預應力混凝土梁施工的應力損失及控制

劉莉

（中鐵四局集團第五公司有限公司，江西 九江 332000）

1 概述

目前，現(xiàn)行《鐵路橋涵施工規(guī)范》（TB10203-2002）、《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTJ041-2000）中均要求對應力管理采用伸長值管理法，規(guī)定預應力筋伸長量不得超過計算值的±6%。

在施工中，對錨固控制應力的監(jiān)控是通過油表讀數(shù)及伸長值進行雙控，但對于各種預應力損失的監(jiān)控，由于在現(xiàn)場施工中沒有量化的控制手段，因此，只能從改進施工工藝、改善施工方法及控制混凝土品質來實現(xiàn)。

2 原因分析及控制措施

2.1 預應力筋松弛引起的預應力損失

在高拉應力作用下由于金屬內部位錯運動使一部分彈性變形轉化為塑性變形，在預應力筋長度保持不變的條件下，鋼材的應力隨時間的增加而降低。預應力筋松弛初期發(fā)展較快，1個月后就趨近穩(wěn)定。同時，預應力筋松弛率與材質成分、加工方法及初應力大小及持續(xù)時間有關，初應力大，松弛損失也大，初應力小，松弛損失也小，一般當初應力小于鋼筋極度限強度50%時，松弛率可以忽略不計。另外，松弛率隨溫度升高，預應力筋應力損失也會急劇增加。

根據(jù)力筋松弛產生的機理和決定力筋松弛的因素，一般可從以下幾方面來控制由預應力筋松弛引起的應力損失。

2.1.1 采用高強度低松弛預應力筋。低松弛鋼絲及低松弛鋼鉸線均經過特殊處理，從而使其在恒應力下抵抗位錯轉移的能力大為提高，達到穩(wěn)定化。目前，在設計和施工中，已廣泛采用高強度低松弛預應力筋，其松弛損失可減少70%。

2.1.2 對于高強度預應力鋼絞線使用前應預拉，以減少其松弛損失。從有關試驗資料可以看出，鋼絞線的松弛率遠比鋼絲大因此，鋼絞線在正式使用前應進行預張拉，以減少其松弛損失。預拉時，預拉應力采用0.80Ryj，持續(xù)時間不少于5min。

2.1.4 后張法施加預應力后應盡早壓漿。壓漿的主要目的是通過凝結后的水泥漿將預應力傳至混凝土，并防止預應力筋銹蝕，同時及早壓漿亦可早防止預應力筋的松弛。

2.1.5 先張法宜先張拉預應力筋至0.8σk～0.9σk后，綁扎普通鋼筋及立模，再補張預應力筋至σk，最后及時澆筑混凝土。

2.2 后張法預應力鋼筋與孔道間的磨擦引起的應力損失

管道摩擦損失是指預應力筋與孔道壁之間的摩擦引起的預應力損失，包括長度效應和曲率效應引起的損失。長度效應是由于孔道局部位置偏移使預應力筋刮碰孔道引起的。曲率效應是由于預應力筋與彎曲孔道壁之間的摩擦引起的。

對于多種曲率或直線與曲線組成的孔道，應分段計算孔道摩擦損失，較為準確。在施工中為減少孔道摩擦引起的應力損失，主要采取以下幾種措施。

2.2.1 改善預留孔道質量。首先要準確布設預留孔道的定位網位置，保證孔道本身無局部彎曲；同時在預埋錨墊板時，要確保端部錨墊板與孔道垂直，防止預應力筋緊貼孔壁而增大摩擦力。另外，還要保證預留孔不漏漿，在混凝土振搗時，插入式振動棒不能觸及成孔所用的波紋管或橡膠管，防止其位置錯動。

2.2.2 采取兩端同步張拉工藝。

2.2.3 采用潤滑劑。對曲線半徑小，曲線段弧度大的孔道，預應力損失往往很大，在施工中可采用在預應力筋表面涂刷肥皂液，復合鈣基脂加石墨等潤滑劑，以減小摩擦引起的應力損失。對于有粘結預應力筋，潤滑劑在壓漿前采用高壓水沖洗干凈。

2.2.4 超張拉。減少孔道摩擦損失的超張拉可與減少預應力筋松弛損失的超張拉結合起來。

如下圖所示：假設采取兩端張拉采用0→σk程序時，預應力按ADA1 線變化（跨中預應力筋應力為 σa），當采用 0→1.05σk→σk程序張拉至1.05σk時，兩端拉力也提高5%，跨中預應力筋應力相應提高；但當張拉端卸荷至σk時，由于反摩擦作用，跨中附近一段范圍內預應力筋應力可認為不變。則預應力筋的應力沿ABCB1A1線變化，比較均勻。

3 混凝土彈性壓縮引起的應力損失

在施工中主要通過以下方法來減小混凝土壓縮引起的應力損失。

3.1 事先計算分批張拉時的預應力損失值，分別加在先張拉鋼筋的控制應力值上，這種處理方案在理論上是很好的，但由于每根（束）預應力筋張拉力不同，給施工增加麻煩。另一種方案是采用同一張拉值逐根復拉補足，這種措施增加張拉作業(yè)量。在實際施工時，一般可采用超張拉措施，將彈性壓縮平均損失值加到張拉力內。

3.2 改善混凝土品質，延長張拉前混凝土齡期。骨料品質對混凝土的彈性模量影響較大，因此施工中應選用具有高彈性模量，質地細密的粗骨料，同時摻加高效減水劑，提高混凝土骨灰比等措施。摻入高效減水劑時應選用引氣量小的品種。

單純提高混凝土抗壓強度，往往達不到預期的提高彈性模量的目的。因此，施工中可以在混凝土強度滿足張拉要求后，延長張拉前混凝土養(yǎng)護時間，確保混凝土彈性模量的提高。

4 錨頭變形，鋼筋回縮引起的應力損失

減小錨頭變形、鋼筋回縮引起的應力損失除超張拉外，在施工中應加強對錨具、夾片的質量檢測工作，確保硬度符合正常標準，同時，在安裝工藝上應保持夾片干凈，且夾片在孔內平整。

5 混凝土收縮和徐變引起的預應力損失

影響混凝土收縮的重要因素是用水量與含氣量?；炷恋男熳冎饕c混凝土預壓應力和加載時混凝土強度密切相關，同時施加預應力的混凝土齡期對徐變損失影響也較大。從有關資料查明，施加預應力時的混凝土齡期3d 比7d 引起的徐變損失增大14%，齡期30d 比7d 減少28%。根據(jù)混凝土收縮及混凝土徐變產生的機理，在施工中應采取必要的措施來減少由于其收縮及徐變引起的應力損失，主要措施有如下。

5.1 在進行配合比設計時，宜選用高標號普通硅酸鹽水泥，在保證混凝土R28 強度的情況下，水泥用量不宜過大；同時摻加外加劑，減小水灰比，選用質地優(yōu)良的粗細骨料。

5.2 在混凝土施工中應加強混凝土的振搗，同時加強混凝土的灑水養(yǎng)護工作，保證混凝土在濕度大的情況下硬化。試驗證明，混凝土在水中產生的徐變值小于在干燥空氣中的徐變值。

5.3 根據(jù)梁體混凝土徐變特性，對于已經成型的混凝土梁應盡早安裝架設，并施加二期恒載。

[1]林太珍,饒斌等.高效預應力混凝土工程實踐[M]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993.

[2]張貴先譯.預應力混凝土公路橋施工手冊[M]，北京：人民交通出版社，1988.