非对称线性布置的预应力钢筋两端张拉伸长量计算问题

非对称线性布置的预应力钢筋两端张拉伸长量计算问题

王刚

王刚

（中铁二十局集团第三工程有限公司）

摘要：随着我国铁路、公路等交通基础建设的迅速发展，现代预应力技术也越多的应用到工程建设中，预应力钢筋空间布置形式也更加复杂多变。实际施工中，如何准确的计算和验证预应力张拉的伸长量为伸长量校核提供依据已经是一项非常重要工作，然而规范和相关程用书对于非对称线性布置的预应力钢筋两端张拉伸长量计算问题概述的并不十分具体，本文从计算方法角度对这一问题进行进一步解析。

关键词：预应力钢筋；非对称布置；两端张拉；伸长量

1.前言

现代预应力技术的广泛普及，预应力钢筋在空间布置上结构也具有一定的多变性，对于线性复杂的长束，按照规范要求均宜采用两端张拉的施工工艺。两端张拉必须事先计算出预应力钢筋的伸长量，为伸长率的检核提供依据。两端张拉伸长量的计算关键在于确定计算截面的分界点，进而确定各端的伸长值。本文从海南西环铁路5标内冲跨天然气双线大桥8#墩的后张法预应力施工中的一束作为实例，进一步阐述非对称线性布置的预应力钢筋两端张拉伸长量计算等问题。

2.相关数据

内冲跨天然气双线大桥8#墩采用的是后张法预应力混凝土，预应力钢束采用高强度低松弛15-7Φ5钢绞线，截面面积Ay=140mm2,弹性模量Eg=1.95×105MPa,抗拉强度标准值为fpk=1860MPa,预应力钢束张拉时锚下控制应力为δeon=0.7fpk=1302.0MPa，始端张拉拉力P=δeon×Ay=182280N,钢束管道采用塑料波纹管成孔。根据规范可以知道，塑料波纹管的每米局部偏差对摩擦影响系数系数k=0.0015、预应力钢筋与孔道壁摩擦系数μ取值范围0.14-0.17，本文采用用μ=0.140。

3.非对称线性布置预应力钢筋临界点确定

在计算两端各自伸长量时首先要确定的是两端各自的张拉计算长度Lz和Ly，张拉计算长度确定后Lz和Ly就可以按照对称性预应力钢筋伸长量计算的方法确定各自的伸长量。预应力钢筋在两端张拉时由于孔道摩擦阻力Pf的存在导致预应力在钢筋中的的某个位置势必会衰减到同一值，从而达到整个系统的力学平衡。可以通过系统的平衡确定出平衡点两侧的张拉计算长度Lz和Ly。由于两端的张力是一致的，所以平衡点的位置也就是孔道摩擦阻力Pf损失相等的位置。建立等式方程：

利用CAD将N3钢束设计图进行分段划分，标注出每段的直线长和圆曲线弧长，假设平衡点z点为分界断面。断面图如下：

将一条完整的预应力钢束分成若干直线段和曲线段，分别计算各段的伸长量，各段的伸长量总和就是该预应力钢束的伸长量，为了方便计算，可以利用excl表格编制统一的计算形式，不仅可以更加直观的计算出各段伸长量，而且可以是计算结果准确，避免计算机计算的输入误差等错误。

在计算过程中，一些参量的取舍不同，也会对计算结果有一定的影响，弹性模量Eg是计算的重要因素，由于国内一些厂家生产产品弹性模量不均匀现象，对伸长量会造成很大的偏差，针对这种情况可以对弹性模量进行事先测定。μ和k值的选取对于两端非对称张拉钢束也是重要的参数，摩擦系数大小在很大程度取决于工程的精心程度。规范中虽然给出相应的数值，但只能作为正常施工的指导依据，要想获得准确的数据最好的办法是在实际施工中对孔道摩阻进行测定，在实际的施工中对相关数据进行调整。

分段计算原则分别计算每个线段起点张拉力和终点张拉力，例如：a-b-c-d-f-z1段，a点的张拉拉力等于初始张拉拉力，由于孔道摩擦阻力的存在b-c-d-f-z1段的张拉拉力程梯形递减。根据上述论述建立伸长量计算公式，计算结果如下：

通过以上计算也可以看出精确计算法和简化计算法所得结果基本一致，所以施工中采用简化计算方法完全可以满足曲线预应力筋张拉伸长值的计算精度要求。

5小结

对于非对称性线性布置的预应力钢筋两端张拉伸长量的计算作为伸长值校核的依据，可以指导现场的实际施工，到达预应力施加和伸长双控的目的，同时操作人员的素质和合格的产品也是质量控制的一个重点。

参考文献：

[1]《公路桥涵施工规范》JTGF50-2011

[2]孔凌嘉《新五金手册》中国建筑工业出版社2010年06月

[3]周水兴《路桥施工计算手册》人民交通出版社2013年05月

[4]张狄龙《波纹管道预应力摩擦损失检测与研究》中国建筑科学研究院2008