预应力筋伸长值偏差控制

预应力筋伸长值偏差控制 2004 年 7 月第 33 卷　第 7 期施　工　技　术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY 预应力筋伸长值偏差控制马利振 ,严　薇 (重庆大学土木工程学院 ,重庆　400045) [摘要 ] 分析导致预应力钢绞线伸长值异常的因素 ,提出施工中应采取的预防措施。 [关键词 ] 预应力 ;钢绞线 ;伸长值 ;张拉 [中图分类号 ] TU757 [文献标识码 ] A 　　　　[文章编号 ] 100228498 (2004) 0720057203 Deviation Contr...

2004 年 7 月第 33 卷　第 7 期施　工　技　术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY 预应力筋伸长值偏差控制马利振 ,严　薇 (重庆大学土木工程学院 ,重庆　400045) [摘要 ] 分析导致预应力钢绞线伸长值异常的因素 ,提出施工中应采取的预防措施。 [关键词 ] 预应力 ;钢绞线 ;伸长值 ;张拉 [中图分类号 ] TU757 [文献标识码 ] A 　　　　[文章编号 ] 100228498 (2004) 0720057203 Deviation Control of Extension Values of Prestress Reinforcements MA Li2zhen , YAN Wei ( College of Civil Engineering , Chongqing University , Chongqing 　400045 , China) Abstract : In this article , authors analyze factors causing abnormal extension values of prestress steel strands and provide protec2 tion measures which should be adopted in construction. Key words :prestress ; steel strand ; extension value ; tension [收稿日期 ] 2003207217 ; [修订日期 ] 2004201212 [作者简介 ] 马利振 (1978 —) ,男 ,山东济南人 ,重庆大学土木工程学院硕士 ,重庆　400045 ,电话 : (023) 65106834 　　在预应力混凝土结构中 ,预应力筋的张拉一般采用双控原则 ,即以张拉应力控制为主 ,以张拉伸长值校核为辅。由于钢绞线所处环境的复杂 ,实际的伸长值并不完全遵循应力2应变关系的虎克定律 ,如摩擦损失、材质均匀度、施工因素等都可能造成预应力筋的实际伸长值与计算伸长值有较大偏差。预应力筋在张拉力作用下 ,钢绞线的伸长值可由材料力学公式计算得出。一般规定宜在初应力为10 % σcon时开始测量预应力筋的伸长值 ,而初应力以下的伸长值可由外推得出。伸长值的精确计算一般由下式得出 : ΔLp = ΔLp1 +ΔLp2 - ΔLpc (1) 式中 :ΔLp1 ———初应力到张拉控制应力之间的实际伸长值 ; ΔLp2 ———初应力以下的推算伸长值 ; ΔLpc ———混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩值。一般的 ,由于混凝土的弹性压缩值相对较小 ,在实际的工程计算中经常忽略不计。为了施工计算的方便 ,当初应力为 kσcon时 ,忽略摩擦力的影响 ,最终的伸长值可由下式计算 ,其精确度即可满足工程要求。 ΔL = 11 - kΔLp1 (2) 式中 : k ———初应力与张拉控制应力的比值 ,一般取 10 %。由以上分析可知 ,以 10 %σcon为初应力 ,主要是为了克服张拉初期处于松弛状态的预应力筋与周围孔壁的摩擦力以及钢绞线的滑移带来的伸长值不合理等。但很明显 ,由于松弛状态下 ,钢绞线成蛇形状态 ,其摩擦力应该比同样长度下处于直滑状态下的钢绞线摩擦力要大。因此 ,对于较短跨的预应力筋取10 %σcon为初应力是满足要求的 ,但对于大跨度、多跨连续的预应力筋的张拉 ,其初应力建议取 15 %σcon或 20 %σcon ,否则可能会造成较大的伸长值误差。 1 　导致伸长值偏差的因素《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB502042 2002 规定了张拉伸长值相对的误差范围 ( - 6 %～ + 6 %) ,但应特别注意的是 ,对于超长连续梁等大型结构 ,伸长值的偏小可能会是因为实际预应力值不足造成的 ,此时对于结构来说是相当危险的 ,因此 ,伸长值偏差宜限制在正偏差范围内(0 %～ + 6 %) 。 111 　摩擦状态是否与设计一致工程实践中 ,摩擦系数的采用是根据规范确定的 , 即对于有粘结预应力筋 k = 010015 ,μ= 0125 ;对于无粘结预应力筋 k = 01004 ,μ= 0112。很少有工程对摩擦系数进行实际的测量。而实际上 ,由于各种材料性质、施工质量的不同 ,摩擦系数有一个很大的波动范围。因此 ,对于一些重要工程必须实测其摩擦系数的大小。 112 　施工时的布筋状态是否与计算模型一致 75 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 由于预应力施工中的不可见因素太多 ,设计中不可能一一详尽考虑 ,因此 ,实际的预应力曲线并非完全的光滑曲线 ,也不与设计计算模型一致 ,而是呈现出蛇形分布。有时在主次梁交叉处 ,由于次梁截面面积较小 ,当主梁中的预应力筋穿过次梁时 ,由于次梁底筋已不可移动 ,所以不得不抬高或者降低预应力筋 ,以避开次梁的底部纵筋 ,这样 ,在该部位会突然出现一个折角 ,极易造成较大的预应力损失 ,使伸长值偏小。虽然这种抬高或降低只是很小的高度 ,但由于过渡段较短 , 其摩擦角并不小 ,为尽量避免这种情况的出现 ,应使预应力筋有较长的平缓过渡段 ,减小摩擦角。 113 　预应力筋截面面积、弹性模量、实际张拉力值的大小由于实际材料的制造误差和其他因素 ,预应力筋截面面积和弹性模量并不是固定不变的 ,而是由于生产批次的不同而略有起伏。而在实际计算中采用的一般是固定值 ,如对于 7 方法造成的误差由于预应力筋一般在普通钢筋绑扎之后穿束 ,在布置时处于相对复杂的施工条件下 ,绑扎定位困难 ,很难做到十分准确 ,又如千斤顶工作范围内遇到障碍物 , 需加设变角块避让 ,变角时有应力损失 ;施工人员操作失误而导致的测量误差 ;又如钢绞线与垫板不垂直 ,加大了摩擦而造成的预应力损失等都会影响最后的张拉伸长值。 2 　减小伸长值偏差的施工措施 211 　预应力筋的铺放铺放无粘结预应力筋时 ,必须从两侧拉紧 ,同时从中间向两端绑扎定位 ,并严格控制曲线的位置 ,防止无粘结预应力筋蛇形现象的发生 ,避免平面外弯曲而导致摩阻力的增大 ,降低预应力筋的有效应力。当钢绞线的铺放矢高与非预应力筋有矛盾时 ,非预应力筋必须避让。当双向预应力筋发生交叉时 ,通常施工前应先编制出相互的铺放顺序 ,同时兼顾两个方向的非预应力筋 ,将两个方向的预应力筋相互错开。施工时优先铺放各点标高均处于低位置的预应力筋。水电管线的铺放宜在预应力筋铺放完毕后进行 ,但其施工不得对预应力筋的标高和位置造成影响。 212 　锚固区端部处理承压板焊牢时必须铅直 ,预应力筋末端的切线应与锚垫板相互垂直 ,曲线段的起始点至张拉锚固点之间应有不小于300mm的直线段 ,浇筑混凝土时 ,严禁踏压马凳筋及触动承压板等。同时外墙脚手架搭设必须给施工留足充分的工作面 ,以免张拉施工时 ,千斤顶不垂直于承压板或千斤顶工作范围内有障碍物而需要加设变角块 ,造成预应力损失 ,影响伸长值。对千斤顶的张拉操作空间 ,一般情况下 ,直径方向应有 10～20mm 的间隙 ,长度方向上应长于张拉活塞完全伸出后的千斤顶总长度和完成张拉后外露的预应力筋长度之和。 213 　施工中对摩擦系数进行测试由于不同的施工条件会有不同的摩擦系数 ,为准确估计建立的有效应力的大小 ,对一些比较特殊的工程 ,有必要在张拉施工前首先对摩擦系数进行测试 ,以保证结构的安全。同时 ,也使预应力筋的伸长值建立在比较合理的范围内。 214 　管道漏浆时的处理方法当施工不当造成波纹管或无粘结预应力筋胶皮破裂 ,导致预应力筋与混凝土或水泥浆粘接在一起时 ,可采用如下方法处理 : (1) 当仅出现一处漏浆堵塞时 ,对采用两端张拉的预应力筋 ,两端分别张拉至σcon即可 ,不必确定孔道堵塞的位置。此时 ,相当于将一个两端张拉的预应力筋分两段分别按一端张拉而已 ,堵塞点可当作锚固点。但为确保安全 ,一端张拉时在另一端必须也用千斤顶顶紧 ,以防张拉过程中堵塞混凝土被拉松动而使预应力筋从波纹管中脱出伤人。 85 施工技术第 33 卷 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. (2) 当堵塞几处或单端张拉预应力筋发生堵塞时 , 则必须确定孔道堵塞点的位置 ,此时可分两种情况处理 : ①当堵塞不严重时 ,可在梁体一端张拉预应力筋 (如果是两端张拉 ,同时另一端用千斤顶顶紧) ,当张拉力达到某一小于控制应力值的时刻 ,就可能将漏浆的混凝土拉松动 ,此时 ,预应力筋会发生突然的松弛回弹 ,油压表读数突然下降。由于漏浆部分已松动 ,因此不必再确定漏浆位置 ,但为了减少漏浆加大摩擦而造成的预应力筋应力损失 ,可对该预应力筋适当进行超张拉 ,这样 ,一般不会对预应力筋的有效应力造成太大影响 ,伸长值一般也不会出现太大的偏差。②当孔道堵塞十分严重时 ,漏浆部分无法被拉松动 ,必须确定孔道堵塞的位置 ,在梁上开刀疏通管道。此时可通过实测伸长值ΔL0 与预应力筋全长 L 的伸长值ΔL 作比较 ,当张拉油压等于控制应力的油压时 ,即停止张拉 , 测量此时的伸长值ΔL0 ,则孔道的堵塞位置 L0 (从张拉端算起) 按下式确定 : L0 = ΔL0 ΔL L (3) 　　孔道的多处堵塞 ,可按以上步骤依次进行。值得注意的是 ,上式是在忽略了预应力损失的基础上得出的 ,因此会存在一定的偏差 ,但偏差不大 ,一般可满足工程的需要。 215 　尽量避免施工误差认真施工 ,做好千斤顶的标定、油压表的校核 ,尽量避免不必要的施工误差和失误 ,如读数错误等。 3 　结语当预应力筋测量伸长值与计算伸长值偏差小于 - 6 %时 ,分析其原因并采取措施后 ,应进行一次补张拉 ;当偏差大于 + 6 %时 ,必须停止张拉 ,查明原因并记录在案 ,排除原因后才能继续张拉。一旦出现预应力筋的异常伸长 ,应集中分析工程的实际情况 ,并考虑施工因素 ,采取积极的措施 ,以确保预应力效果。参考文献 : [1 ] 　杭州市建筑业管理局. 建筑业 10 项新技术实践与研究[M] ,北京 :中国水利水电出版社 ,2000. [2 ] 　GB5001022002 ,混凝土结构设计规范[ S] . [3 ] 　陶学康. 后张预应力混凝土设计手册 [M] . 北京 :中国建筑工业出版社 ,1996. [4 ] 　吕志涛 ,孟少平. 现代预应力混凝土设计 [ M] . 北京 :中国建筑工业出版社 ,1998. [5 ] 　段建华. 控制预应力钢绞线张拉伸长的意义及异常伸长的分析 [J ] . 结构工程师增刊 ,2000. [6 ] 　熊学玉 ,黄鼎业. 超长大平面双向预应力梁的相互影响工程测试与分析 [ A ] . 杜拱辰 ,米祥友. 世纪之交的预应力新技术 [M] . 北京 :专利文献出版社 ,1998. (上接第 56 页) 21214 　有限元结果分析由表 2 可知 ,当空心板各部分混凝土强度相同 ,即结构不含薄弱带时 ,梁底没有裂纹出现 (工况 1) ,但在相同的边界条件和荷载下 ,当板底由于施工工艺原因出现薄弱带 ,且薄弱带混凝土强度低于 42MPa 时 ,空心梁板底将出现纵向裂纹 (工况 2) 。有限元分析与前述施工工艺分析的原因是一致的。 213 　实梁试验为了解荷载作用下裂纹的变化情况 ,我们对 1 条梁底有纵向裂纹的空心梁进行了加载试验 ,用百分表对裂纹进行位移观测 ,加载过程直至梁底横向开裂至翼缘板根部 ,纵向裂纹变化范围为 0103～0104mm ,卸载后全部回到 0 ,说明为弹性变形 ,电阻片观测得到的应变值均为受压。 3 　结论 (1) 按以上施工工艺所施工的先张法预应力空心梁的底板中部出现裂纹是难以避免的。 (2) 荷载作用下裂纹没有增大 ,不影响梁的承载力。 (3) 微裂纹有可能使预应力钢绞线在受力状态下受水气的腐蚀影响 ,从而影响钢绞线的使用寿命而降低空心梁的安全性 ,因此需对裂纹进行修补。 4 　对策 (1) 对已产生的大于 0105mm的裂纹可采用混凝土裂缝注胶修补 ,对小于 0105mm 的裂纹可采用封缝处理。 (2) 为避免裂纹的产生 ,建议施工工艺改进如下 : ①安装侧模后 ,将充气胶囊挂在钢筋笼内不充气 ,先浇注底板混凝土达到底板厚度 ; ②对胶囊充气 ; ③再从两边侧模内浇注侧板混凝土 ,同时浇注顶板混凝土直至完成。我们按此施工工艺完成了近百根先张法预应力空心梁 ,经检验 ,无一出现裂纹 ,与采用计算机模拟结果相吻合。参考文献 : [1 ] 　江见鲸. 钢筋混凝土结构非线性有限元分析[M] . 西安 :陕西科学技术出版社 ,1994. [2 ] 　过镇海. 钢筋混凝土原理[M] . 北京 :清华大学出版社 ,1999. [3 ] 　JTJ 023285 ,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[ S] . [4 ] 　徐芝纶. 弹性力学 (上下册) [M] . 北京 :高等教育出版社 ,1978. 952004 No. 7 马利振等 :预应力筋伸长值偏差控制 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

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