单端张拉与两端张拉施工方案对比分析

单端张拉与两端张拉施工方案对比分析

龙腾大道跨九华河大桥工程主桥箱梁横梁预应力原图纸采用的是后张法预应力单端张拉，现考虑外模使用的是钢模板，必须先穿钢绞线，再拆除模板，施工时开孔难度大，拆模时对钢绞线有损伤的可能性，且施工时必须按顺序施工,这样施工进度肯定较慢。我部建议使用两端同时张拉方案，即先拆除模板再穿钢绞线，同时施工,则进度将大大加快。现我部对单端张拉与两端张拉施工方案进行对比分析：

1、预应力现场施工的实验统计与分析

1.1 张拉实验组织与策划

本实验以主桥的A节段和B节段的横梁作为研究对象，其中A节段设计为一端张拉，B节段设计为两端张拉。主要从以下几个方面进行：施工成本、工程进度、施工效果。

实验中，我们在A节段随机抽取20束横梁钢绞束，在B节段也随机抽取20束横梁钢绞束，A、B两节段的两个实验段同时开始实验。为保证实验的同步性、连续性和精确性，在实验开始前，机电管理人员要对两个试验段的机器设备以及接线用电做一次全面仔细的检查，确保在实验过程中不会机器和用电故障导致实验中断。并且请安全管理人员对现场安全防护进行仔细排查，确保现场的安全文明施工标准规范。由于预应力张拉属于特种作业，张拉过程必须严格按照规范要求来操作，张拉工人必须系好安全带，千斤顶正后方必须竖放2-3块厚木板，周围1平方米范围内严禁站人，张拉过程中必须有安全员全程监控。

实验开始前，工作人员将两个实验小组所需的实验机械材料用量，以及人员配置做了详细统计，统计情况如下表1和表2。

表1 机械材料用量统计

机械材料油泵车

（辆）

千斤顶

（台）

三孔锚环

（个）

喇叭口

（个）

夹片

（个）

一端张

拉

1 1 20 20 60 两端张

拉

2 2 40 40 120

表1为机械材料的用量统计，两端张拉所需的机械材料用量为单端张拉的一倍。

表2 施工人员配置统计

人力配

张拉工木工管理人员质检员安全员置

单端张

3 4 1 1 1

拉

两端张

6 / 2 2 2

拉

表2为施工人员配置统计表，两端张拉除木工外其他人员配备为单端张拉的一倍。

待各方面准备就绪后，两个实验小组和实验策划人员核对手表时间，实验正式开始。

1.2 实验结果与讨论

实验结束后我们对两个实验小组完成张拉所需时间进行了统计，我们以5束为一个结点，统计情况如下：

表3 钢绞束各节点张拉所需时间统计

张拉所需时

1束（min）5束（min）10束（min）15束（min）20束（min）间

一端张拉11 56 125 180 220

两端张拉13 78 170 230 311

很显然，通过表3我们能很清楚的看出，不管在哪个结点，单端张拉比两端张拉完成任务所需的时间都要短，但单端张拉施工钢模板开孔一般需要2天时间，这使单端张拉整体施工时间延长，两端张拉施工先拆除模板再穿钢绞线，相对于单端张拉整个施工过程所需的时间要短。

张拉的效果一般是通过伸长量来衡量的，为此我们在两个实验小组各随机抽取

了10组数据进行分析。具体张拉数据如下表4和表5

表4 单端张拉数据

钢束编号拉力100%

时伸长量

（mm)

实际伸长

量(mm)

理论伸长

量(mm)

偏差

值

（%）

1 175 170 180 -5.56

2 179 176 180 -2.22

3 177 170 180 -5.56

4 173 170 180 -5.56

5 172 171 180 -5.00

6 176 176 180 -2.22

7 177 171 180 -5.00

8 173 169 180 -6.00

9 171 171 180 -5.00

10 171 171 180 -5.00

由表4可以看出，单端张拉实际测量的伸长量都要小于理论伸长量，绝大部分伸长量都在170-176mm这个区间段内，并且所有实际伸长量与理论伸长量之间的偏差值都大于-6.00%,满足设计规范要求的[6% 6%]这个区间段，符合设计要求。

表5 两端张拉数据

钢束编号左端拉力

100%时伸长

量（mm)

右端拉力100%

时伸长量（mm)

实际伸长

量(mm)

理论伸长

量(mm)

偏差

值

（%

）

1 100 95 185 180 2.78

2 96 100 185 180 2.78

3 115 8

4 186 180 3.33

4 91 107 188 180 4.44

5 102 102 184 180 2.22

6 93 101 181 180 0.56

7 110 86 187 180 3.89

8 107 89 189 180 5.00

9 119 88 185 180 2.78

10 124 82 185 180 2.78

由表5可以看出，两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180-188mm这个区间段内，并且所有实际伸长量与理论伸长量之间的偏差值都小于6.00%,满足设计规范要求的[-6% 6%]这个区间段，符合设计要求。

比较表4和表5，我们不难发现，两端张拉的效果还是要略好于单端张拉，可见无论是单端张拉还是两端张拉，都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是一样的。

2.3 实验结论

单端张拉在机械材料用量，施工人员配置，基本上是少于两端张拉。但完成同等工作量所需时间要比两端张拉多。由此可见，从施工成本和工程进度这两方面考虑，采用两端张拉要比单端张拉有优势。在张拉效果上，两端张拉要略好于单端张拉。

2、ANSYS有限元模拟与分析

由于施工现场实验技术条件所限，我们无法得知单端张拉和两端张拉后钢筋混凝土内部的受力与变形状况，因此也就无法从更深层次比较两者的优劣。为此，我们借助ANSYS有限元软件，通过仿真模拟，得到一端张拉和两端张拉后钢筋混凝土的受力与变形状况。

2.1 ANSYS有限元分析模型

在模拟中我们取钢筋混凝土箱梁面板的一小部分长方体为研究对象建立简化了的有限元模型，该长方体的长度为2.0m, 宽1.0m，高0.1m，空心圆柱半径0.03m。

（1）材料性能设定

混泥土弹性模量E=34500MPa，泊松比μ=0.2,单轴抗拉强度Ft=3.1125MPa，裂缝张开传递系数0.35，裂缝闭合传递系数1；钢筋为双线性随动硬化材料，弹性模量E=200000MPa，泊松比μ=0.25,屈服强度σ0.2=360MPa，硬化斜率为20000，配筋率为0.01，沿长度方向和宽度方向放置钢筋。

（2）有限元模型

基于模型结构简单，建模时采用全模型自顶向下的建模方法，模拟时，对板块模型采用专门为混泥土、岩土等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元SOLID65；SOLID65是在三维8节点等单元SOLID45的基础上，增加了针对混泥土的性能参数和组合式模型，可以模拟混泥土中的加强钢筋以及材料的拉裂和压溃问题，所以适合本文所要分析的问题。对刚性垫片，选择SOLID45单元对其分析。

对实体模型划分网格时，采用映射和扫略相结合的方法划分为规则而紧密的六面体单元网格，以尽量减少四面体单元的使用，从而避免严重的应力集中，开裂越早。