预应力钢绞线伸长量的计算

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1、后张法预应力钢绞线伸长量的计算预应力钢绞线施工时， 采用张拉应力和伸长值双控， 实际伸长值与理论伸长值误 差不得超过 6，后张预应力技术一般用于预制大跨径简支连续梁、简支板结构， 各种现浇预应力结构或块体拼装结构。预应力施工是一项技术性很强的工作，预 应力筋张拉是预应力砼结构的关键工序，施工质量关系到桥梁的安全和人身安 全，因此必须慎重对待。 一般现行常接触到的预应力钢材主要：有预应力混凝土 用钢绞线、 PC光面钢丝、刻痕钢丝、冷拔低碳钢丝、精轧螺纹钢等材料。对于 后张法预应力施工时孔道成型方法主要有：金属螺旋管、胶管抽芯、钢管抽芯、 充气充水胶管抽芯等方法。 本人接触多的是混凝土预应力钢绞线

2、 （PCstrand、 17 公称直径 15,24mm ，fpk1860Mpa ，270级高强底松弛），成孔方法多采用金属 螺旋管成孔，本文就以此两项先决条件进行论述。1 施工准备：1.1 熟悉图纸：拿到施工图纸应先查阅施工说明中关于预应力钢绞线的规格，一 般预应力钢束采用ASTMA416-270 级低松弛钢绞线， 其标准强度为 fpk1860Mpa ， 17公称直径 15,24mm ，锚下控制力为k=0.75 fpk Mpa。1.2 根据施工方法确定计算参数：预应力管道成孔方法采用金属螺旋管成孔，查下表确定 K、 取值：表 1 孔道成型方式K值 值钢绞线精轧螺纹钢预埋铁皮管道0.003 0.

3、35 0.4 预埋钢管0.0010 0.25 抽芯成型管道0.0015 0.55 0.6 预埋金属波纹管0.0015 0.20 0.25 0.5 预埋塑料波纹管0.0015 0.14 0.17 0.45 注：摘自公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000 ）附录 G 8 根据钢绞线试验结果取得钢绞线实际弹性模量Ep（一般为 1.9 2.04105Mpa ）1.3 材料检测：金属螺旋管根据公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000 ）附录 G 7 之要求 检测；锚具根据公路桥梁预应力钢绞线用YM 锚具、连接器规格系列（JT/T 329.1-1997 ）及公路桥梁预应力钢绞线用锚具、连接器

4、试验方法及检验规则 （JT/T 329.2-1997 ）之要求检测；钢绞线根据预应力混凝土用钢绞线GB/T5224-2003之要求检测2 理论伸长量计算：后张法预应力钢绞线在张拉过程中，主要受到以下两方面的因素影响：一是管道 弯曲影响引起的摩擦力， 二是管道偏差影响引起的摩擦力；两项因素导致钢绞线 张拉时，锚下控制应力沿着管壁向跨中逐渐减小，因而每一段的钢绞线的伸长值 也是不相同的。2.1 计算公式：公路桥梁施工技术规范 (JTJ 041-2000) 中关于预应筋伸长值L 的计算按照 以下公式（ 1）：LPpLApEpL各分段预应力筋的理论伸长值（mm ）；Pp 各分段预应力筋的平均张拉力（N

5、）；L预应力筋的分段长度（ mm ）；Ap预应力筋的截面面积（mm2）；Ep预应力筋的弹性模量（ Mpa ）；公路桥梁施工技术规范(JTJ 041-2000) 附录 G 8 中规定了 Pp的计算公式 （2）：PpP（1e（kx）kxP预应力筋张拉端的张拉力，将钢绞线分段计算后，为每分段的起点张拉 力，即为前段的终点张拉力（N）；从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，分段后为每分段中 每段曲线段的切线夹角（rad）；x从张拉端至计算截面的孔道长度，分段后为每个分段长度或为公式1 中 L 值；k孔道每束局部偏差对摩擦的影响系数（1/m），管道内全长均应考虑该影 响；预应力筋与孔道壁之间的磨

6、擦系数，只在管道弯曲部分考虑该系数的影 响。从公式（1）可以看出， 钢绞线的弹性模量Ep是决定计算值的重要因素，它 的取值是否正确， 对计算预应力筋伸长值的影响较大。所以钢绞线在使用前必须 进行检测试验，弹性模量则常出现Ep=（1.962.04）105Mpa的结果，这是由于实际的钢绞线的截面积并不是绝对的140mm2， 而进行试验时并未用真实的钢绞线截面积进行计算，根据公式（1）可知，若 Ap有偏差，则得到了一个Ep 值，虽然 Ep并非真实值，但将其与钢绞线理论面积相乘所计算出的L 却是 符合实际的， 所以要按实测值Ep进行计算 。公式 2 中的 k 和 是后张法钢绞线伸长量计算中的两个重要的

7、参数，其大 小取决于多方面的因素： 管道的成型方式、 预应力筋的类型、 表面特征是光滑的 还是有波纹的、 表面是否有锈斑， 波纹管的布设是否正确， 弯道位置及角度是否 正确，成型管道内是否漏浆等等， 各个因素在施工中的变动很大，还有很多是不 可能预先确定的， 因此，摩擦系数的大小很大程度上取决于施工的精确程度。在 工程实施中， 最好对孔道磨擦系数进行测定（测定方法可参照 公路桥梁施工技 术规范 (JTJ 041-2000) 附录 G 9），并对施工中影响磨擦系数的方面进行认 真的检查，如波纹管的三维位置是否正确等等， 以确保摩擦系数的大小基本一致。 实际计算可根据表1 选取参数。3 划分计算分

8、段：整束钢绞线在进行分段计算时，首先是分段（见图1）：3.1 工作长度： 工具锚到工作锚之间的长度，图 1 中工作段 AB长度 L，计算时 不考虑 、，计算力为 A点力，采用公式1 直接进行计算， Pp千斤顶张拉 力；3.2 波纹管内长度：计算时要考虑、，计算一段的起点和终点力。每一段 的终点力就是下一段的起点力，例如靠近张拉端第一段BC的终点 C点力即为第 二段 CD的起点力，每段的终点力与起点力的关系如下式：Pz=Pq e-(KX+)（公式 3）Pz分段终点力（ N）Pq分段的起点力（ N ）、x、k、意义同上各段的起终点力可以根据公式3 从张拉端开始进行逐步的计 算。3.3 根据每一段起

9、点力 Pq代入公式 2 中求出每一段平均张拉力Pp。3.4 根据 Pp代入公式 1 计算出每一段的伸长值L，相加后得出全长钢绞线伸 长量。4 算例：已知构件钢束布置如图1 所示，曲线段钢束半径600cm ，预应力筋采用 15.24 的钢绞线束， fpk1860Mpa ，锚下（张拉）控制力为k=0.75 fpk1395Mpa ， Ep1.95105 Mpa，孔道采用金属螺旋管。采用分段计算理论伸长量。解：根据图 1 所示共分为： AB 、BC 、CD 、DE 、EF 、GF共 6 段进行计算。曲线段 CD的 ：arc tg （19.46/151.58 ）0.1277rad 曲线段 EF的 ：ar

10、c tg （19.46/151.58 ）0.1277rad 表 2 AB BC CD DE EF FG 长度 x（cm ）60 19.94 153.22 100.6 153.22 99.03 弧度 （rad）0 0 0.1277 0 0.1277 0 根据锚下（张拉）控制力为k=0.75 fpk1395Mpa及锚圈口摩阻损失（一般规 定不大于 3% ，也可根据公路桥梁施工技术规范(JTJ 041-2000) 附录 G 9 测 得，这里计算取 3% ）计算千斤顶张拉力P1395140（13% ）201159N （每 根）；根据公式 1 计算工作长度（ AB ）段的伸长量：L120115960 1

11、401.95105L14.42mm 根据表 2 中参数计算当 k0.0015，0.2 各段伸长 量：表 3 分段x（mm ） （rad）kx+ e-(kx+ ) 起点力 Pq 终点力 Pz Pp L BC 199.4 0 0.000299 0.99970094 195300.0 195241.6 195270.8 1.4 CD 1532.2 0.1277 0.027838 0.97254561 195241.6 189881.4 192549 10.8 DE 100.6 0 0.000151 0.99984911 189881.4 189852.7 189867 0.7 EF 1532.2 0

12、.1277 0.027838 0.97254561 189852.7 184640.4 187234.5 10.5 FG 990.3 0 0.001485 0.99851565 184640.4 184366.3 184503.3 6.7 当 k0.0015，0.2 总伸长量 L4.42 1.4 10.8 0.7 10.5 6.735mm 根据表 2 中参数计算当 k0.0015，0.25 各段伸长 量：表 4 分段x（mm ） （rad） kx+ e-(kx+ ) 起点力 Pq 终点力 Pz Pp L BC 199.4 0 0.000299 0.99970094 195300.0 19524

13、1.6 195270.8 1.4 CD 1532.2 0.1277 0.034223 0.96635569 195241.6 188672.8 191938.5 10.8 DE 100.6 0 0.000151 0.99984911 188672.8 188644.4 188658.6 0.7 EF 1532.2 0.1277 0.034223 0.96635569 188644.4 182297.5 185452.9 10.4 FG 990.3 0 0.001485 0.99851565 182297.5 182027.0 182162.2 6.6 当 k0.0015，0.25 总伸长量 L

14、4.421.4 10.80.7 10.5 6.634mm5 计算现场控制伸长量范围：根据公路桥梁施工技术规范(JTJ 041-2000)12.8.3条规定“实际伸长值与 理论伸长值的差值应控制在6% 以内，否则应暂停张拉，待查明原因并采取措置 予以调整后，方可继续张拉”。 从上述例题中不难看出， 其它参数正确的情况下， 当 0.2 时 L35mm ，符合规范规定的控制范围是32.937.1mm ，当 0.25 时 L34mm ，符合规范规定的控制范围是3236mm 。但在实际施工时由 于管道成型后表面特征是否光滑、表面是否有锈斑， 位置偏差大小， 弯道位置及 角度是否正确、 成型管道内是否漏浆

15、等因素影响，规范中提供的 是一个变值， 根据表 1 中提供，变化范围为 0.20.25，所以上述例题计算出的伸长量的实际 控制范围应是 3237mm 。6 张拉时钢绞线实际伸长量的测量方法钢绞线实际伸长量的测量方法有多种多样，目前使用较多的是直接测量张拉 端千斤顶活塞伸出量的方法， 我认为这样的测量方法存在一定的误差，这是因为 工具锚端夹片张拉前经张拉操作人员用钢管敲紧后，在张拉到10% k 时因钢绞 线受力，夹片会向内滑动，张拉到20% k 时，夹片又会继续向内滑动，这样通 过测量千斤顶的伸长量而得到的10% 20% k 的伸长量比钢绞线的实际伸长值 长 12mm ，若以 10% 20% k 的伸长量作为 0% 10% k 的伸长量，哪么在 0% 20% k 的张拉控制段内，钢绞线的伸长量就有23mm 的误差。从 20% k 张拉 到 100% k 时，钢绞线的夹片又会向内滑动一点，按最小值滑动量计算单端钢绞 线的伸长量就有 34mm 的误差，两侧同时张拉时共计有约68mm 的误差（误差 值的大小取决于工具锚夹片打紧程度），但是张拉力是达到的。 因此用测量千斤 活塞的方法一般测出来的值都是偏大的。对于钢束实际伸长值的测量， 建议采用 量测钢绞线绝对伸长值的方法，而不使用 量测千斤顶活塞伸出量的方法， 后者测得的伸长值须考虑工具锚处钢束回缩及夹