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预应力张拉施工技术论文
预应力后张法预应力钢绞线张拉技术
摘要：
结合郑州农业路快速通道工程（雄鹰东路~金源东街）西三环互通立交预应力现浇连续箱梁后张法预应力钢绞线理论伸长值计算、张拉施工、技术质量指标控制,对现行公路桥涵施工技术规范中预应力钢绞线理论伸长值计算方法进行了理解和补充,对后张法预应力钢绞线张拉理论伸长值进行示例计算,介绍了张拉时钢绞线实际伸长值的测量方法和张拉施工工艺、技术质量要点控制，为预应力现浇连续箱梁施工人员提供参考。
关键词：
预应力钢绞线;理论伸长值;张拉施工工艺；张拉技术控制;
随着预应力施工技术的日渐成熟,大跨度公路、铁路、市政桥梁上部构造越来越多地使用后张法预应力混凝土箱梁。
预应力张拉时采用引伸量与张拉力双控，并以张拉力为主，实测引伸量与计算引伸量容许误差应控制在±6%以内.由于预应力钢绞线张拉是预应力混凝土工程的关键技术，对控制预应力混凝土工程质量和安全起着至关重要的作用，因此后张法预应力钢绞线张拉理论伸长值和实际伸长值的计算就显得尤为重要.
1钢绞线材质
郑州农业路快速通道工程采用高强度低松弛7丝捻制的预应力钢绞线,公称直径15.20mm，公称面积140mm2，标准强度fpk＝1860Mpa,弹性模量Ep=1。
95×105Mpa。
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
《公路桥涵施工技术规范》（JTJ/TF50—2011）中关于预应筋伸长值ΔL的计算按照以下公式
（1）:
ΔL＝
Pp×L
Ap×Ep
ΔL—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）；
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）；
《公路桥涵施工技术规范》（JTJ/TF50—2011）附录C1中规定了Pp的计算公式
（2）：
Pp＝
P×（1－e－（kx＋μθ））
kx＋μθ
P—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）;
θ-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;
μ-预应力筋与孔道壁之间的磨擦系数，只在管道弯曲部分考虑该系数的影响；
Pz的计算公式（3）:
Pz=Pq×e-（KX+μθ）
Pz-分段终点力；为每分段的起点张拉力，即为前段的终点张拉力（N）；
Pq—分段的起点力（N）
根据预应力管道成孔方法，查下表确定K、μ取值：
表1
孔道成型方式
K值
μ值
预埋塑料波纹管道
0.0015
0.14~0.25
预埋金属波纹管道
0。
0015
0.2～0。
25
注：
摘自《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50—2011）附录C1
2.2划分计算分段
钢绞线的分段原则是将整根钢绞线根据设计线形分成曲线连续段及直线连续段,而不能将直线段及曲线段分在同一段内.
理论伸长值计算中，如果采取的是两端张拉，钢绞线对称布置，在进行伸长量计算时是计算一半钢绞线的伸长值然后乘以二的方法；如果是一端锚固一端张拉，计算时应从张拉端计算至锚固端；而对于非对称结构,钢绞线不对称布置，在计算钢绞线的伸长值时，计算原则是从两侧向中间分段计算，至某一点时钢绞线的受力基本相等即可,而不是简单的分中计算。
整束钢绞线在进行分段计算时，首先是分段（见下图1）：
（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μ、θ，计算力为
点力，采用公式1直接进行计算，Pp＝千斤顶张拉力；
（2）波纹管内长度：
计算时要考虑μ、θ，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+μθ）（公式3）
Pz—分段终点力（N）
Pq—分段的起点力（N）
θ、x、k、μ—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）根据每一段起点力Pq代入公式2中求出每一段平均张拉力Pp。
（4）根据Pp代入公式1计算出每一段的伸长值ΔL，相加后得出全长钢绞线伸长量.
2。
3理论伸长值算例
已知构件钢束布置如图1所示，曲线段钢束半径600cm,单束钢绞线含9根钢绞线，预应力筋采用Φ15.24的钢绞线束，fpk＝1860Mpa，锚下（张拉）控制力为Δk=0.75fpk＝1395Mpa，Ep＝1。
95×105Mpa，孔道采用塑料波纹管。
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θ:
arctg（19。
46/151.58）＝0.1277rad
曲线段EF的θ：
arctg（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θ（rad）
0
0
0.1277
0
0。
1277
0
根据表2中参数计算当k＝0.0015，μ＝0.17各段伸长量:
表3
分段
最终长度（L）（m）
θ（rad）
KX+μ*θ
e^-（KX+μ＊θ）
Pq（KN）（分段起点力）
Pz（Kz）（分段的终点力）
Pp（KN）（平均张拉力）
总伸长量（m）
AB
0。
8
BC
0.1994
0。
000
0.000
1。
000
1757.700
1757。
174
1757。
255
0.0014
CD
1。
5322
0。
1277
0。
024
0。
976
1757.174
1715.496
1736。
072
0。
0108
DE
0.1006
0
0.000
1.000
1715。
496
1715。
237
1715。
189
0。
0007
EF
1。
5322
0.1277
0。
024
0.976
1715。
237
1674.553
1694.638
0.0106
FG
0。
9903
0
0。
001
0。
999
1674。
553
1672.068
1673。
137
0.0067
理论总伸长量ΔL＝1.4＋10。
8＋0。
7＋10。
6＋6。
7≈30mm
3施工工艺
千斤顶回归方程：
y=ax—b（y为油压表控制读数;x为张拉力，单位KN；a、b为校正系数）。
3。
1预应力混凝土张拉工序流程
清孔→钢束调顺→清理锚垫板→安装工作锚及夹片→安装限位板→千斤顶安装→工具锚安装→千斤顶顶进油张拉→伸长值校核→持荷顶压→卸荷锚固→记录
3。
2张拉程序
纵向：
0→初应力（10％σcon）（作伸长值标记,测工具锚夹片外露）→20%σcon（持续2～5分钟、测伸长值，测工具锚夹片外露）→σcon（持续5分钟、测伸长值，测工具锚夹片外露）→锚固→回油到0（测总回缩量、测工作锚夹片外露）。
σcon为钢绞线控制应力.
横向:
0→初始应力→控制应力（持荷5分钟）→张拉端卸压自锚→卸工具锚和千斤顶。
4预应力施工
张拉施工过程中,技术人员要进行全程监控。
由试验室提供混凝土的强度、弹性模量、龄期给工程管理部，由技术员编制张拉通知单，其内容包括：
强度、弹性模量、龄期等，并将油表读数、设计张拉伸长值、持荷时间等向张拉班长交底。
张拉前现场技术人员人员应仔细核对抗压强度、弹性模量值及龄期符合要求并对张拉设备、工艺参数、以及张拉人员进行确认，张拉过程中对张拉应力、实测伸长值及静停时间进行监控，如出现问题，立即停止并认真查明原因，消除后再进行张拉。
4。
1预施应力前的准备工作
（1）每次张拉前都对所有设备进行一次检查，确定是否按标定的标号配套使用。
（2）张拉前，对梁体作全面检查，如有缺陷，必须征得监理工程师同意修补完好且达到设计强度，方可进行张拉。
（3）检查梁体混凝土强度、弹性模量和龄期是否已达设计要求：
（4）千斤顶和油压表在校正期内,无异常现象。
（5）锚具按规定检验合格,不得沾有污物。
（6）检查使用的预应力钢绞线是否准确，外露部位不得有损伤、扭结.
（7）清除梁体张拉端锚垫板上杂物,以保证锚具与锚垫板的密贴。
（8）在两端钢绞线装上锚垫板，再将夹片按顺序套在钢绞线上，用Φ20的钢管将夹片轻轻打入锚板孔内（要求所有夹片基本整齐一致），再安装限位板。
把钢绞线束穿入千斤顶，锚具中心要与孔道中心对准,调整千斤顶位置，使千斤顶与孔道、锚板位于同一轴线上,并使千斤顶与限位板、锚板接触密贴后，在千斤顶端用工具锚将钢绞线临时固定。
图1：
工作锚安装图2：
张拉前检验顶、表的工作性能
4。
2预施应力张拉
4。
2。
1预应力张拉在梁体混凝土弹性模量不低于28天混凝土弹性模量的90％或强度达到设计要求的90%以上方可进行张拉，先张拉腹板束，后张拉顶、底板束,钢束应对称张拉，先张拉长束，后张拉短束。
预施应力采用四台千斤顶左右对称，两端同步进行张拉、同时达到同一荷载值，不同步率控制在10％以内，最大不平衡束不超过一束,张拉顺序按照设计图纸要求顺序，对称进行。
预施应力采用双控措施，即应力、伸长值，张拉过程中保持两端的伸长量相差不能超过10%，实际伸长值与计算伸长值相差≤±6％，在σk作用下持荷时间5min。
4.2。
2钢绞线张拉
（1）张拉前必须有工程技术员下达的油表读数通知单，并将读数通知单按对应的油表油泵配套标定方案纸条粘贴在明显位置，便于一目了然，钢绞线张拉程序为:
0→10%σcon（作伸长量标记）→20％σcon（作伸长量标记）→σcon（静停5min）→补拉σcon（测量伸长值）→锚固.
（2）预应力张拉以油表读数为主,伸长值进行校核。
当实测伸长值与计算伸长值偏差超过±6％时,应停止张拉待查明原因后方可继续张拉。
（3）张拉：
两端同时对主缸送油，使钢绞线束略为拉紧.并调整锚板和千斤顶位置，进一步使孔道轴线、锚具轴线和千斤顶轴线三轴同心,同时观察各根钢绞线的松紧度，并随时调整，务求各根钢绞线松紧度一致，以使其受力均匀.随后将两端同时对千斤顶主缸送油，两端千斤顶送油加载至钢绞线的初始应力（10％σcon）后，停止进油，在工具锚口处用笔在各股划线，以检查有无滑丝的标记，检查钢绞线有无滑丝,若有则检查具体是哪一根，对该根的夹片实施退锚处理（将千斤顶与限位板退除,在千斤顶与锚板之间安装上特制的退锚处理器，重新张拉），重新更换钢绞线或夹片；若无滑丝，则两端同步张拉到次级应力（20％σcon），然后到控制应力（100％σcon），稳定进油量持荷5min以减少钢绞线松弛损失，并量取大缸伸长值L100％。
对钢铰线的实际伸长量与计算伸长量进行对比检算，两者误差在±6%以内时张拉有效，然后打开回油阀回油锚固，张拉完成，若两者误差超出±6％，则需查找原因，重新张拉；钢绞线实际伸长值按下式计算：
ΔL=（L100％伸长值—L10％伸长值）+（L20％伸长值—L10％伸长值）（方法一）
ΔL=ΔL油缸k＋ΔL夹片k－ΔL油缸初－Δ夹片初+L20％理论伸长值（方法二）
式中：
ΔL――两端工具锚之间的钢绞线在P=P控―P初荷载作用下的伸长值（包含千斤顶内的钢绞线伸长）
ΔL油缸k――张拉控制荷载下，油缸伸出长度
ΔL夹片k――张拉控制荷载下,工具锚夹片外露长度
ΔL油缸初――张拉初始荷载下，油缸伸出长度
Δ夹片初――张拉初始荷载下,工具锚夹片外露长度
L10%伸长值――10%张拉控制荷载下，油缸伸出长度
L20%伸长值――20%张拉控制荷载下，油缸伸出长度
L100％伸长值――100％张拉控制荷载下，油缸伸出长度
（4）在持荷5min状态下，如发现油压下降，立即补至规定油压，认真检查有无滑丝、断丝现象。
（5）在张拉过程中,预施应力以油表读数为主，以预应力钢绞线伸长作校核的双控法。
如钢绞线伸长值偏差超过规定范围,查明原因后重新张拉。
（6）在实际张拉控制过程中，在张拉并持荷完毕后千斤顶放松过程中对于夹片式锚具,预应力筋回缩、锚具变形，使锚下控制应力有所损失,根据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ/TF50—2011）表7.6.3规定夹片式锚具容许预应力筋回缩量不大于6mm.但是各个厂家设计是不一样的，基本在3～6mm之间，所以在锚具使用前应详细查阅产品使用说明书，明确夹片的回缩量，具体施工过程中建议在最后一步持荷并测量完伸长量在控制范围内后应再把每端钢绞线拉长3～6mm（补足夹片回缩量），这样最终的锚固应力才是设计的锚下控制应力.
（7）整个张拉工序完成,在锚板口处的钢绞线束做上记号,以供张拉后对钢绞线锚固的质量情况的观察。
（8）油泵用油采用机械油,根据气候分别采用32＃（夏天），但油中不得含有水、酸类及其他杂质。
事先对油箱、泵体、管路等清除干净。
灌油时严格过滤.使用时油温不得超过60℃。
（9）每次预应力张拉以后，将张拉过程中的各项数据记录,如：
油压表、油泵、千斤顶的鉴定号；测量预应力钢绞线伸长值的初始应力；张拉完成时的最后拉力及测得的伸长值；千斤顶放松后的回缩值；在张拉中间阶段测量的伸长值及相应的拉力.
图3：
预应力筋张拉及伸长值量测
5钢绞线束张拉质量要求
（1）钢绞线伸长值（两端之和），不得超过计算值的±6％。
（2）两端伸长量相差不超过10％，否则证明两端张拉不同步。
（3）每片梁的滑、断丝张拉后24小时不得超过钢绞线总数的0.5%，且一束内断丝不得超过1根并不得出现在同侧。
（4）因处理滑、断丝而引起钢绞线束重复张拉时，同一束钢绞线张拉次数不得超过3次。
若钢绞线与锚具因滑丝而留有明显刻痕时，必需更换夹片、钢绞线。
（5）张拉过程中出现以下情况之一者，需要换钢绞线（或夹片）重新张拉。
a。
终张拉时发现初张拉的锚具当中夹片断裂者;
b.锚具内夹片错牙在2mm以上者;
c。
锚具产生裂纹损坏者；
d。
切割钢绞线或者压浆时发现又发生滑丝者。
（6）连续梁终张拉应对称进行，最大不平衡束不超过1束。
6滑丝与断丝处理
6。
1在张拉过程中如发生断（滑）丝现象，立即停止张拉，将千斤顶与限位板退除,在千斤顶与锚板之间安装上特制的退锚处理器,重新张拉，其张拉应缓慢进行。
张拉中注意观察，其退锚张拉应力大于原张拉吨位,但不得大于0。
8倍钢绞线抗拉极限强度（即1488Mpa）。
借张拉钢绞线束带出夹片，然后用小钢针（Φ5mm高强钢丝端头磨尖制成），从退锚处理器的空口处取出夹片，不让夹片在千斤顶回油时随钢绞线内缩。
取完所有夹片，两端千斤顶回油，拔掉退锚处理器，检查锚板，重新装上新夹片，重新张拉.
6。
2滑丝发生在张拉完毕锚固后,其处理方法同上。
但退锚的力量应予控制.一般拔力略大于张拉力量，即可拔出。
两端不能同时进行，一端增压施拔时，另一端的千斤顶充油保险,待两端均拔完后，方可卸顶，以保安全。
6.3断丝多数发生于夹片范围内，其主要原因是张拉锚固时不对中.有时也在孔道内发生断丝，其主要原因是钢绞线本身有暗伤.断丝和滑丝的处理方法相同。
6.4张拉完成后，在锚具口处的钢绞线做上记号，以作为张拉后对钢绞线锚固情况的观察依据。
7割丝
张拉完毕经过24小时复查，确认无滑、断丝时可进行钢绞线头的切割，割丝保留长度为夹片外40~50mm。
且要保证封端钢筋保护层厚度不小于35mm。
钢绞线的切割采用砂轮锯切除。
严禁用电弧及火焰切割钢绞线。
8安全操作注意事项
（1）安全阀调整至规定值后方可开始张拉作业。
（2）张拉时千斤顶送油或回油速度要缓慢均匀。
两端张拉力要求同步，切忌突然加压或卸压。
（3）测量伸长值必须两端同时进行。
（4）预应力钢绞线的锚固在控制张拉应力处于稳定状态下进行。
张拉时不得使钢绞线束应力超过抗拉极限强度的80％（即1488Mpa）,同时也不得小于规定张拉控制应力σcon.
（5）操作高压油泵人员戴护目镜，防止油管破裂时或接头不严时喷油伤眼。
张拉过程中，千斤顶后方严禁站人，测量伸长值或处理断、滑丝时，操作人员要站在千斤顶侧面。
（6）张拉加力时，不得敲击及碰撞张拉设备。
油压表要妥善保护避免受震。
（7）作业人员应由专人指挥,在测量伸长量及拧螺母时，应停止开动千斤顶。
（8）未压浆或水泥浆未凝固结硬时，不得敲击锚具或脚踏手攀。
（9）更换锚具时两端都要装上千斤顶。
（10）高压油管使用前应作耐压试验，不合格不得使用。
油压表、油泵、千斤顶之间的油路连接必须完整紧密,油路畅通,在最大工作油压下保持5分钟不得漏油。
9预应力工序质量验收:
（1）钢束的张拉是预应力混凝土工程的关键工序,直接影响到工程的质量，必须严格按照施工操作规程进行。
（2）应力应变:
σcon控制准确,ΔL在允许范围,两端同步、两侧同时.
（3）夹片：
单端回缩量在6mm以内，外露量2～3mm,错牙量0~2mm
（4）钢绞线：
24h后的滑断丝数不超过钢绞线总数的1％，且一束内断丝不得超过1根，且不同侧、同束。
终张拉后对钢绞线割断，割断后保留长度40~50mm（规范要求≥30mm）。
10结束语
预应力筋的伸长量计算方法有多种，常用的平均力法及简化计算法在很多工程施工中也能够满足精度要求，通过测量千斤顶活塞伸出量再进行换算的方法也可以用于实际施工中，这里仅是对现行规范中后张法预应力钢绞线张拉理论伸长值计算和实际伸长值量测方法和张拉施工技术及工艺进行简单的介绍,对规范中预应力钢绞线伸施工技术进行了理解和补充，希望对预应力钢绞线施工人员有所帮助。
参考文献：
［1］。
JTG/TF50—2011公路桥涵施工技术规范［S］。
2011
［2］.郑州农业路快速通道工程（雄鹰东路～金源东街）西三环互通立交施工图设计（项目编号：
2014-544B—C-Q）
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