混凝土结构桥梁预应力损失机理分析

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　　摘要:随着我国公路等基础设施建设的蒸蒸日上，桥梁结构的耐久程度问题也就日益受到建设者们的关注。现今，在桥梁建筑中，预应力混凝土的使用比例越来越大，对预应力损失的研究也就逐渐成为新的课题。本文对预应力损失的含义和对桥梁构件的影响进行了叙述，重点对预应力损失机理进行了分析，提出了一些相应的预防措施，以期对桥梁的安全能提供一些帮助。
　　关键词:预应力损失；机理；材料；预防措施；桥梁
　　Abstract: along with the highway infrastructure construction of day by day, the degree of bridge structure durability is increasingly by the attention of developers. Now, on the bridge construction, the use of prestressed concrete proportion is more and more big, the pre-stress loss to the study will gradually become new task. In this paper, the meaning of the pre-stress loss to the influence of the bridge and the component is described, focusing on the loss of prestress mechanism are analyzed, and put forward some corresponding prevention measures, so as to ensure the safety of the bridge can provide some help.
　　Key words: the pre-stress loss; Mechanism; Materials; Prevention measures; bridge
　　
　　
　　中图分类号： TV331 文献标识码：A 文章编号：
　　随着我国公路的大规模建设的蒸蒸日上，我国桥梁数量也在飞速增长。但是由于使用的荷载、环境因素以及建筑材料的缺陷，桥梁的耐久度问题逐渐受到桥梁建设者们的重视。与一般混凝土相比，预应力混凝土有其特有的优势，在现今桥梁建设中其使用比例越来越大。但预应力损失却是一个不可忽视的问题，由于预应力混凝土在生产工艺和生产材料上的特性使预应力筋在张拉、锚固甚至是构件的安全使用上都存在问题。由此，预应力损失机理的研究也就具有一定的必要性。基于此，本文对预应力损失的含义，对桥梁构件的影响进行了一些分析叙述，对损失机理和预防措施进行探讨，以期对桥梁的安全提供一些帮助。
　　一、预应力损失的含义
　　预应力是在工程结构构件承受外荷载前，先对外荷载作用下的受拉区中的钢筋开始施加压应力，从而改善工程结构构件的性能。因此，所谓预应力损失就是指在工程施工中使用预应力构件的过程中，由于张拉工艺、预应力构件所用的材料特性以及施工环境等这种影响因素的不良作用造成的预应力下降的现象。
　　二、对建筑构件的影响
　　2.1对建筑构件耐久性的影响
　　预应力损失会使建筑构件的耐久性下降。在预应力结构中，混凝土在预应力筋应力作用于自身，使其受压能力增强，预应力筋承担了大部分的结构受拉。但，预应力筋的受拉能力因为预应力损失而有所降低，从而造成了应受压的混凝土部分转变为受拉，而混凝土的受拉能力较弱，从而导致其自身变形最终造成建筑构件耐久程度下降。
　　
　　2.2对建筑安全性的影响
　　因为，预应力损失导致混凝土受力性能由受压转为受拉，是预应力混凝土构件整体的受力发生了变化，从而使混凝土变形的速度加快最终导致了建筑结构安全性能的降低。
　　三、预应力损失机理分析
　　3.1预应力和管道壁间的摩擦引起的应力损失
　　由于后张法预应力钢筋的预留孔道有直线形和曲线形两种，孔道制作又存在偏差、孔道壁粗糙等问题，使张拉预应力筋时，钢筋与孔壁不可避免地出现接触摩擦。在距离张拉端越远的点上，摩擦产生的阻力累积值也就越大，建筑构件每一个界面上的预应力钢筋的拉应力值也就越小。这种预应力损失被称为摩擦损失。
　　3.2锚具、夹片变形以及钢筋松弛造成的应力损失
　　当采用后张法施工时，预应力混凝土构件在张拉完毕并进行锚固时，锚具自身会受到程度较大的压力而出现变形，锚具和垫板间，垫板和垫板间，垫板和构件间的空隙会因此而被压实挤紧。另外，当夹片的几何外形或是尺寸存在偏差，夹片的硬度存在问题，夹片和锚环孔存在尺寸不对等问题都对锚固效果造成影响从而产生应力损失。
　　当钢材受到一定程度的张拉力作用后，自身长度又不会发生变化的情况下，钢材的应力会随着时间的推移而产生一定的损失，这个损失就被成为应力松弛损失。
　　3.3温度引起的应力损失
　　建筑结构周围气温的影响会引起应力损失，因为气温冷热交替产生的作用，易造成台座热胀冷缩现象的产生。而随着台座出现“热胀冷缩”现象，张拉横梁会受其影响，带动预应力筋发生拉长和收缩，从而导致预应力出现一定程度上的损失。另外，预应力构件在初期的养生条件和周围环境温度存在的差异易造成预应力筋和混凝土间的粘结力无法完全生成。预应力筋会因周围环境温度的升高而拉长，而预应力筋受热自身温度升高的程度将高于张拉台座，从而使预应力筋伸长而松弛，也就是发生应力的降低，导致预应力的损失。而在降温过程中，预应力筋和混凝土因为粘结力的作用而形成一个整体，因此当温度下降时二者会共同收缩，又因为钢筋和混凝土的热膨胀系数比较接近，由此而产生的应力损失几乎无法恢复。
　　四、预防措施
　　4.1针对预应力和管道壁间摩擦引起应力损失的控制措施
　　增大预留孔道的刚度，尽量使孔道的成型较直垂，抽管完成后要及时清理孔道，孔道的布置位置必须准确以便保证其本身没有局部曲折。另外，在安装锚垫板的时候要注意其与孔道的垂直，预留孔道不留浆，在搅动注入的混凝土时要注意振动棒尽量少地触及输送混凝土的管道，避免造成位置错动。
　　4.2针对锚具、夹片变形以及钢筋松弛造成应力损失的控制措施
　　对于锚具和夹片只能选择本身和自锚能力良好的材料，同时也要注意使其的强硬度要大于预应力筋的强硬度。对于钢筋，应尽量在可能的范围内，选择可塑性较好的钢筋或者是钢丝，这是因为放张后，要想产生较大的收缩从而获得较大的预压力，钢筋就必须具备较好的塑性。此外，钢筋还应选择采用粒径较大的，表面较粗糙的粗骨料，从而增加钢筋和混凝土之间的粘结力。施工时应选择采用高强度的混凝土，因为采用先张法施工的时候，高强度的混凝土可以达到提高钢筋和混凝土之间的粘结力的作用。而在采用后张法施工时，可使锚固端局部承载力有所提高。在先张法施工中，建筑构建中为了增加钢筋或是钢丝同混凝土之间的摩擦，可以在高强度钢筋或者是钢丝的表面上压制一定的刻痕或者是压波。
　　4.3针对温度造成应力损失的控制措施
　　首先，为了抑制环境温度变化造成的应力损失，在预应力初期应做好养生和放张工作。在保证各种材料的质量、配合比的适合以及浇筑工序良好控制的条件下做好混凝土的前提下，建筑构件的强度也就取决于养生条件和养生工作的好坏。其次，对于放张工作，操作人员应时刻牢记“分阶段、对称、相互交错”的原则，以便能够做到建筑构件受力均匀，同时要依据其的特点选择最为妥帖的放张方式，同时还要注意不应采取电焊直接烧割的方式进行放张。
　　另外，在采用先张法的时候，应加强张拉台座的制作。台座的制作必须尽量做到具备高强度、高稳定性、高刚度。在具体制作台座的过程中，可以利用增加混凝土的强度、增加钢筋和钢板的数量、增大截面面积的方式来达到目的，从而减弱张拉受力对台座造成的受压挤变，从而产生滑移和倾覆现象的产生。
　　结语
　　在实际施工中，影响预应力损失的原因是多方面的。根据前人研究，由于张拉工艺，制造预应力混凝土的钢材和混凝土材料的性能差异，制作预应力混凝土的工艺以及环境温度等多种原因，使预应力混凝土构件中实际的预应力损失高达15%~30%。因此，在具体的施工过程中，在尽量改善提高预应力的设计外，也要提高施工工艺的技术，制作材料也应在可能的条件下选择最贴合的钢材和混凝土。对于如何防止和减少预应力损失，设计者和建设者们通过研究理论和积累实际操作经验，从设计、制作、施工、工作、检查、保养等各个方面不断分析，提炼，总结和努力，从而构建出经济实用的防护措施系统和制造出更加完善的预应力混凝土，减弱因为预应力损失而造成的桥梁安全问题，保证桥梁的使用时间和使用安全。
　　参考文献
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