混凝土结构桥梁预应力损失机理分析

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　　摘要：预应力混凝土广泛应用于桥梁及大型承重构件上，但由于各种原因会产生相应的预应力损失，预应力损失会使预应力钢筋的有效预应力减少，对结构的安全性能有严重影响。本文对预应力混凝土的张拉工艺以及预应力损失的机理和计算方法进行了分析，以便对预应力损失作出科学的评估，从而保证桥梁结构的安全。
　　关键词：预应力损失张拉工艺损失机理计算方法
　　Abstract: the prestressed concrete are widely used in Bridges and large bearing component, but due to various reasons will produce the corresponding prestress loss, prestress loss will make the effective prestressed reinforced prestressed reduce, for the safety of the structure performance is affected. In this paper, the prestressed concrete drawing process and the mechanism of the pre-stress loss and calculation methods are analyzed, so as to make the pre-stress loss scientific evaluation, so as to ensure the safety of the bridge structure.
　　Key words: the loss of prestress loss tension process mechanism calculation method
　　中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：
　　
　　中图分类号：
　　
　　0引言
　　 预应力混凝土使用性能良好，经济效果显著，因而被广泛应用于桥梁及大型承重构件上。工程试验表明，引起预应力损失的因素很多，要精确计算及确定预应力损失是非常复杂的。由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果，因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键的问题，过高或过低估计预应力损失，都会对结构的使用性能产生不利影响。
　　1混凝土结构预应力张拉工艺
　　1.1先张法张拉程序及工艺
　　先张法是在底模整理后，在台座上进行张拉己经加工好的预应力筋。先张法通常采用一端张拉，另一端固定，即另一端在张拉前要设置好固定装置。但也有采用两端张拉的方法。对于钢丝和钢绞线，其张拉程序:0→初始应力→1. 05 (持荷2min)→0.9 →(锚固)。 为张拉时控制应力。
　　1.2后张法张拉程序及工艺
　　后张法张拉时构件的混凝土强度不应低于设计规定。施加预应力一般多从两端进行张拉。但是，从现场条件和施工方法方面考虑，也有采用单侧张拉的。对于张拉方式的采用，事先都应有明确的计划、准备，以便逐步实施。
　　普通松弛力筋:0→初始应力→1.03(锚固)；
　　低松弛力筋:0→初始应力→ (持荷2min锚固)；
　　其他锚具:0→初始应力→1.05 (持荷2min )→ （锚固)。
　　1.3关于超张拉
　　在以往的施工中，不论是规范要求，还是工程设计、施工操作，都采用超张拉施工工艺，其目的是克服钢绞线松弛的应力损失，而在现在的预应力工程中，普遍采用了低松弛钢绞线，应力松弛损失大大减少，加之现在的锚固系统多采用夹片自锚式锚具，如果继续超张拉(1.O5 )，张拉应力就很难再回到原值 。
　　2预应力张拉时常见弊病防治
　　（1）孔道压浆不饱满
　　产生孔道压浆不饱满的原因分析：由于压浆管堵塞或不畅通，导致水泥浆无法全截面充满；另外，水泥浆的配合比也是其中一个因素；养护温度也会影响压浆的饱满度。
　　（2）波纹管堵塞
　　遇到堵管问题，首先根据预应力筋曲线坐标，标注漏浆孔道堵塞的位置，在避开梁的主筋位置，采用冲击钻缓慢进行开孔，清除波纹管中的水泥浆块，使钢绞线能顺利穿过波纹管并能够自由伸缩；然后待张拉完毕后用高一等级微膨胀混凝土封堵孔洞。
　　（3）张拉伸长量与设计值存在偏差
　　在钢绞线分级张拉过程中，现场实测实算后得出的伸长值与计算值校核，偏差应≤6％，否则应立即停止后续预应力索的张拉施工，寻找原因。
　　（4）钢绞线滑丝、断丝
　　滑丝处置方法一般用千斤顶拉出滑丝的钢绞线，取出旧夹片，换上新夹片，再用千斤顶张拉到设计要求。断丝一般用千斤顶将钢绞线全部卸载，换上新钢绞线后，重新穿束张拉。
　　3预应力损失估算方法
　　预应力混凝土结构设计时，需要事先根据承受外荷载的情况，估计其预加应力的大小。设计中所需的钢筋预应力值，应是扣除相应阶段的应力损失后.
　　 （3-1）
　　由此看出:要确定张拉控制应力 ，除需要根据承受外荷载的情况事先估计有效预应力 外，关键是要估算出预应力损失值 。
　　4预应力损失分析理论与主要计算公式
　　计算预应力时，一般应考虑由下列六项因素引起的预应力损失。但对于不同锚具、不同施工方法，可能还存在其他预应力损失，如：锚圈口摩阻损失等，应根据具体情况逐项考虑其影响。
　　4.1预应力筋与孔道壁之间摩擦引起的应力损失
　　摩擦损失，主要由管道的弯曲和管道位置偏差两部分影响所产生。
　　（4-1）
　　4.2锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失
　　直线预应力钢筋的锚具变形，垫板与锚具、垫板与构件、拼装式构件的单元之间接缝的压缩都使得钢筋回缩产生损失，其损失值按下式确定:
　　 （4-2）
　　4.3预应力筋和台座间温差引起的应力损失
　　假设张拉钢筋时的自然温度为 ,混凝土加热养护时预应力钢筋的最高温度为 ，则温差 。钢筋因温度升高 而产生的变形总值为 ，由此而造成的应力损失:
　　（4-3）
　　4.4混凝土弹性压缩引起的应力损失
　　（1）先张法混凝土结构
　　先张法构件的预应力钢筋在台座上张拉，混凝土浇筑完毕且养护好以后，放松钢筋（放张）时混凝土收到弹性压缩，预应力钢筋随着缩短，从而产生预应力损失。
　　（4-4）
　　 (2)后张法混凝土结构
　　 由于后张拉的钢束使混凝土产生的弹性压缩会使先张拉完毕的钢束的预应力减少，即先张拉完毕的钢筋束产生弹性压缩损失 为：
　　 （4-5）

　　4.5预应力筋松弛(徐舒)引起的应力损失
　　《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)规定，预应力钢筋由钢筋应力松弛引起的预应力损失终值，可按下列规定计算:
　　（1）预应力钢丝、钢绞线:
　　 （4-6）
　　（2）精轧螺纹钢筋
　　一次张拉 （4-7）
　　超张拉（4-8）
　　4.6混凝土收缩和徐变引起的应力损失
　　由于混凝土收缩和徐变的影响，会使预应力混凝土构件产生变形，因而引起预应力钢筋的应力损失。
　　（4-9）
　　4.7预应力损失组合
　　综上所述，所列各项预应力损失在不同的施工方法中所考虑的亦不相同。不同施工方法所考虑的各阶段预应力损失值组合情况列于表1。
　　表1各阶段预应力损失值的组合
　　Tabe1 the element of pre-stress loss in each stage
　　预加应力损失的组合 先张法构件 后张法构件
　　传力锚固时的损失(第一批损失)
　　
　　
　　
　　传力锚固后的损失(第二批损失)
　　
　　
　　
　　
　　5结束语
　　引起预应力损失的因素很多，要精确计算及确定预应力损失是非常复杂的。在设计预应力混凝土构件时，应根据所采用的方法，按照不同的工作阶段考虑有关的预应力损失。合理预测预应力损失对桥梁正常使用极限状态设计具有重要影响，具有重要的工程实践价值。
　　
　　参考文献：
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　　[4]劳远昌.劳远昌桥梁论文选集[C].第一版.中国铁道出版社.1992
　　[5]李瑞鸽.全预应力梁预应力损失的动力检测研究[D].武汉.华中科技大学.2005
　　
　　【作者简介】
　　[1] 何国东（男、1982.11.30），大学本科，工程师
　　核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川成都，610061
　　[2] 胡鹏（男、1981.12.25）大学本科，工程师，核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川成都，610061
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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