浅析后张法预应力钢绞线张拉新程序的应用

摘要：通过工程实例结合他人总结的经验，进一步说明改变传统后张法程序能够较好的满足设计规范要求，为今后的预应力工程采用新的预应力张拉顺序提供工程依据。

关键词：后张法   预应力   钢绞线   张拉  伸长值 压浆  封锚

前言：我们在施工某实训中心屋面第一榀预应力大梁后张法预应力钢绞线张拉过程中发现按传统的张拉程序(0 →0.1бk →0.2бk →1.05бk 持荷5分钟 →бk)施工时,实测伸长值与理论伸长值的差值超过规范允许的范围（伸长量误差规范要求在±6%以内）后我们查看有关资料，其中陶余苗的《浅析后张法预应力空心板梁的张拉控制程序》论文认为传统的钢绞线张拉程序对张拉的初始应力控制偏小,使得实测伸长值与理论伸长值的差值往往超出规范允许的范围.建议采用新的张拉程序(0 →0.25бk →0.5бk →1.05бk 持荷5分钟 →бk)能够较好的满足设计规范要求。我们立即重新调整方案，按新程序进行施工，施工的预应力大梁全部满足设计规范要求。

一、工程概况

重庆某实训中心屋面有18根预应力大梁，，预应力钢束均采用12-7φs5（有效直径d=15.2的标准型钢绞线，其技术标准，fpk=1860MPa，预应力张拉控制应力为σcon = 0.75×1860=1395MPa。其性能指标必须符合GB/T5224——2014标准。锚具规格为OVM15形式，锚具性能必须满足图纸及《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370-2015）的有关规定。

预应力钢绞线束张拉设计未提供的张拉顺序，只有张拉控制力。施加预应力在混凝土强度达到设计规定强度80%后进行且龄期不低于20天后方可进行张拉，预应力钢束采用张拉应力与伸长量双控，伸长量误差在±6%以内。纵向预应力张拉设备根据钢绞线束大小选用YDC-2500的液压千斤顶。

该工程预应力大梁金属波纹管位置及预应力钢绞线曲线详见下图

 二、理论伸长值的计算

1.计算说明:

预应力筋采用控制应力方法进行张拉时,应以伸长值进行校核。为控制预应力钢绞线张拉实际伸长值与理论伸长值的差值，应先计算出钢绞线的理论伸长值。根据《公路桥涵施工技术规范》(JTgt3650-2020)条文说明第7.6.3条,由直线与→曲线混合组成的预应力钢绞线，其伸长值应分段计算，然后叠加。

钢绞线理论伸长值直线段采用公式:

△L=Pp×L/(Ap×Ep)

式中:△L:钢绞线直线段理论伸长值(mm);

Pp:预应力筋的平均张拉力(N);

L:预应力钢绞线长度(mm);

Ap:预应力钢材截面面积(mm2);

Ep:预应力钢材弹性模量(N/mm2).

钢绞线理论伸长值曲线段采用公式:

△L = P×L/(Ap×Ep)式中:

△L:钢绞线曲线段理论伸长值(mm);

P:预应力筋的平均张拉力(N);

其余符号同直线段.

关于Pp,P的计算:

Pp = P[1-e-(kx+uθ)]/(kx+uθ)

Pp:预应力筋平均张拉力

X:从张拉端至计算截面的孔道长度(m);

θ:从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的切角之和(rad)

K:孔道每m局部偏差对摩擦的影响系数

U:预应力钢材与孔道壁的摩擦系数;

2、计算中有关数据

Ap=141.6×１２=１699.2mm2

Rby=1860Mpa

бk= 0.75Rby=1395Mpa

Eg=1.9８×105Mpa

K=0.0０15(规范取值)

U=0.25(规范取值)

25%σcon=1395×0.25×1699.2/1000=592.596KN

50%σcon=1395×0.5×1699.2/1000=1185.192KN

105%σcon=1395×1.05×1699.2/1000=2488.903KN

100%σcon=1395×1.00×1699.2/1000=2370.384KN

3、钢绞线理论伸长值计算

25%σcon张拉力时的伸长值计算：

直线段2×470mm：△L=Pp×L/(Ap×Ep)=592596×470/(１６９９.２×1.98×105) ×2=0.828×2=1.656mm;

    曲线段：1450mm：△L = P×L/(Ap×Ep)= P[1-e-(kＬｔ+uθ)]/(kx+uθ) ×L/(Ap×Ep)= 592596×（1-0.9927）/0.007×1450/（１６９９.２×1.98×105)=2.663mm

曲线段：17357mm：△L = P×L/(Ap×Ep)= P[1-e-(kＬｔ+uθ)]/(kx+uθ) ×L/(Ap×Ep)= 592596×（1-0.9401）/0.0618×17357/（１６９９.２×1.98×105)=29.632 mm

曲线段：1150mm：△L = P×L/(Ap×Ep)= P[1-e-(kＬｔ+uθ)]/(kx+uθ) ×L/(Ap×Ep)= 592596×（1-0.9918）/0.0082×1150/（１６９９.２×1.98×105)=2.026mm

25%σcon张拉力时的伸长=1.656+2.663+29.632+2.026=35.997mm

同理可得50%σcon张拉力时的伸长值=71.954mm

100%σcon张拉力时的伸长值=143.91mm

105%σcon张拉力时的伸长值=151.10mm。

4、应力与伸长值及压力表读数之间的关系

首先根据试验,按一元线性回归曲线标定出油表与相应的千斤顶之间的关系曲线方程,308#压力表配套的千斤顶编号为9596#,其关系曲线方程为P=0.018149F-0.454818;424#压力表配套的千斤顶编号为9595#,其关系曲线方程为P=0.017818F+0.080438;张拉力单位KN,伸长值单位为mm,压力表单位为Mpa.其对应关系如下表:

预应力束张拉

当大梁混凝土的强度达到设计规定强度80％以后进行预应力张拉，且砼龄期达到20天以后。预应力张拉顺序为：N左→ N右。

预应力大梁侧模在预应力张拉前拆除，底模支架不得在预应力束张拉前拆除。

张拉工艺流程图： 

 张拉要点：尽量减少预应力筋与孔道摩擦，以免造成过大的应力损失或使构件出现裂缝和翘曲变形。避免张拉时构件截面呈过大的偏心受力状态，应使已张拉的合力线处在受压区内，边缘不产生拉应力。张拉时，两端千斤顶升降速度应大致相等。

预应力束张拉程序为：0 → 初应力（25%σcon）→初应力（50%σcon）→105%σcon（持荷5min后锚固）。

预应力束张拉采用张拉吨位与伸长量双控，当张拉吨位达到控制吨位时，实际延伸量应在理论引伸量的±6%范围内。

预应力钢束张拉时要尽量避免出现滑丝、断丝现象，确保在同一截面上的断丝率不得大于1%，而且限定一根钢绞线不得断丝两根。张拉时采用张拉应力和伸长量双控，张拉顺序严格按设计要求进行，采用两端双向张拉。

张拉时应尽量做到上、下左右对称张拉。

张拉加载程序：

钢绞线张拉完毕后，检查张拉力和伸长量以及上拱度是否符合设计及规范要求，如不满足要求，应立即与设计及监理单位商量解决。

如钢绞线出现滑丝情况，应查明原因后，进行补张拉。

张拉时必须做好原始记录，并由现场监理确认。

张拉记录：张拉时，严格按照设计拉力百分比及相应的拉力进行操作并准确记录伸长值。即先拉25%（б设），记下伸长值A，再拉至50%（б设），记下伸长值B（利用B-A，记作25%的伸长值），然后拉到105%（б设）持荷5分钟后，放松至100%（б设），将其锚固，记下其伸长值C,并扣除混凝土的压缩量D (取D=4.5mm)。

根据张拉记录，实际伸长值的计算公式为：

伸长值△L=C-A+(B-A)-D

预应力束在张拉控制应力达到稳定后锚固，其锚具用封端混凝土保护，锚固后的预应力束外露长度不得小于30mm，多余的预应力钢绞线用砂轮切割机割除。

孔道压浆

预应力束张拉完成后，立即进行孔道压浆，压浆前用压缩空气或高压水清除管道内杂物，并保证压浆质量。

压浆前的准备工作：切割锚外钢丝，采用砂轮切割机切割，预留长度不小于3cm。

压浆顺序是先下后上，要将集中在一处的孔一次压完。

冬季施工环境温度低于5℃时，不宜灌浆，否则采取加温措施。

压浆采用普通硅酸盐水泥配制的水泥浆，水泥浆的强度30Mpa， 水灰比宜控制在0.4之内，稠度宜控制在14～18s之间， 泌水率宜控制在2％，最大不得超过3%，水泥浆不允氯盐，为减少收缩，砂浆要求掺加膨胀剂。

张拉工序完成后，用砂浆或水泥净浆封堵锚头外面钢绞线，使压浆时水泥浆不会从钢绞线与锚头间缝隙中流出。 压浆应缓慢、均匀、连续地进行，用压浆机从一端向另一端压入配好的M30水泥净浆，直至另一端出浆孔冒出浓浆，堵塞出浆孔，再加压压一次，然后封闭压浆孔。管道压浆压力控制在0.5—0.7Mpa，管道压浆应认真作好记录，并留置试块。

压浆时，每一个工作班应制作留取不少于3组尺寸40mm*40mm*160的试件，标准养护28天，进行抗压强度和抗择强度试验，作为评定质量的依据。

压浆结束后，立即用高压水对梁被污染的表面进行冲洗，防止遗漏的浮浆粘结，影响梁混凝土外观质量。

封锚

压浆完成后，对需封锚的部位及时进行混凝土浇筑。封锚施工时，先对锚具周围的梁混凝土进行人工凿毛，冲洗干净后，并涂刷环氧树脂20mm，设置钢筋网，并支立模板并浇筑混凝土。封锚混凝土的强度符合设计及规范要求。

综上所述，采用新的预应力钢绞线张拉程序，预应力钢束采用张拉应力与伸长量双控，伸长量误差在±6%以内，能够较好的满足设计规范要求。

参考文献：

1、《建筑施工计算手册（完整本）》  江正荣 编著 2001年7月第一版；

2、《浅析后张法预应力空心板梁的张拉控制程序》 陶余苗 编著 2001年5月；

3、《公路桥涵施工技术规范》(JTGT3650-2020)；

4、《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370-2015）