简述后张法预应力梁普通松弛预应力筋张拉过程中锚段回缩的超张拉应用

简述后张法预应力梁普通松弛预应力筋张拉过程中锚段回缩的超张拉应用

孙 建

中交三航局宁波分公司 浙江省宁波市 315200

摘要 ：现代建筑材料铸造工艺随国家发展愈发精进，梁体制作工艺中增加预应力可最大程度上减负梁体自重力，加强梁体的承载力，后张法制梁普通松弛预应力筋在张拉过程中会存在锚端回缩的情况，造成钢绞线的应力损失，达不到设计张拉应力的要求。因此本研究结合银百高速（G69）甜永段TY05标预制梁场的预应力张拉实际施工，对锚端回缩量补偿与超张拉、锚端回缩计算长度取值、超张拉限制问题进行探究，总结出补偿回缩最大超张拉与梁体钢绞线长度的关系及限定条件，为业界提供参考。

关键词：预应力；梁体长度；锚端回缩；超张拉

一、前言

随着我国国民经济发展，建筑需求不断增长，土建行业的蓬勃发展给建筑材料工业技术带来了新一轮的革新。最早于建造行业中工型梁截面为实心，但根据材料力学公式计算出受弯构件截面主要作用在梁的上下缘受力，梁截面载重作用并不明显甚至会抵消梁上下缘部分的承载力，因此在截面上广泛应用工字型梁替代方形梁，由此减轻梁体的载重。而今经中国工程研究院群策，又在梁体制作工艺中增加了预应力，即除了减轻梁本身的重量外还使梁根据结构受力特点在梁体上施加一个与自重相反的作用力，最大程度上减负梁体自重力。现在不管是预制梁板还是现浇梁板，在设计中均采取施加预应力的方式保证梁体的受力和变形。被施加预应力的材质中，钢绞线材质性能全面优于钢筋，韧性好、抗拉强度高，也因此得以广泛用于预应力混凝土结构中。预应力的设计上采用普通松弛预应力钢绞线作为被施加预应力材质，则通常使用夹片式锚具进行自锚。普通松弛预应力钢绞线的张拉一般采用限位板及千斤顶进行张拉，在张拉过程中，夹片由于受千斤顶的张拉力从锚具中脱出在限位板的凹槽内活动，张拉到位后夹片与钢绞线同时回缩固定值锚具中锁紧。夹片的回缩称为锚端回缩量，会造成钢绞线的应力损失，使锚端控制张拉应力小于张拉时的锁定应力，达不到设计张拉应力的要求。本文依托银百高速（G69）甜永段TY05标预制梁场的预应力张拉施工，在达到张拉应力要求的前提下对锚端回缩量补偿与超张拉、锚端回缩计算长度取值、超张拉限制等问题进行探究和总结。

二、锚端回缩量的补偿与超张拉

锚端回缩在普通松弛预应力钢绞线混凝土施工过程中是一个具有普遍性的问题，是对其预应力值造成影响的主要因素之一。以普通松弛预应力钢绞线为材质的预应力施加作业中，将千斤顶张拉至其行程极限，夹片式锚具中锚端随受拉预应力作用，钢绞线发生强力回缩，回缩距离即为锚端回缩量。锚端回缩会使张拉锁定应力无法达到设计控制应力要求标准，因此在施工中一般采取超张拉的方式对锚端回缩量进行补偿（锚头损失在实际施工中进行测定，本文暂不考虑）。即在张拉前将锚端回缩量的长度计入张拉伸长量中，反算张拉应力增加值，然后根据计算张拉力进行张拉，从张拉力与张拉伸长量两项来进行双重控制，可有效达到设计张拉应力值的目的。

三、锚端回缩量的计算长度取值

普通松弛预应力钢绞线张拉过程中，因锚具及千斤顶包裹了钢绞线大部分外露长度，钢绞线张拉伸长量无法直观测量精准数值，而只能在测量千斤顶活塞行程后，利用总长和千斤顶行程长来推测钢绞线张拉伸长值及大致锚端回缩量。参考《公路桥涵施工技术规范》中公式为：△L=△L+△L2-b-c（1）式。初始拉力为△L，△L为从初始应力至最大张拉应力间的实测伸长量，△L2为初始应力以下的推算伸长值，b为工具锚锚端回缩量，c为工作锚锚端回缩量。因此锚端回缩量的取值一般计算为张拉限位板的凹槽深度减去夹片的外露长度，从现场使用情况看，一般限位板凹槽深度为5~7mm左右，夹片外露长度为2~3mm，单端锚端回缩量一般取值不大于4mm，为计算极限值，本文以单端3mm进行计算。

四、超张拉限制问题

为补偿普通松弛预应力钢绞线锚端回缩量，须对普通松弛预应力钢绞线实施超张拉，促使钢绞线张拉应力值超出正常值范围，从而增加控制应力值。尽管超张拉可解决钢绞线锚端回缩问题，有效补偿预应力损失，但钢绞线受力存在极限。桥梁规范参数中要求钢绞线超张拉可比设计张拉控制应力提高5%，但任何情况下不能超过设计规定的最大张拉控制应力。

通用图纸设计要求锚下控制张拉应力取值为0.75f，正常情况最大张拉应力在0.8f及以下。如不考虑其他因素，超张拉数值最大可为设计张拉控制应力的105.0%，同时必须在钢绞线极限抗拉强度80.0%及以下。如果根据回缩量补偿长度计算的张拉力超过上限，则因超出钢绞线的极限抗拉强度标准值，会造成钢绞线的损坏，甚至产生危险。本标段30米预制箱梁正弯矩预应力钢束共有N1、N2、N3 、N4 各2束，设计锚下张拉控制应力：σcon=1860×0.75=1395MPa。按设计要求箱梁砼强度达到设计强度的90%后方可张拉，并采用两端对称张拉，锚外张拉控制应力：0.75*103%*f=77.25%f＜0.8f

普通松弛预应力钢绞线张拉流程：张拉力与张拉伸长量两项双控，从两侧对称张拉，将总伸长量作为校验值，比较实际伸长值与理论伸长值，将比值的误差百分比控制在±6.0%内；张拉步骤为0→初应力0.1σcon→0.2σcon→1.05σcon→锚固；钢绞线张拉结束后，应力值保持在平稳状态时及时灌强度大于50MPa水泥浆，力求一次完成，尽可能减少中断率。如张拉过程中发现伸长值超出正常值范围必须即刻停止张拉并查明异常原因。

五、补偿回缩最大超张拉与梁体钢绞线长度的关系

梁体普通松弛预应力钢绞线长度足够超张拉补偿回缩量必须要寻到其最短长度值。

1、梁体设定

以后张法为例，假定钢绞线为直线，钢绞线采用φ15.24普通低松弛钢绞线，其截面面积为140mm²，标准强度f_pk=1860MPa. ，弹性模量E_p=1.95×10⁵MPa。

2、超张拉与按照设计张拉力伸长量的比较

设计张拉按照0.75f，超张拉为设计张拉控制应力的105%，则张拉伸长量差值为

=0.255L（mm）

3、梁体长度计算

普通松弛预应力钢绞线实际张拉伸长量按规范应控制在理论伸长量的6%以内，锚端回缩量单端为3mm，双端张拉回缩量为6mm，

则张拉的梁体普通松弛预应力钢绞线长度应L=6/0.255＞23.52m。

由此可见小于23.52m只能进行单端超张拉，且超张拉伸长量须按原量50%算；大于23.52m既可有效双端超张拉，有效补偿锚端回缩失去的预应力。

六、采用超张拉补偿锚端回缩量的条件

根据以上补偿回缩最大超张拉与梁体普通松弛预应力钢绞线长度的关系为L=6/0.255＞23.52m。梁体一般设计为直线+弧线段的形式，考虑偏转角及摩擦等影响，实际张拉力约为理论张拉力的90%左右，也就是说理论张拉力还须加上自身理论长度的10%，因此梁体钢绞线长度需达到26m左右，方可使普通松弛预应力钢绞线控制应力最大化，有效补偿锚端回缩量，达到设计要求。

在钢绞线实施张拉的过程中，考虑进千斤顶、工作锚具等工作长度后，经以上研究可认为常规梁体长度为25米及以上，可给予超张拉的方式补偿锚端回缩量。

如果梁体长度小于25m，为保证钢绞线的性能，锚端回缩量无法补偿到位，如果回缩量补偿到位，则会导致钢绞线张拉力超限。

七、结语

综上所述，研究预应力梁体长度与锚端回缩补偿超张拉的关系具有重要意义。随着我国土建行业的发展，现代建筑愈发简洁美观，这离不开建筑材料高效的铸造工艺，如梁体制作方面应用工字型梁替代方形梁、增加预应力等。在梁体预应力的设计上采用普通松弛预应力钢绞线作为被施加预应力材质，则通常使用夹片式锚具进行自锚。普通松弛预应力钢绞线的张拉一般采用限位板及千斤顶进行张拉，在张拉过程中，夹片由于受千斤顶的张拉力从锚具中脱出在限位板的凹槽内活动，张拉到位后夹片与钢绞线同时回缩固定值锚具中锁紧。夹片的回缩称为锚端回缩量，会造成钢绞线的应力损失，使锚端控制张拉应力小于张拉时的锁定应力，达不到设计张拉应力的要求。因此研究对锚端回缩量的补偿与超张拉、锚端回缩计算长度取值、超张拉限制问题进行探究发现：在张拉前将锚端回缩量的长度计入张拉伸长量中，反算张拉应力增加值，然后根据计算张拉力进行张拉，通过张拉力与张拉伸长量来进行双控，可达到设计张拉应力值的目的；然后从现实取材，取值一般限位板凹槽深度并计算；考虑到桥梁规范要求超张拉可比设计张拉控制应力提高5%，但在任何情况下均不得超过设计规定的最大张拉控制应力，在极限范围推算；结论为梁体普通松弛预应力钢绞线的长度必须在25米以上，才可以通过超张拉的方式对两端张拉的钢绞线锚端回缩量进行补偿，如果普通松弛预应力钢绞线长度达不到25米，将造成钢绞线的受损或者无法对锚端回缩量补偿到位。对25米以下梁体的张拉，为保证施工时锚下控制张拉应力达到设计张拉应力的要求，建议在张拉时采取单端张拉的方式，其相应的锚端回缩量补偿仅需补偿单端回缩即3mm左右，梁体长度的要求即可缩短至13m，可以保证张拉控制张拉应力达到设计张拉应力的要求。

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