后张法单、双端张拉预应力的比较与探讨

高 青 松, 李 有 发, 杨 瑞 英

(中国水利水电第十工程局有限公司 ，四川 成都 610072)

1 概 述

众所周知：造成钢绞线预应力损失的主要原因有以下几方面：(1)预应力回缩引起的预应力损失；(2)预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失；(3)钢筋应力松弛引起的预应力损失；(4)混凝土的收缩徐变引起的预应力损失；(5)张拉工艺引起的预应力损失等。采用单、双端张拉的方式在上述原因中只有第二项区别较大。笔者以渝广高速绕城互通A匝道桥加宽桥为例研究了该项原因所引起的预应力损失，分析了单、双端张拉对预应力的影响[1]。

渝广高速绕城互通A匝道桥加宽桥为一期工程A匝道桥外侧加宽桥(一期工程A匝道桥按等宽桥设计)，采用(3×25)m+(4×25)m预应力混凝土连续箱梁，桥宽从4 m变化至10.12 m。梁体采用单箱单室截面。A匝道加宽桥起于既有绕城互通，跨越已规划的四纵线后接入B匝道桥。由于A匝道加宽桥6号墩、7号墩与绕城互通既有A匝道墩柱分别形成37.2°、8.5°的交角，A匝道7号墩盖梁的一端靠近既有匝道盖梁的距离不足1 m，现场不具备双端张拉的操作条件(图1)。

图1 绕出互通A匝道加宽桥平面布置图

该桥6、7号墩的盖梁预应力筋采用高强度、低松弛φs15.2钢绞线，fpk=1 860 MPa，采用M15-9锚具，N1、N2各4束，长度分别为1 278.5 cm(N1)和1 269.5 cm(N2)。

2 钢绞线有效长度的计算

设计钢绞线大样图见图2，笔者以N2为研究对象，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，而不能将直线段与曲线段分在同一段内。按照钢绞线分段原则，将N2钢绞线分为5段，其中直线段为AB、CD、EF，曲线段为BC、DE。各段长度分别为：AB=307.14 cm, BC=145.27 cm, CD=364.6 cm, DE=145.27 cm, EF=307.14 cm。张拉时使用的千斤顶包含的钢绞线亦有一定的长度。为了计算的相对准确，将工作锚具和工具锚具中间的钢绞线长度纳入了计算长度，现场实测为58 cm。

图2 N1、N2钢束大样图

3 预应力损失及理论伸长量计算

3.1 单端张拉

3.1.1 孔道摩阻力引起的损失

孔道摩阻力引起的损失产生的主要原因：(1)孔道偏差影响。(2)弯道影响。

两项因素导致钢绞线在张拉时锚下的应力沿着管壁向跨中逐渐减小，因而每一段钢绞线的伸长值亦不相同。

3.1.2 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ΔL的计算按照以下公式进行。

ΔL=Pp×L/Ap×Ep

(1)

式中 ΔL为各分段预应力筋的理论伸长值，mm;Pp为各分段预应力筋的平均张拉力，N；L为预应力筋的分段长度，mm；Ap为预应力筋的截面积，mm2；Ep为预应力的弹性模量，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：

Pp=P×(1-e-(kx+μθ))/(kx+μθ)

(2)

式中P为预应力筋张拉端的张拉力，将钢绞线分段计算后，每分段的起点张拉力即为前段的终点张拉力，N；θ为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为从经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)中的L值；k为孔道每束局部编差对摩擦的影响系数(1/m)，管道内的全长均应考虑该影响；μ为预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数，只在管道弯曲部分考虑该系数的影响。

每一段的终点力即为下一段的起点力，每段的终点力与起点力的关系见下式：

Pz=Pq×e-(KX+uθ)[2]

(3)

已知盖梁预应力筋采用高强度、低松弛Φs15.2钢绞线，fpk=1 860 MPa，锚下控制应力△k=0.75fpk=1 395 MPa，Ep=1.95×105MPa，μ取0.25，k取0.001 5，采用分段理论计算预应力损失及理论伸长值，其分段计算结果见表1。

表1 单端张拉预应力损失及理论伸长值计算表

当控制应力从张拉端AB端传至锚固端EF时，单束预应力只剩下190 342 N，此时单束钢绞线应力损失为35 MPa，预应力损失为9×35=315(MPa)。理论伸长值为97.77 mm。

3.2 双端张拉

当采用双端张拉时，采用分段理论计算的预应力损失及理论伸长值结果见表2。

当采取双端张拉时，单束预应力单端只剩下193 069 N，此时单束钢绞线应力损失为31 MPa，预应力损失共计为9×31=279(MPa)。理论伸长值为98.6 mm。

表2 双端张拉预应力损失及理论伸长值计算表

对表1、2进行分析得出：单端张拉单束预应力较双端张拉多损失4 MPa，损失量基本相同，双端张拉比单端张拉理论伸长值略大。为减少预应力损失与锚圈口摩阻损失，单端张拉采取超张拉5%，双端张拉采取超张拉3%[3]的方式提高了1 395×(0.03～0.05)=(41.85～69.75)MPa，用以弥补预应力损失。因此，对于该工程，单端张拉更为简洁、快速，能在保证质量的前提下提高效率和安全系数。

4 预应力现场施工试验的统计及分析

4.1 张拉试验的组织与策划

绕城互通A匝道加宽桥根据现场实际情况选取了A匝道加宽桥6号墩盖梁采用双端张拉、7号墩盖梁采用单端张拉的形式，以N2钢绞线作为研究对象，主要从锚下控制力、张拉伸长值方面进行对比分析。为保证试验的同步性、连续性和精确性，在试验开始前，选取了同一套校核过的液压千斤顶进行张拉试验。考虑到锚下预应力损失均超过张拉值3%，故要求在张拉过程中必须严格按照规范进行操作并安排人员旁站记录。

4.2 试验结果分析

绕城互通A匝道6、7号墩盖梁分别采用双端张拉、单端张拉获得的伸长值见表3、4。

从表3、4中可以分析出：①单端张拉的实际伸长值都要小于理论伸长值，绝大部分的伸长值都在95～97 mm区间段内，并且所有的实际伸长量与理论伸长量之间的偏差值均大于-6%,满足设计规范要求的[-6%～6%]区间段，故其符合设计要求。②双端张拉实际测量的伸长量都要大于理论伸长量，实测伸长量都在99～102 mm这个区间段内，并且所有的实际伸长量与理论伸长量之间的偏差值都小于6%,故其符合设计要求。

表3 单端张拉伸长值记录表

表4 双端张拉伸长值记录表

在实际张拉控制过程中，在张拉并持荷完毕、千斤顶放松过程中，对于夹片式锚具而言，有一个夹片回缩自锚及锚具变形存在，单端张拉夹片式锚具回缩量为9～11 mm，双端张拉夹片式锚具回缩量为8～11 mm。

对于锚下控制应力，项目部委托重庆市交科院锚下应力检测单位对绕城互通A匝道加宽桥6、7号墩盖梁锚下应力进行了锚下预应力检测，检测结果见表5、6。

表5 单端锚下预应力检测记录表

表6 双端张拉锚下预应力检测记录表

从表4、5中可以看出：不论是单端张拉，还是双端张拉锚下预应力的实际预应力检测与设计锚下控制预应力(1 757.7 kN)都是合格的，但单端张拉锚下应力损失较双端损失大一些。为减少预应力损失与锚圈口摩阻损失，对单端张拉采取超张拉5%，双端张拉超张拉3%的方式用以提高1 953×(0.03～0.05)=(58.59～97.65)kN弥补预应力损失。

在实际张拉控制过程中，在张拉并持荷完毕、千斤顶放松过程中，对于夹片式锚具有一个夹片回缩自锚及锚具变形存在，使锚下控制应力有所损失，根据《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041-2000表12.8.3规定，夹片式锚具容许回缩量不大于6 mm，笔者建议：在最后一步持荷并测量完伸长量在控制范围内后，应再将每端钢绞线拉长3～6 mm(补足夹片回缩量)，可使最终的锚固应力成为设计的锚下控制应力[4]。

5 结 语

(1)通过单端张拉与双端张拉预应力损失、理论伸长值的计算得知：单端张拉预应力损失比双端张拉预应力损失略大一些；对于理论伸长值，双端张拉比单端张拉略大一些；通过对预应力试验数据进行分析得知双端张拉伸长值略大于单端张拉，但无论是单端张拉，还是双端张拉均符合设计以及工程实际要求。两者对预应力混凝土构件的作用效果几乎一样。双端张拉的效果略好于单端张拉。

(2)在特殊条件或双端张拉不具备条件的情况下，选取单端张拉施工工艺亦满足设计要求。

(3)在张拉并持荷完毕、千斤顶放松过程中，对于夹片式锚具而言有一个夹片回缩自锚及锚具变形存在，使锚下控制应力有所损失。若将单端张拉、双端张拉超张拉3%～5%，可以使截面应力提高，进而降低预应力损失[5]。

(4)为确保锚固应力达到设计要求，最后一步是通过持荷并测量完伸长量在控制范围内后应再将每端钢绞线拉长3～6 mm(补足夹片回缩量)。