有限公司）