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钢绞线理论伸长值计算时遇到问题

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fenggang214 发表于 2008-8-31 20:13:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
钢绞线理论伸长值计算时是用设计的锚下控制应力还是用实际的张拉控制应力,也就是计算理论伸长值时考不考虑锚口损失应力。经验者请指教 ,谢谢。
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Fle_Flo 发表于 2008-8-31 20:57:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 only8u8u 于 2015-11-10 11:33 编辑 <br /><br />预应力锚索实测伸长量探讨李永宝
    摘  要:通过对预应力锚索张拉工艺的阐述和分析,总结引起预应力锚索实测伸长量偏差的主要因素。
    关键词:预应力 锚索 伸长量

    预廊力铺索加固技术已广泛应用于建筑结构物加固边坡治理、大型地下洞室及深基坑支护等工程。由于受施工没备、场地环境以及人员操作等因豢的影响,作为预应力锚索评价指标之一的张拉实测伸长量,往往与理论伸长量有较大偏差。
    1 预应力锚索张拉工艺
    (1)张拉设备装配方法:张拉设备装配如图1。
    (2)张拉操作程序:张拉时,油泵开启,张拉缸进油,千斤顶活塞推动工具锚板,工具锚板同时带动工具夹片,工具夹片在工具锚板上锥型锚孔的作用下收缩并一苦紧钢绞线,此时工具锚板、工具夹片、钢绞线跟于斤顶活塞同时位移。在此过程中,工作夹片受摩擦力的作用跟钢绞线同时移动,但其受限位饭的限制位移很小。当需要倒顶或达到终应力时,油泵回油,钢绞线在自身弹性作用下带动工作夹片回缩,工作夹片与工作锚板上锥型锚孔相互作用将钢绞线锚定。完成一个循环预应力的施加。预应力锚索张拉要分级进行,逐级加载,每级荷载之问稳定时间小少于2min。一般按下列加载顺序进行操作:式中m—超张拉系数。
    2 理论伸长量的计算方法
    锚索理论弹性伸长量按下列公式汁算:伸长量△L=NL[1 - e - (kl+θμ)]/EA(KL+0)
    式中:Ⅳ—施加荷载(kN);£—自由段长(m):θ—自由段孔道曲线部分切线夹角之和(rad);K—孔道偏差影响系数;肛—钢绞线对孔道的摩擦系数;E—钢绞线弹性模量(kPa);A—钢绞线截面积/mm2。
    3 工程实例实测伸长量偏差分析
    某高速公路路堑防护工程,设汁锚索孔径ф130mm,预应力锚索采用7束ф15.24nlHl的钢绞线编制,锚长32.0~37.0m,锚固段9.0m,设计锚固力为1000kN,采用OVM锚具。张拉采用YCW250A型千斤顶。千斤顶主要技术参数见表1。
1.jpg
    施工采用油压表控制应力读数,张拉前将油压表和千斤顶进行配套标定,并根据油压表一千斤顶配套标定曲线,将油压表读数换算成张拉应力,从而消除了千斤顶内摩阻的影响。张拉按6级进行,超张拉系数为1.1。现以Ms~10号锚索(长37.0m)为例探讨,张拉成果见表2。
    在预应力施工时,实测伸长量一般是用钢直尺量得的千斤顶活塞行程。由表2和图2可以清楚地看出,千斤顶活塞行程与理论伸长量之间最终偏差为34mm,如果将千斤顶活塞行程直接作为实测伸长量,显然不符合相关规范规定,应进行修正。根据张拉成果记录表绘制锚索张拉Q—S曲线图(图2)。
2.jpg
    根据预应力锚索张拉操作程序分析,在千斤顶活塞行程量当中,除锚索有效自由段实际伸长量之外,还包括以下几个非锚索伸长量。
    (1)钢绞线初始状态虚量。张拉前,钢绞线处于自然弯曲状态,在孔道内形成一定的几何多余长度,这种几何多余长度在张拉力的作用下向孔口传递,最终表现在千斤顶活塞行程上。
    (2)锚具之间以及锚具与千斤顶之间的空隙虚量。由于张拉设备自身较重,钢绞线有很大刚度,因此在装配锚具和千斤顶时操作难度大,不可避免地使锚具之间以及锚具与千斤顶之间存在一定空隙。
这一部分虚量最终也表现在千斤顶的行程上。
    (3)工作夹片回缩量。即终应力时,钢绞线在自身弹性作用下回缩,工作夹片从限位板到卡死钢绞线的位移量。
    (4)工作锚板和工具锚板问钢绞线的弹性变形伸长量。工作锚板和工具锚板间钢绞线不属于锚索有效自由段,因此该段钢绞线的弹性变形量应该从千斤顶活塞行程中减掉。
    (5)边坡表层土体位移量。对于边坡预应力锚索,表层风化土体在锚索张拉力的作用下收缩位移,该位移量最终也表现在千斤顶活塞的行程上,很容易被误认为是钢绞线的弹性伸长。
    在预应力锚索张拉时,往往把上述5个非锚索伸长量计入实测伸长量,使实测伸长量与理论伸长量有较大偏差,而且锚索长度越短,这种影响越明显,对于短锚索的伸长量偏差这里不再赘述。下面给出预应力锚索实测伸长量推算方法千斤顶活塞行程(mm)非锚索伸长量钢绞线初始状态虚量锚具之问以及锚具与千斤顶之间的空隙虚量工作夹片回缩量;工作锚板和工具锚板问钢绞线的弹性变形伸长量边坡表层土体位移量)。由此得出的实测伸长量与理论伸长量进行比较,才更科学、更客观。
    4 控制措施与建议
    上述5个非锚索伸长量中,工作锚板和工具锚板间钢绞线的弹性变形伸长量可以根据材料力学公式计算得出,0VM锚具工作夹片回缩量根据经验知在6mm左右,但其他3个非锚索伸长量均难以测算。为了减小预应力锚索张拉实测伸长量与理论伸长量的偏差,应该在施工过程中有效控制非锚索伸长量的产生。
    在对锚索有效施加预应力之前,进行预张拉,使工作锚板、工具锚板、夹片、限位板和千斤顶之间尽量靠紧,使钢绞线伸直,这样就减小了锚具之间空隙及钢绞线初始状态虚量。预张拉荷载,根据经验控制在设计预应力的4%~6%为宜。对于边坡预应力锚索,应将坡面风化土体或活动岩石尽量清除干净,以减小因边坡表层土体位移引起的伸长量偏差。
    根据我国相关规范规定,在满足设计应力的前提下,实测伸长量偏差控制在理论伸长量的- 5%~+10%间即为合格锚索。在预应力锚索施工过程中,张拉控制应采取控制应力为主兼顾伸长量进行校核的原则,切不可为了单纯的伸长量擅自提高应力,以免造成锚索断线或超应力工作。

(中铁隧道勘测设计院有限公司)
《岩土工程界》2006年第8期

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Fle_Flo 发表于 2008-8-31 21:03:22 | 显示全部楼层
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2 钢绞线张拉伸长值确定

2.1钢绞线张拉伸长值计算钢绞线预应力张拉施工设计控制张拉力,是指预应力张拉完成后钢绞线在锚夹具前的拉力。因此,在钢绞线预应力张拉理论伸长量计算时,应以钢绞线两头锚固点之间的距离作为钢绞线的计算长度,但在预应力张拉时钢绞线的控制张拉力是在千斤顶工具锚处控制的,故为控制和计算方便,一般以钢绞线两头锚固点之间的距离,再加上钢绞线在张拉千斤顶中的工作长度,作为钢绞线预应力张拉理论伸长量的计算长度。在钢绞线预应力张拉时,钢绞线的外露部分,大部分被锚具和千斤顶所包裹,钢绞线的张拉伸长量无法在钢绞线上直接测量,故只能用测量张拉千斤顶的活塞行程,计算钢绞线的张拉伸长值,但同时还应减掉钢绞线张拉全过程的锚塞回缩量。(参阅《公路桥涵施工技术规范》)一般计算式为: ΔL=ΔL1+ΔL2-b-c ⑴ 式中: ΔL1:为从初始拉力(桥梁施工规范规定一般为设计控制张拉力的10%~25%)至张拉设计控制拉力间的千斤顶活塞的张拉行程; ΔL2:为初始拉力时的推算伸长值(按规范规定推算求得); b:工具锚锚塞回缩量; c:工作锚锚塞回缩量。

2.2 在钢绞线预应力先张法施工中,也有在每分级张拉一次,卸掉千斤顶前后,直接丈量钢绞线外露长度,以钢绞线每级张拉前后外露长度的差或以张拉活动横梁的张拉前后位移量的差值,求算钢绞线张拉伸长量,此法较为直观,但只适用于以每分级张拉一次,卸掉一次千斤顶的张拉方法或设置有张拉活动横梁同时张拉多根预应力筋的方法。先张法为方便施工,一般采取单根一端固定另一端张拉的方法,故计算钢绞线张拉伸长量时,还应考虑减掉固定端锚具夹片的回缩量。每级张拉前后量测固定端锚具夹片的外露长度或固定端钢绞线的外露长度的差值即为固定端锚塞回缩量。不论使用活动横梁同时张拉多根预应力筋还是单根一端张拉,均应在预先调整初应力(设计控制拉力的10~25%)后的各级张拉完毕后,再量测计算固定端锚塞回缩量。使用活动横梁张拉时,可用各根的平均值计算。

3 钢绞线预应力张拉锚塞回缩量的量测:钢绞线预应力张拉锚塞回缩量在两个部位出现:即产生在张拉千斤顶使用的“工具锚”,和参与钢绞线预应力工作,将钢绞线锚固在混凝土中的“工作锚”部位。有的文献和产品说明书介绍了锚具的变形造成预应力钢筋的回缩值的参数,只可作为对锚具验收和施工控制的参考依据,具体计算还应以实测为准。

3.1 工具锚锚塞回缩量的量测:在钢绞线开始张拉,当千斤顶张拉力,达到钢绞线张拉至初始拉力(设计控制拉力的10~25%),已把松弛的预应力钢绞线拉紧,此时应将千斤顶充分固定,精确量取从千斤顶工具锚锚杯外露端面至钢绞线外露端头的长度b1,当千斤顶张拉力,达到钢绞线预应力张拉设计控制拉力时,再量取从千斤顶工具锚锚杯外露端面至钢绞线外露端头的长度b2,工具锚锚塞回缩量b= b1- b2。当预应力钢绞线由很多单根组成时应每根量测,取其平均值进行计算,最少不得少于三根。此回缩的出现仅对张拉伸长值的计算有影响,对张拉力量测没有影响。

3.2 工作锚锚塞回缩量的量测:目前钢绞线预应力张拉施工以使用YCW型液压千斤顶为主,该千斤顶与工作锚接触处,设有一块限制工作锚夹片在张拉过程位移的限位板,钢绞线在张拉时工作锚夹片跟随钢绞线的拉伸,向后移动至限位板凹槽的底部,对钢绞线失去约束,当千斤顶将钢绞线张拉至设计控制张拉力,在回油放松钢绞线的瞬时,钢绞线弹性收缩,工作锚夹片跟随收缩向锚环孔内位移,随即将钢绞线锚固,这就是工作锚锚塞回缩的全过程。工作锚锚塞回缩位移后,将引起钢绞线张拉力的减小,减小量及补偿方法见后述。张拉完毕卸掉千斤顶后,在工作锚处测量工作锚夹片在锚杯处的外露长度C2,当预应力钢绞线由很多单根组成时应每根量测,取其平均值,一般至少测量三处,千斤顶限位板凹槽深度已知为C1,则工作锚锚塞回缩量C= C1- C2。工作锚锚塞回缩量除与锚具硬度等有关外,还与钢绞线直径有关,工作锚回缩量大小与钢绞线直径大小成反比。

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ljmtidilgw  在2011-7-10 21:54  送朵鲜花  并说:我非常同意你的观点,送朵鲜花鼓励一下
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cs135246 发表于 2010-6-19 08:15:05 | 显示全部楼层
Fle_Flo 论坛核心分析的通俗易懂,学习了,感谢
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ljmtidilgw 发表于 2011-7-10 21:54:50 | 显示全部楼层
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