预应力筋张拉伸长量测算的探讨
李刚  叶博军                   宁宏伟
（海南海通公路工程咨询监理公司 海口市 570203）（中国一冶 武汉市 430081）


摘要：本文对预应力张拉应变控制中预应力筋的伸长量测算进行了探讨，提出了包括规范推荐法在内的多种测算方法。对各种方法的原理及选用作出了较全面的分析。
关键词：伸长量测算  规范法  比例法


为确保预应力筋在构件中的受力达到设计状态，在建立预应力的施工中采用了张拉应力与张拉伸长量两项重要指标的双重控制措施。对于应力控制可以在考虑试验确定的摩阻因素后，通过经标定的油压表读数来把握，因而应力指标的控制显得较为直观。应变控制则需要通过多次量测伸长值，对读数值实时分析经计算求得。事实上应变控制不仅是对应力控制的检校，同时还直接反映预应力筋材质的负荷状态，因此，在张拉阶段即准确掌握预应力筋实际伸长量就显得尤为重要。
笔者试图通过在预应力施工及监理中的一点体会来探讨如何较准确地测算预应力筋的张拉伸长量，从而为准确地实现“双控”提供依据。
一.理解“规范推算法”，借用相邻阶段推算值。
按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）的张拉程序进行预应力施工，预应力筋的伸长以作用至初应力时为界，分两个阶段，一是预应力筋受力作用至初应力以前即已产生的伸长，二是初应力至终应力锚固阶段发生的伸长。后一阶段的伸长量直接取终应力锚固时测值与初应力测值的读数差即可。重点是前一阶段，我们即要理解初应力作用下预应力筋已经发生了应变，更要掌握因为有这一阶段伸长而如何去准确的测算预应力筋实际发生的所有伸长量。
我们知道，施加应力前，预应力筋处于尚未舒展的松曲状态，此时不能作为钢束伸长量的起测点，而钢束恰好被作用至绷紧状态的应力较小且不易掌握，因此《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）12.8.3款及条文说明要求预应力筋伸长值的测算是从初应力开始量测，并推荐了考虑初应力下预应力筋伸长量的通常近似方法，即用与初应力相邻的应力等量增加阶段的伸长量代替初应力下预应力筋的伸长量。预应力筋实际伸长量ΔL=ΔL1+ΔL2计算。
ΔL1——从初应力至最大张拉应力间的实际伸长值（mm）；
ΔL2——初应力以下推算伸长值，采用相邻级的伸长值（mm）。
此法巧妙的避开了去分解初应力下预应力筋受力拉伸变形的过程，只需在张拉程序中加上量测两倍初应力时的伸长值读数这一工序。
现以某工程预应力箱梁编号为T5的钢铰线整束张拉为例。两端张拉，采用OVM（现HVM）体系施加预应力，该钢束计算长度L=33.09m，理论伸长值ΔL=210mm。张拉程序为0→0.1ócon→0.2ócon→1.0ócon→锚固。以千斤顶活塞行程作为量测对象，准确记录各测值（单位：mm）分别见下表。

张拉程序
钢束编号        0.1ócon        0.2ócon        1.0ócon        锚固        规范法计算伸长量        比例法计算伸长量
T5-1        南端        25        40        138        128        204        200
        北端        14        23        101        91                
T5-2        南端        23        42        84        75        215        216
        北端        10        12        162        152                
根据以上测值，如不考虑初应力下钢铰线的伸长，则计算得钢束伸长量分别为180mm，194mm，已超出6%允许范围，而用相邻阶段伸长值推算初应力下钢束伸长则计算得T5实际伸长分别为204mm，215mm，符合规范允许偏差，而T5钢束的张拉过程正常、锚固良好又印证了规范推算法计算实际伸长值的准确性。通过多个工程项目的预应力先张、后张实践，如工形梁、T形梁、箱梁等可总结出“规范推算法”具有普遍实用性，此法可为预应力施工提供可靠的数据保证。
二.洞察测值异常现象，回避“规范法”。
仍以某工程编号为T8的钢束后张施工为例，钢束计算长度L=57.11m，理论伸长值ΔL=361mm，因千斤顶行程仅200mm，预应力分两次进行，○10→0.1ócon→0.2ócon→0.5ócon ;○20.5ócon→1.0ócon→锚固。正常张拉并记录伸长量测值（单位：mm）如下表。
张拉程序

钢束编号        0.1ócon        0.2ócon        0.5ócon        1．0ócon        锚固        规范法计算伸长量        比例法计算伸长量        备注
                        第一次末        第二次初                                        
T8-1        南端        17        35        52        8        85        76        360        321        规范法计算错误
        北端        25        58        136        15        119        110                        
T8-2        南端        21        63        129        14        140        131        379        333        
        北端        8        22        55        6        66        57                        
     在充分理解规范法中考虑初应力下伸长值的原理后，可知，初应力以下预应力筋的伸长必然小于初应力时量测的读数，按此程序张拉，钢束实际伸长量必须满足大于最大应力测值与初应力测值差而小于终应力锚固时的测值读数（如上例第一次张拉应满足：T8-1，146<ΔL≤188，T8-2，155<ΔL≤184）。分析上表数据可看出上述两束预应力筋在初应力至两倍初应力之间的伸长量竟大于初应力时钢束的伸长测值。若以次推算初应力下钢束伸长量显然不符合逻辑，并导致计算的钢束伸长量大于最大应力锚固后直接测算的伸长读数值的错误。
    若未能观察出上述细节则易造成对伸长量控制的失误，如上例会误以为伸长量符合设计和规范要求，而事实上，上两例钢束在准确判断其伸长值不足后，对其锚固端开仓处理，果然发现端头钢束发生了突变。因此工程技术人员特别是监理人员应理解原理后对数值进行慎重分析、慎重处理。上述情况应属少例，遇此情况时伸长量计算方法下面推介。
三.批量生产，施工质量稳定时试用“比例计算法”。
实际张拉过程中不少人根据钢铰线材质均匀，在屈服强度以内弹性变形的特性，利用初应力至最大应力阶段变形伸长量占全部伸长量比例的方法计算预应力筋伸长量，即将起讫阶段量测伸长量除以本阶段施加应力占全部施加应力的比值。预应力筋实际伸长量ΔL=ΔL1/k计算。
K——计算时选取的应力区间占锚固应力的比值。如从0.1ócon 张拉至1.03ócon时锚固，则k取0.93。
张拉程序中应用此法可免去量测两倍应力时伸长值这一环节，张拉过程稍有简化。如上例T5钢束取ΔL=ΔL1/0.9即可计算得伸长值分别为200mm、216mm，与“规范法”计算值相差4mm、1mm，差值仅占理论伸长值210mm的1.9%、0.5%，这个偏差远小于规范伸长率允许偏差6%。
我们可以大胆利用比例法与规范法结果之间很好的吻合性，对于规模生产，孔道制作安装、预应力构件成型质量稳定，张拉过程正常的工形、T形梁等构件，在有与规范对照作为依据的条件下，与监理工程师达成一致后可尝试使用“比例计算法”。
有了对比例法计算的认识，上例T8钢束伸长值用规范法计算出现逻辑错误的问题便可以得到解决。考虑到两倍初应力前钢束变形伸长均不在正常情况，此时宜取两倍初应力至最大应力间的伸长来推算锚固应力下钢束的实际伸长，对于T8即用（L0。5-L0。2）/0.6作为第一行程时的钢束实际伸长。采用比例法计算结果见上表。
四.直接计算初应力下伸长值的“直接计算法”，较少采用。
    还有一种近似计算预应力筋伸长的方法，即将预应力筋看作直线型且不考虑摩阻而直接应用P0L/APEP估算预应力筋伸长值，则ΔL=ΔL1+ó0/Ep。
    ó0——施加的初应力（Mpa）；
     L——预应力筋的计算长度（mm）；
     EP——预应力筋的弹性模量（N/mm2）。
    但此法因偏差较大，工程实际中应用较少。
    综上所述，应变现场计算的方法较多，工程实践中，我们应透彻理解预应力筋开始张拉至最后锚固的受力状态、变形过程，掌握计算原理，选用适宜的方法，准确测算预应力筋的实际伸长，做好预应力施工的应力应变双重控制。




参考文献：
    《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000），人民交通出版社