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1、现浇箱梁预应力张拉学习讲座,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
2、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：
3、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，
4、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
5、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
6、,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
7、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
8、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
9、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
10、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，
11、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
12、，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
13、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6
14、0120 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
15、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
16、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
17、拉断；每束滑丝或断丝数不超过一丝。,注意！钢绞线断丝是指单根钢绞线内钢丝的断丝。,3.3 钢束滑丝的判断及滑丝、断丝的处理1)滑丝的判断：张拉前先将所有钢绞线尾端切割成一个平面或采用与钢绞线颜色反差较大的颜料标出一个平面，钢束张拉锚固后若工作锚回缩量大于8mm，则说明钢绞线束出现了整体滑丝，应更换工具锚夹片或限位板后再行张拉。工作锚回缩值可按下列公式计算：1=限位板深度工作锚夹片的外露量。再检查钢绞线尾端标记是否仍为一个平面，如平面出现变化，说明有个别钢绞线出现了滑丝现象，必须采取措施及时处理。,限位板由厂家特制，槽口深度与不同千斤顶型号有关,张拉锚固卸完千斤顶后量测,锚固后夹片外露量可用直尺
18、量测,2)滑丝的处理：将卸锚座支承在锚具上，用YC250前卡式小千斤顶放张滑丝钢绞线，直到将滑丝夹片取出，换上新夹片，再张拉至设计控制力。如遇严重滑丝或在滑丝过程中钢绞线受到严重损伤，应将锚具上的钢绞线全部卸荷、退锚。3)断丝的处理：常用方法：卸荷退锚换钢束重新张拉。也可采取提高其他钢绞线或其他钢束的控制张拉力以补偿断丝损失应力的方法进行处理。,退锚、放张常用的前卡式手持千斤顶,4、提高钢绞线张拉质量的控制措施,梁体内建立的最终有效预应力是通过预应力钢束的实测伸长值来校核的，特别是对于逐段现浇施工的连续箱梁来说，要使其长钢束的张拉质量满足要求，更必须从影响钢束伸长值的各个因素、各个环节出发，即
19、从施工前的准备阶段、孔道成型留设阶段以及预应力钢束的张拉阶段采取措施加以控制，下面从以下措施加以控制：,(1)施工前把好设备关。千斤顶与油泵及压力表应定期或根据张拉次数配套校验标定，建立起张拉力与压力表读数的曲线关系。在施工过程中，张拉设备出现反常现象或发生与前期标定时的正常状态不同时，均应重新标定，以保证张拉力准确性。张拉设备设专人使用和管理，做好千斤顶和油压表的编号，保证张拉设备的配套使用。,(2)施工前把好材料关。箱梁钢束较长，换束工作难度相当大，应避免因为使用不合格的钢绞线而进行换束，且长束张拉增加了千斤顶的张拉回程和锚具的临时锚固次数，必须加强对原材料锚固能力的检验，避免因原材料不合
20、格而造成张拉失败。,(3)提高长束孔道的成型精度。这一点对于分阶段现浇施工的连续箱梁桥来说，钢束孔道的成型精度显得尤为关键。孔道实际线形与设计线形偏差大，无端增加了预应力损失，直接影响了梁体建立的有效预应力，降低结构的应力储备，严重者将出现钢绞线拉断的现象。因此更应重视孔道的成型质量，做好如下几个方面的工作：,孔道与普通钢筋发生位置干扰时，可适当移动或弯折普通钢筋，避免孔道发生局部弯曲现象。,严格控制波纹管的接管连接质量，特别是梁段分段处孔道的连接质量，严禁孔道在分段处出现折角的不平顺连接。,保证孔道与端部喇叭管的顺直度，绝不允许有折角存在。安装封头模板时，必须按喇叭管张拉平面的准确倾角进行固
21、定。,混凝土浇筑时，在波纹管的两侧应尽量对称下料，振动棒不可碰撞到波纹管，注意控制波纹管上浮现象的发生，避免孔道的局部变形、偏摆。,孔道的定位钢筋必须牢固准确，并将其点焊在稳定的结构钢筋上，孔道破损处和接管处须用胶布缠裹密封，以免引起漏浆。,(4)设专人统一指挥，严格按既定的张拉工艺进行操作。长束张拉施工人员多，分布面广，容易造成施工混乱，影响质量，为了避免这一现象的发生，必须设专人进行统一指挥，固定张拉操作人员，两端张拉操作使用对讲机进行清晰联系。在张拉过程中，应注意是否有异常现象如响声、油压表指针抖动等，精神要集中，张拉完成后检查钢绞线上夹片留下的咬痕，对比钢绞线束上作标记的颜料平面，以尽
22、早发现有否滑丝、断丝问题。如出现滑丝，按上述方法及时处理。经常检查工具锚夹片和限位板，以及时进行更换。,(5)重视钢绞线束伸长值的量测与计算。在现浇箱梁长钢束的张拉施工中，伸长值的量测和记录尤为重要。,5、张拉其他问题探讨,5.1 理论伸长值计算参数的取用 Eg、k和的取用对张拉理论伸长值计算结果的可靠性影响较大，而在实际计算中，对Eg、k和的取用很不一致。对Eg 有的取用钢绞线抽样检测值，有的取用规范提供的参考值；对k和，有的取用首次张拉前的检测值，有的取用规范提供值。建议Eg 计算采用设计提供值，伸长值修正时取用钢绞线出厂技术合格证给出值，k和 若设计已提供则采用设计值，否则取用规范提供值
23、。,注意：另外进场钢绞线每捆附有铁牌合格证，其参数与出厂书面合格证相对应，施工时需做好保存并做好每捆的跟踪记录！,伸长值的修正公式为：,式中：E、A为计算采用的钢绞线弹性模量及截面积；E、A 为实测钢绞线弹性模量及截面积；E=1.95105MPa；A=140mm2；为计算得到的伸长值；为为修正后的伸长值。,5.2 锚固时工作锚回缩造成的应力损失 锚固时工作锚夹片回缩产生应力损失。设计上一般考虑46 mm 的钢绞线回缩值（本桥设计提供为6mm，可按公式1=限位板凹槽深度-工作锚夹片的外露量来复核）。实际施工中易出现锚塞回缩超标现象，因为锚塞是靠限位板的限位槽控制，而限位板的两个面分别适用于不同直
24、径的两种钢绞线，限位槽深浅不一，钢绞线直径大者，其槽深，反之则浅。张拉时易用错，若粗钢绞线用浅槽面，易断丝，容易发现；反之，则不易发现，造成应力损失超标。往往限位板的槽深与钢绞线不是非常配套，因此选购千斤顶时，应根据所用钢绞线的直径，需找厂家特制单面限位板，以减小工作锚回缩的应力损失。,限位板凹槽,5.3 张拉时梁体砼弹性压缩应力损失 由于梁体砼弹性压缩量与很多因素有关，理论计算未必准确，其值也不大，所以张拉中经常忽略不计。但它确实影响预施应力效果，在砼弹性模量低的桥梁中影响较大，尤其是张拉的第一束及张拉顺序的改变。因此，在先张拉横隔梁预应力束（若有）后，再张拉梁端截面钢束，其张拉顺序为：先腹
25、板、再底板、最后张拉顶板；同类型钢束张拉顺序：中层束下层束上层束，左右对称张拉。若张拉设备足够，则可采用两台千斤顶同时对同部位钢束进行张拉。下面以本桥腹板钢束为例进行说明：,5.4 张拉中的“双控”设计和规范要求按“双控”进行张拉作业，以控制张拉应力为主，钢绞线伸长量作校核。然而，张拉中难免出现伸长值偏大或偏小的现象，较短的简支梁易出现伸长值偏大，大跨度梁、尤其是现浇连续梁易出现伸长值偏小。有的施工人员对伸长值偏大不予处理，对伸长值偏小采用超张拉力增加伸长值的方法进行处理。影响张拉伸长值的主要因素是张拉力、钢柬弹性模量和应力损失，应从张拉设备、钢绞线、孔道摩阻、锚口摩阻、梁体砼弹性压缩等方面，采用排除法查出原因，再采取相应对策进行处理，方可达到张拉“双控”的目的。,
