混凝土桥梁后张法预应力施工中张拉伸长量偏差过大方面的探讨

   混凝土桥梁预应力施工是桥梁工程质量控制的重点,关系到桥梁结构安全及结构耐久性。预应力张拉是预应力施工中一个重工序,预应力筋的伸长量控制作为预应力张拉的一个重控制点,在现场施工中容易出现实际伸长量与理论伸长量有较大误差,本文对实际伸长量与理论伸长量误差原因进行探讨。
  关键词后张法预应力张拉 理论伸长量 实际伸长量 误差
  一、前言
  混凝土桥梁预应力结构充分利用预应力钢绞线的高强度抗拉性能,对混凝土施加预应力,能有效避免混凝土出现拉应力,防止开裂,减轻结构自重,增大桥梁跨径。为了确保修建的桥梁安全可靠,桥梁施工各个环节控制非常重。预应力施工作为混凝土桥梁极为重的一个环节,应当从设计、施工等环节都进行严格的控制。预应力筋张拉采用以控制张拉应力为主,伸长量控制为辅的双控原则。在现场预应力张拉施工中容易出现实际伸长量与理论伸长量有较大偏差情况,本人结合多年现场施工经验,对该偏差进行初步探讨。
  二、预应力施工工序
  预应力混凝土施工流程锚具及钢绞线检验合格→预应力梁底模、侧模安装→安装底、腹钢筋→按设计图纸坐标焊接钢束定位网→安装底腹板预应力管道及排气孔→安装锚垫板及螺旋筋、锚固钢筋网片→工程验收→安装内模→安装顶板钢筋,顶板预应力管道和排气孔→安装锚垫板及螺旋筋、锚固钢筋网片→工程验收→浇筑混凝土并养护→钢绞线下料编束→预应力钢绞线穿束→拆除内侧模板→张拉设备及仪表配套校验→安装锚具及夹片→安装千斤顶→预应力筋张拉锚固→张拉质量检验→切除多余长度钢绞线→封堵锚具孔→封锚→预应力孔道压浆→转入下道工序施工。
   三、张拉伸长量控制内容及影响因素
  1、预应力理论伸长量计算
  现场进行预应力施工前应当对理论伸长量进行检算。由于设计图纸中计算理论伸长量各个参数取值是按照规范范围内取值,实际施工中这些参数与设计图纸理论计算取值可能不一致,两者会有一定的偏差,而现场预应力施工当中实际伸长量校核标准应当为实际施工中参数计算的理论伸长量。
  理论伸长量及平均张拉力计算
  ΔL=
  Pp=P×
  式中
  ΔL—预应力理论伸长值,cm;
  Pp—预应力筋的平均张拉力,N;
  L—从张拉端至计算截面孔道长度,cm;由于预应力后张法实际张拉长度包括2个张拉用液压千斤顶长度(两端张拉),故检算中应依据现场实际张拉情况增加张拉长度。
  Ap—预应力筋截面面积,mm2;
  Ep—预应力的弹性模量,Mpa;钢绞线弹性模量允许偏差为195±1Gpa,伸长量验算应以试验检测出的实际弹模为准。
  P—预应力张拉端的张拉力,N;由于预应力张拉端口存在锚具的锚圈口摩阻损失(该值由锚具生产厂家供,规范求不得大于6%),锚圈口摩阻损失集中在锚圈口,直接降低了预应力混凝土结构或构件的有效预应力。一般情况下,设计院给的张拉端控制应力为锚下控制应力,锚下控制应力等于实际张拉应力减去锚圈口摩阻损失应力,故施工现场需确定实际张拉控制应力的时候需在锚下控制应力基础上再加锚圈口摩阻损失。实际施工中若以锚下控制应力作为实际张拉控制应力,其实际锚下控制应力偏小,对混凝土梁的结构受力及钢束的张拉长度均有影响。锚圈口摩阻损失率应该在现场做试验确定。
  θ—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;
  μ—预应力筋与孔道壁的摩擦系数,该值通过现场试验进行确认,理论伸长量计算以试验值为准。
  按照试验得出的各项参数及调整后的张拉长度计算理论伸长量,以该值作为理论伸长量的参考值来校核实际伸长量。
  2、实际伸长量的量测及计算方法
  规范规定实际伸长量与理论伸长量允许偏差不超过6%,实际操作中也以6%作为一个分界点,若实际伸长量与理论伸长量偏差不超过6%,那么张拉是合格的。若实际伸长量与理论伸长量偏差超过6%,应当停止张拉,找出具体原因,改进张拉措施后方能继续进行张拉作业。
  预应力张拉时,应先调整到初始应力σ(可取控制应力的1%~25%),量取千斤顶伸长值a与夹片外露量b,再张拉到2σ应力,量取千斤顶伸长值c与夹片外露量d,最后张拉预应力筋到设计应力σ,量取千斤顶伸长值e与夹片外露量f。
  实际伸长量计算公式ΔL=(e+f)-(a+b)+(c+d)-(a+b)
  实际伸长量计算为~σ的伸长量加上σ~σ的伸长量,由于~σ的伸长量无法直接量取,用σ~2σ之间的伸长量替代。在施工中我们对夹片外露量进行测量,计算中也考虑了夹片回缩对伸长量的影响。
  预应力如需超张拉则最后再进行一次超张拉,同样量取千斤顶伸长值g与夹片外露量h。其超张拉伸长量可以用ΔL1= (g+h)-(e+f)计算得到。
  实际伸长量还需考虑千斤顶压缩量及混凝土梁的弹性回缩量,千斤顶回缩量及混凝土梁的弹性回缩量很小,可以不考虑。
  3、预应力张拉实际伸长量与理论伸长量误差原因及分析
  现场张拉施工过程中容易出现伸长量超标的情况,现对伸长量超标几个常见原因进行分析。
  ①.预应力筋的弹性模量取值是否正确?预应力筋的弹性模量对伸长量影响较大,预应力筋在使用前,应当做弹性模量的试验,通过试验来选取预应力筋的弹性模量作为理论计算依据。
  ②.管道定位是否准确?是否将原是曲线的管道实际施工中变成了直线,直线管道的管道是否顺直,管道定位的准确对张拉伸长量也有较大影响。
  ③.锚圈口摩阻损失量是否经过试验检测?锚圈口摩阻损失量应在现场做试验检测,与厂家给的值进行比对,锚圈口摩阻损失量对预应力筋伸长量影响较大,需做试验确定实际损失量。
  ④.预应力管道是否有漏浆情况出现?浇筑混凝土后穿预应力筋,若预应力管道有漏浆情况,会因管道漏浆导致预应力筋与管道摩阻变化,影响张拉应力及伸长量。浇筑混凝土前穿的预应力筋,若管道破损导致漏浆,将会堵塞预应力管道,导致预应力筋与管道粘结,影响实际张拉应力,伸长量不达标。
  ⑤.当预应力筋长度很短时(1m以内),这时伸长量偏差容易超出6%,这是因为在张拉长度很短时,由于理论伸长量偏小,测量及其它方面微小的误差将对伸长量偏差有较大影响。故实际操作中量取预应力筋伸长量必须准确,同时必须考虑夹片回缩量。
  四、预应力施工中应当注意的事项
  1、预应力管道定位准确,锚垫板与预应力管道顺直。按照图纸求对预应力管道进行定位,锚垫板安装角度正确。管道定位偏差、锚垫板与预应力管道是否顺直对预应力筋张拉应力及伸长量有影响,施工中应当保证管道定位准确牢固,锚垫板安装角度精准。
  2、张拉作业时工作锚必须与锚垫板对中,工作锚与锚垫板轴心不对中对锚圈口摩阻损失影响较大,施工中安装工作锚时应注意让工作锚与锚垫板轴心对中。工作锚与限位板、千斤顶、工具锚应当处在同一轴线上,保证在锚圈口摩阻损失最小,锚圈口摩阻损失过大会使预应力筋达不到设计应力,导致梁体受力达不到设计求,也会使实际伸长量偏小。
  3、工具锚及工作锚夹片必须打紧,在同一工具锚上的夹片打紧程度不一致,会导致张拉时预应力筋受力不对称,打紧夹片的预应力筋受力被拉长,未打紧夹片的预应力筋可能未受力或者受力小,导致部分预应力筋实际张拉应力未达到张拉控制应力,部分预应力筋实际张拉应力却超过张拉控制应力,实际伸长量超标。
  4、后张法施工时,若预应力筋在浇筑混凝土前穿束,而张拉时伸长量很小,这时应该考虑是否是预应力管道破损导致混凝土水泥浆进入管道,使预应力筋与管道粘结,导致预应力筋部分区域松弛无应力,此时应当对预应力筋进行放张操作,通过计算实际伸长量推测管道堵塞位置,凿除梁体混凝土,直至露出预应力管道,处理管道内的混凝土,重新浇筑凿除的梁体混凝土,待梁体混凝土达到强度后进行第二次张拉。