现浇箱梁预应力张拉 学习讲座,二0一一年四月二十八,前 言 当今国内公路预应力砼桥梁中，大部分为后张法预应力砼桥梁。后张法桥梁预应力张拉是待砼达到一定强度和拆模后，在梁体预留孔道中穿入预应力筋（钢绞线），安装锚具，用千斤顶张拉锚固，使预应力筋对梁体施加应力。下面结合正在施工的主线1#桥左幅第四联箱梁，对后张法张拉控制数据的计算及张拉施工工艺做一简单介绍，以供参考。,目 录,1、张拉前期准备工作,2、张拉实际伸长值的量测及计算,3、张拉工艺及要求,4、提高钢绞线张拉质量的控制措施,5、张拉其他问题探讨,1、张拉前期准备工作,1.1、张拉控制力的计算,设计图纸已提供纵向预应力锚下控制应力K（1395MPa）,锚下张拉控制力根据公式：P=AK求得（式中：A为钢束截面面积，理论面积为140mm2， K 为设计锚下控制应力。），因此，主线1#桥左幅第四联第一施工段张拉控制力为： 腹板钢束（N5、N6、N7）每束19根钢绞线，则 P=140*19*1395 =3710700N,即3710.7KN； 底板钢束（ N8 ）、顶板钢束（T）每束均为7根，则 P=140*7*1395 =1367100N,即1367.1KN,1.2、张拉理论伸长值的计算,设计图纸已初步提供各种编号钢束理论伸长值（即表内延伸量），但为确保钢绞线张拉时达到张拉力和伸长值的双控目的，我们必须对每束钢束进一步进行复核计算。理论伸长值L（mm）按如下公式计算： 式中： Pp预应力钢筋的平均张拉力，N；直线筋取张拉端的拉力，曲线筋计算方法见JTJ041-2000桥规中的附录G-8中的公式，见下页； L预应力钢筋的长度，m； Ep预应力钢筋的弹性模量，MPa； Ap预应力钢筋截面面积，mm2。,1.3、平均张拉力的计算,采用JTJ041-2000桥规中的附录G-8中的公式，即：,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；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；（设计提供0.0015）预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数。 （设计提供0.25）,!注意：当预应力筋为直线时， PP=P.,张拉理论伸长值及平均张拉的计算一般采用EXCEL电子表套用普通函数进行分段计算，表格形式根据计算方便可以自定，见附件1：（FK0匝道桥第三施工段钢绞线（腹板N1钢束）理论伸长值计算）,N1钢束布置及分段示意图,1.4、张拉设备的选择,1)千斤顶的选择。对于夹片式锚具的张拉，目前采用较为广泛的为穿心式千斤顶进行张拉。根据钢束张拉控制力和钢束张拉伸长量选择千斤顶的张拉力和行程。主线1#桥左幅第四联第一施工段腹板钢束张拉力为3710.7KN，所以采用不小于400T千斤顶；顶板及底板钢束张拉力为1367.2KN，所以采用不小于150T千斤顶。,YCD穿心式千斤顶示意图及各项参数,两种吨位的千斤顶，行程均为20cm,2)张拉油泵的选择：应与张拉千斤顶配套，根据钢束最大张拉控制力P和千斤顶油缸活塞受力面积A 进行选择。油泵与千斤顶配套实质为压力表与千斤顶配套，压力表一般都固定在油泵上。 3）其他配件的选择：主要为限位板，限位板根据千斤顶型号、钢绞线支架一般从厂家订做，需严格控制其孔眼直径及槽口深度，确保钢绞线张拉端钢绞线表面只有夹片的牙痕而无刮伤。,限位板,油泵,两个压力表：主表和副表，分别为施压时和回油时用,对于19根钢绞线钢束，张拉力为3710.7KN,若采用编号为0320的千斤顶进行张拉，标定后一元回归方程为： （见标定证书） 按其公式算得张拉至设计吨位后油表读数为：51.35MP,1.5、千斤顶及油表的标定,千斤顶和油表必须配套标定，即一个千斤顶编号对应一个油表编号（主表），一般送往有检测资质的机构进行标定，如市地级计量所等。标定的目的:得出一元回归方程 中的参数a、b值。式中：为油表读数(MPa)；为张拉力(kN)。,下面以标定完毕编号为0320的千斤顶（对应油表编号为1053）为例，来张拉主线1#桥左幅第四联第一施工段腹板钢束，求得相应油表的读数：,若初张拉采用20%张拉控制力（ 20% k），即 3710.720%=742.14KN，代入公式，则相应油表读数为：10.98MPa，同样，张拉至40%张拉控制力（ 40% k），求得油表读数为：21.07MPa，根据以上计算结果，列表如下：,注意：图纸或规范规定，初张拉一般采用10-15 %k，但对于长钢束，由于其孔道长，摩阻大，预应力损失大，因此实践中一般取值20-30% k的初张拉力，以保证初张拉后钢绞线处于弹性变形状态。,2、张拉实际伸长值的量测及计算,钢束张拉时实际伸长值的量测是一项重要的操作，按要求应以梁端为基点，量测张拉过程中钢束的实际伸长值，以免使滑丝现象被忽略。但此量测方法具体操作时大多较为困难，在钢绞线预应力张拉时,钢绞线的外露部分，大部分被锚具和千斤顶所包裹，钢绞线的张拉伸长量无法在钢绞线上直接测量，而仍以量测千斤顶张拉缸的外伸量来计算钢束的实际伸长值。,预应力钢束张拉时的实际伸长值，应在建立初应力后方可开始量测，量得的伸长值，还应加上初应力以下的推算伸长值，对后张法尚应扣除：钢束在锚具和千斤顶中的工作长度伸长值、工作锚、工具锚锚塞回缩值、混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩值，实际伸长值精确计算公式如下：,式中：实际伸长值；1 由初张拉张拉到控制应力 时，在千斤顶活塞上量测伸长值；2 从零张拉至初始应力时的推算伸长值；3 钢束在锚具和千斤顶中的工作长度伸长值； 1工作锚锚塞回缩值； 2工具锚锚塞回缩值； C 混凝土弹性压缩值。（一般忽略不计）,2.1、推算伸长值（ 2 ）的计算,若初张拉采用20%的张拉控制力(k) ，则从零张拉至初始应力时的推算伸长值采用从20% k张拉至40% k的实测伸长值，即张拉至40% k时对千斤顶稳压，量取千斤顶活塞行程即为推算值。以该桥为例，采用0320千斤顶张拉腹板钢束（19根），推算伸长值为油表读数分别为21.07、10.98时量取的千斤顶活塞行程的差值。,2.2、千斤顶工作长度伸长值（ 3 ）的计算,钢绞线在千斤顶中的工作长度，一般为工作锚和工具锚之间的直线长度，不同型号的千斤顶和锚具，其工作长度也不同，根据现场采用的千斤顶来确定。其伸长值计算按直线段钢束来计算，,式中： P张拉端的张拉控制力，N； L千斤顶工作长度，m； Ep预应力钢束的弹性模量，MPa； Ap预应力钢束截面面积，mm2。,2.3、工作锚锚塞回缩值（ 1 ）的量测,目前钢绞线预应力张拉施工以使用YCW型液压千斤顶为主，该千斤顶与工作锚接触处，设有一块限制工作锚夹片在张拉过程位移的限位板，钢绞线在张拉时工作锚夹片跟随钢绞线的拉伸，向后移动至限位板凹槽的底部，对钢绞线失去约束，当千斤顶将钢绞线张拉至设计控制张拉力，在回油放松钢绞线的瞬时，钢绞线弹性收缩，工作锚夹片跟随收缩向锚环孔内位移，随即将钢绞线锚固，这就是工作锚锚塞回缩的全过程。张拉完毕卸掉千斤顶后，在工作锚处测量工作锚夹片在锚环处的外露长度a2，当预应力钢绞线由很多单根组成时应每根量测，取其平均值，一般至少测量三处，千斤顶限位板凹槽深度已知为a1，则工作锚锚塞回缩量： 1 = a1 - a2 工作锚锚塞回缩量除与锚具硬度等有关外，还与钢绞线直径有关，工作锚回缩量大小与钢绞线直径大小成反比。,工作锚锚塞回缩不仅对伸长值有影响，还将引起钢绞线张拉力的减小，其影响值可按下式计算：P= P/L 1 式中：L：理论计算伸长值；P：为设计控制张拉力； 1 ：工作锚回缩量,！注意：,为补偿该部分预应力损失及其他预应力损失（如张拉时梁体混凝土弹性压缩等），在实际施工中，需考虑2.5%的张拉力进行预应力补偿，因此控制张拉力为设计的1.025倍。,注意！1.025倍控制张拉力不属于超张拉，而是对损失应力进行补偿。,2.4、工具锚锚塞回缩值（ 2 ）的量测,在钢绞线开始张拉，当千斤顶张拉力，达到钢绞线张拉至初始拉力（设计控制拉力的1015%），已把松弛的预应力钢绞线拉紧，此时应将千斤顶充分固定，精确量取从千斤顶工具锚锚环外露端面至钢绞线外露端头的长度b1，当千斤顶张拉力达到钢绞线预应力张拉设计控制拉力时，再量取从千斤顶工具锚锚环外露端面至钢绞线外露端头的长度b2，工具锚锚塞回缩量即为：2 = b1- b2当预应力钢绞线由很多单根组成时应每根量测，取其平均值进行计算，最少不得少于三根。,注意：此回缩的出现仅对张拉伸长值的计算有影响，不引起张拉力的减小。,3、张拉工艺及要求,3.1、张拉工艺流程,此两步为预制时采用，现浇时同钢筋绑扎一起完成,1)张拉前检查： a、检查梁体缺陷处理情况，确认不影响张拉质量； b、检查梁体砼强度是否达到设计张拉强度，本标段箱梁为达到90%的设计强度才能张拉； c、检查锚具，确认已按规定检验合格，且无污物； d、检查钢绞线，确认有技术合格证并已按规定检验合格，且外表无损伤、扭结、油污等； e、检查孔道情况，确认无积水和污物； f、检查锚垫板平面，确认干净且与孔道轴线垂直； g、检查张拉设备，确认运转正常，且千斤顶和油表均已配套校验标定并在有效期内。,2)钢绞线下料、编束及穿束及锚具安装：对于现浇箱梁该工序同钢筋绑扎一起完成，即在箱梁混凝土浇筑前完成。锚具安装在砼浇筑后钢绞线张拉前完成。钢绞线下料长度等于孔道净长加两端的预留长度，预留长度为工作锚长、千斤顶工作长度、工具锚长及钢绞线露出锚具的长度(取1020 cm)之和。一般两端张拉时每端取60120 cm；一端张拉时，锚固端预留长度为锚具长度加3 cm。钢绞线可单根穿入孔道，也可整束同时穿入孔道。单根穿人时，应防止出现扭结现象；整束入束时，应理顺编束，同时沿长度方向每隔23 m用铁丝捆扎一道，并在钢束前端安装特制的牵引头。钢束较短时，可采用人工穿束，较长时则采用穿束机。,张拉端锚固体系构造图,固定端锚固体系构造图,张拉端锚具与千斤顶安装示意图,张拉前锚具安装示意图,连接器锚固构造图,施工缝位置张拉示意图,喇叭形铸铁垫板,三分式夹片锚具,锚板,两分式夹片,钢绞线,夹片,锚板,锚板,锚板,夹片,夹片式锚具示意图,3)张拉顺序及步骤:对称张拉，梁中线左、右钢束之差不得超过一束，按先中间后两边、先下后上的顺序张拉： 确认孔道内的钢绞线根数后，安装与之配套的锚板及夹片，并用短钢管套在钢绞线上，沿着钢绞线将夹片敲击整齐，然后安装限位板;用手拉支架上的倒链滑链吊装千斤顶，使之与孔道中心对中。再安装工具锚，夹紧钢绞线，务必使钢绞线顺直无扭结; 千斤顶缓慢进油至初始油压，在此过程中拨正千斤顶，使千斤顶与锚具对中，确保孔道、锚具、千斤顶三者同心，两端张拉尽量同步;张拉到初始应力时停止进油，检查夹片情况，量测孔道口至工具锚的长度、活塞及工具锚夹片外露值，然后千斤顶缓慢进油张拉;,3)张拉顺序及步骤: 张拉至控制应力时停止进油，并持荷5 min，量测千斤顶活塞伸长值及夹片外露值;计算实际伸长值，并与理论伸长值比较，误差应在6 %范围内。否则应退锚，待查明原因、确定对策后，重新张拉; 确认伸长值符合要求后，千斤顶回油，夹片自动锚固; 检查有无滑丝、断丝现象，确认符合要求后，退除张拉设备，该钢束张拉结束。,量测千斤顶活塞延伸量，以此作为计算实际伸长值的依据,4)端头钢绞线切割钢束全部张拉完且确认符合要求后，切割端头钢绞线。切割处距锚具3040 mm，使用手提砂轮机切割，严禁使用气焊。,施工缝位置锚固示意图,钢绞线锚固后外露长度一般为3040mm,3.2 张拉质量要求 1)张拉实际伸长值不超过理论伸长值的6% 。 2)全梁断面断丝之和不超过该断面钢丝总数的1% ，并不得位于梁体同一侧，且不影响整根钢绞线拉断；每束滑丝或断丝数不超过一丝。,