预应力混凝土梁施工中的应力损失分析及控制

发布时间：2022-10-05 10:06 热度：

　　摘要：预应力损失直接影响到桥梁运营阶段的使用性能，因此施工阶段有效减小预应力的损失对桥梁长期使用性能和长期挠度有着重要的意义。本文研究施工阶段造成预应力损失的原因并提出相应的控制措施，希望给以后同类施工提供一个理论上的参考。

　　关键词：预应力损失 影响要素 控制措施

　　Abstract: the loss of prestress directly affect the use of bridge operation stage performance, the construction stage effectively reduce the loss of prestress to bridge the long-term use of performance and long-term deflection has the important meaning. This paper studies the pre-stress loss caused by construction stage of reason and the corresponding control measures, and hopes to give the same after a theory construction to provide the reference.

　　Key words: the loss of prestress impact factors control measures

　　中图分类号：TU528.571 文献标识码：A 文章编号：

　　引言

　　随着我国高速公路建设的蓬勃发展，桥梁建设进入了前所未有的高潮时期。然而，由于结构预应力损失的影响，在部分已建成运营的预应力混凝土梁桥出现了不同程度的开裂现象，严重影响了其使用性能，多数是由于设计时对应力损失估计不足而造成的。因此，对结构施工中的预应力损失要有足够的估计，合理地配置预应力筋，保证预应力混凝土结构的承载能力，才能确保桥梁结构在设计运营时期的安全性和可靠性。本文主要从引起预应力损失的因素入手研究，并从施工工艺、改善施工方法及控制混凝土品质等来实现减小预应力损失进行分析，为以后工程施工提供了一种理论上得参考方法。

　　1 预应力损失的原因分析

　　1.1 预应力筋与管道壁间摩擦引起的应力损失

　　预应力混凝土连续刚构桥在施工过程中的摩阻预应力损失，主要由管道的弯曲和管道位置偏差两部分产生。在两端双向张拉过程中，预应力钢筋将沿孔壁滑移产生摩阻力，形成预应力筋中的预应力从张拉端向跨中方向逐渐减少的情况，这与参数μ、k有紧密的关系。

　　1.1.1 参数μ的影响因素

　　摩阻系数μ主要反映了管道和钢筋两种材料之间的力学性质，并在统计意义上兼顾到生锈、漏浆、挤扁等偶然发生的现象

　　国内外大量的试验研究分析表明，对预应力筋摩擦系数产生影响的主要因素是：钢材种类、表面特征、润滑油脂等。

　　1.1.2 参数k的影响因素

　　偏差系数k则反映了管道线形的施工质量和施工难度。参数k的主要影响因素是：预应力筋的表面形状，孔道成型的材料和方法，预应力筋和孔壁的接触程度(孔径的尺寸和预应力筋在孔道中的排列)等。

　　1.2 混凝土弹性压缩引起的应力损失

　　分批张拉时，后张力筋所引起的混凝土弹性压缩会减小先张力筋的有效应力，混凝土达到一定的强度后，拆除模板，预应力放张。当预加力传给混凝土后，混凝土构件便会因受压而缩短，预应力筋也跟着缩短，形成预应力损失，称为弹性压缩损失。

　　1.3 钢束松弛引起的应力损失

　　1.3.1 预应力筋力筋松弛产生的机理

　　筋束在一定的拉应力作用下，长度又保持不变，则筋束中的应力将会随时间延长而降低，这就是钢筋的松驰引起的应力损失。它是在高拉应力作用下由于金属内部位错运动使一部分弹性变形转化为塑性变形产生的。

　　1.3.2 预应力筋松弛的影响因素

　　预应力筋松弛率与材质成分、加工方法及初应力大小及持续时间有关，初应力大，松弛损失也大，一般当初应力小于钢筋极限强度50%时，松弛率可以忽略不计。另外，松弛率受温度影响较大，温度升高，预应力筋应力损失也会急剧增加。

　　1.4 混凝土收缩和徐变引起的应力损失

　　1.4.1 混凝土收缩和徐变的成因

　　(1)新拌混凝土中，除了水化作用所需的水分之外，还有多余的游离水，游离水蒸发，使混凝土体积收缩。主要受到混凝土的组成、集料性质、养生时间、预加力的龄期等因素影响。

　　(2)徐变是混凝土长期承受某一应力水平时产生变形的现象。它比弹性压缩变形持续的时间长很多，可在长达几年的时间内持续发生。主要受混凝土的组成、环境湿度、养生情况、开始受荷的龄期等因素影响。

　　1.4.2 混凝土收缩徐变造成预应力损失机理

　　混凝土的收缩和徐变会导致混凝土构件缩短，钢绞线也随之缩短进而导致了预应力损失，目前计算该项预应力损失的难点在于对混凝土收缩徐变模型的准确预测和如何提出适用于设计和判断的简化计算方法。再者，预应力损失与混凝土的收缩徐变是耦合的两种效应，更增加了准确分析这项损失的困难。

　　2 控制预应力损失的技术要点

　　2.1 减小摩阻损失

　　管道摩擦损失是指预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失，在施工中为减少孔道摩擦引起的应力损失，主要采取以下几种措施。

　　2.1.1 加强预应力管道成型控制、减少预应力损失

　　(1)减少管道安装误差，优化管道线形，现场安装每节段的管道时，需要严格控制其安装精度，尽量减少坐标偏差。

　　(2)增设临时内衬管。在每节段施工的管道内增设比塑料波纹管直径小一号的普通PVC管，可以增加混凝土浇筑过程中塑料波纹管道的刚度，同时有效防止漏浆。

　　(3)在预埋锚垫板时，要确保端部锚垫板与孔道垂直，防止预应力筋紧贴孔壁而增大摩擦力，在混凝土振捣时，还要保证插入式振动棒不能触及成孔所用的波纹管，防止其位置错动。

　　(4)通孔检查。混凝土浇筑完成后，使管道内通过小直径橡皮球或铁球等措施检查管道的通畅和成孔情况。

　　2.1.2 改善管道材料

　　(1)加强管道材料控制在条件许可时，尽量采用摩擦系数(μ值)较小的塑料波纹管，减小预应力的摩阻损失。

　　(2)对于曲线半径小，曲线段弧度大的孔道，预应力损失往往更大，为了减小摩擦，可以适当采用润滑剂，在施工中可采用在预应力筋表面涂刷肥皂液，复合钙基脂加石墨等润滑剂。

　　2.1.3 加强钢绞线穿束控制、减少预应力损失

　　目前一般采用分束器来解决，通过钢丝绳或麻绳将钢铰线束按固定排列顺序分段捆在一起，使钢铰线不发生扭曲，保持其在各个截面的相对位置不动。

　　2.2 减小预应力松弛

　　2.2.1 采用高强度低松弛预应力筋

　　低松弛钢丝及低松弛钢绞线均经过特殊处理，从而使其在恒应力下抵抗位错转移的能力大为提高，达到稳定化。目前，在设计和施工中，已广泛采用高强度低松弛预应力筋，其松弛损失可减少70% 。

　　2.2.2 提高张拉工艺技术

　　(1)为了减小预应力损失而实施的超过张拉控制应力的张拉操作，一般分为两种：直接张拉至1.03倍张拉控制应力;张拉至1.05倍张拉控制应力，持荷2分钟，退回到1.0倍张拉控制应力。

　　(2)针对高松驰预应力钢铰线，采用预张拉，可以减小摩擦作用引起的非弹性作用，消除部分松驰作用。尤其是在长预应力束张拉时，这一方法可改善钢铰线间的摩察作用，消除很大部分非弹性变形。

　　2.2.3 增加持荷时间

　　在实际施工中，必须保证给油(即钢铰线的应力增加)、回油匀速缓慢进行，这样才能保证钢铰线应力传递均匀的增加。在长束施工中，现行规范要求持荷时间在2 min，是远远不够的。一般情况下，持荷时间要达到5min，才能让钢铰线应力均匀传递，稳定增长。

　　2.3 减小混凝土收缩徐变

　　(1)在进行配合比设计时，宜选用高等级普通硅酸盐水泥，同时掺加外加剂，减小水灰比，选用质地优良的粗细骨料。

　　(2)在混凝土施工中应加强混凝土的振捣，混凝土在水中产生的徐变值小于在干燥空气中的徐变值，应该加强混凝土的洒水养护工作，保证混凝土在湿度大的情况下硬化。

　　3 结语

　　预应力损失的研究是一项十分复杂的工作，涉及面相当广泛，施工过程中的影响因素很多且各个影响因素之间相互耦合，不可能完全分析清楚。本文仅研究了影响预应力损失的主要因素(预应力筋与管道壁间摩擦、混凝土弹性压缩、钢束松弛、混凝土收缩和徐变)，并提出了相应的控制措施。由于混凝土收缩徐变机理较为复杂，目前只能按照规范取得标准值，希望大家以后进一步研究预应力损失与各个影响因素之间的量化关系。

　　参考文献

　　[1] JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

　　[2] TB 10002.3-2005,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].

　　[3] 王华.预应力混凝土薄壁箱梁桥空间分析及开裂成因研究 湖南大学硕士论文 2005.06[4] 周舟.预应力混凝 土箱梁桥中混凝土收缩徐变的影响研究 长沙理工大学硕 士学位论文 2006.05

　　[5] 施颖,唐苍松,宣纪明,吕颍钊.混凝土箱梁腹板竖向预应力分析 桥梁建设2006.01s