預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉應(yīng)力損失原因及對(duì)策

李寶珍

(山西振興公路監(jiān)理有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

預(yù)應(yīng)力鋼絞線被廣泛應(yīng)用于橋梁施工的箱梁、T 梁、空心板梁、蓋梁等主要受力構(gòu)件中。從施工工藝上劃分可分為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土和預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。從鋼絞線張拉的時(shí)間順序分，可分為先張法和后張法兩種。

無(wú)論是先張法還是后張法，無(wú)論是現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力還是預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件，都會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失的問(wèn)題。

本文結(jié)合工程實(shí)際僅對(duì)后張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件張拉應(yīng)力損失進(jìn)行分析。

1 工程概況

山西某六車道高速公路，全長(zhǎng)60 km，全線共有二十多座大橋，十幾座中橋，都是預(yù)應(yīng)力后張法箱梁先簡(jiǎn)支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)。有很多箱梁的張拉伸長(zhǎng)值、起拱度偏低。本人作為監(jiān)理全程參與了其原因分析。除溫度影響、混凝土彈性模量及人為影響外，預(yù)應(yīng)力的損失也是一個(gè)主要原因。

2 產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失的原因

1)千斤頂本身的精度低。

根據(jù)JTG/TF 50—2011 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定，千斤頂必須進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定條件是:a.進(jìn)入新工地的時(shí)候;b.使用300 次;c.使用6 個(gè)月;d.千斤頂經(jīng)過(guò)修理。根據(jù)本人十幾年來(lái)4 000 多箱梁張拉的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)數(shù)據(jù)分析、使用千斤頂時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、次數(shù)過(guò)多，千斤頂?shù)膶?shí)際拉力將小于油表(壓力表)讀數(shù)。這就是說(shuō)千斤頂使用過(guò)長(zhǎng)，可能導(dǎo)致鋼絞線張拉應(yīng)力不足。

2)鋼絞線與波紋管壁之間的摩擦。

波紋管的直徑比預(yù)應(yīng)力鋼絞線束的外徑僅僅大5 mm～10 mm，由于波紋管的坐標(biāo)無(wú)論是水平方向還是豎直方向都不是直線，因此，鋼絞線束與波紋管壁必然存在摩擦。問(wèn)題主要是鋼絞線與波紋管的摩擦損失究竟應(yīng)該怎么確定?！豆窐蚝┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》和設(shè)計(jì)文件中，一般會(huì)給定一個(gè)參考值，K=0.001 5，μ=0.25。但是實(shí)際施工過(guò)程中，根本不可能達(dá)到這一理想狀態(tài)。因施工誤差導(dǎo)致的摩擦損失預(yù)應(yīng)力的程度比理論值大得多。造成這種情況的原因主要有:a.波紋管的坐標(biāo)不準(zhǔn)確造成各點(diǎn)的角度與設(shè)計(jì)值不符。b.波紋管固定不牢固，在隨后的混凝土澆筑過(guò)程中波紋管上下起伏，形成波浪形，線形不圓順，摩擦力加大，預(yù)應(yīng)力損失就加大。c.波紋管內(nèi)漏漿，導(dǎo)致波紋管管徑局部變細(xì)，穿束困難，加大了摩擦力，增加了預(yù)應(yīng)力的損失。

3)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的實(shí)際截面面積與理論截面面積不同。

鋼絞線的理論截面面積為140 mm2，但是，不同的鋼絞線生產(chǎn)廠家，不同的生產(chǎn)批次，鋼絞線的截面面積不相等。如果實(shí)際鋼絞線的截面面積大于理論橫截面面積，張拉值不夠，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失。根據(jù)本人檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼絞線的橫截面面積的誤差會(huì)引起張拉力2%左右影響。

4)箱梁混凝土的彈性模量未達(dá)到設(shè)計(jì)值。

由于臺(tái)座數(shù)量不足，工期壓力太大，實(shí)際施工過(guò)程中，往往以混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的值便開始張拉(大部分設(shè)計(jì)規(guī)定為90%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，規(guī)范規(guī)定無(wú)要求時(shí)按80%)，根本不考慮彈性模量的影響。部分技術(shù)人員誤認(rèn)為混凝土的強(qiáng)度達(dá)到后，其彈性模量也相應(yīng)達(dá)到了。其實(shí)不然，誠(chéng)然混凝土的彈性模量與強(qiáng)度有一定的關(guān)系，但不能對(duì)等?；炷恋膹椥阅Ａ坎粌H與強(qiáng)度有關(guān)，還與齡期有直接關(guān)系。有資料顯示，混凝土的彈性模量與齡期呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，混凝土強(qiáng)度越高，其彈性模量早期增長(zhǎng)就越快，但影響不大，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其變異系數(shù)趨于減少。一般來(lái)說(shuō)，C40 混凝土3 d 彈性模量大約是28 d 彈性模量的90%，7 d 彈性模量是28 d 的95%，如果彈性模量不足，混凝土變形較大，造成預(yù)應(yīng)力損失。

5)鋼絞線松弛引起預(yù)應(yīng)力損失。

鋼絞線松弛是材料的特性，是不可避免的，盡管目前多使用低松弛預(yù)應(yīng)力，但只能減少因鋼絞線松弛造成的預(yù)應(yīng)力損失，截至目前，尚未找到鋼絞線松弛對(duì)預(yù)應(yīng)力損失的定量分析。作者對(duì)以往鋼絞線的檢測(cè)報(bào)告分析，鋼絞線的彈性模量偏大的材料，其松弛系數(shù)一般較小，但缺乏眾多數(shù)據(jù)應(yīng)證，只是一管之見(jiàn)，愿與前輩專家學(xué)習(xí)。

6)錨具變形，鋼絞線回縮引起預(yù)應(yīng)力損失。

錨具變形，鋼絞線回縮是從張拉結(jié)束，油泵回油便開始的，并持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間才能完成?！豆窐蚝┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱橋規(guī))有專門的規(guī)定。這一損失一般可達(dá)到4 mm～6 mm 左右，張拉結(jié)束后，量測(cè)鋼絞線的伸長(zhǎng)量，夾片鎖死后再量測(cè)鋼絞線的伸長(zhǎng)量即可確定鋼絞線的回縮量。作者認(rèn)為這一損失不是夾片鎖死后鋼絞線的回縮，錨具的壓縮便結(jié)束，而要到壓漿后漿體的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)才能結(jié)束。

7)壓力表的精度不足，引起預(yù)應(yīng)力損失。

千斤頂與壓力表在標(biāo)定時(shí)，會(huì)確定一回歸方程，利用回歸方程計(jì)算各個(gè)階段的張拉應(yīng)力值，一般是精確到小數(shù)點(diǎn)后一位小數(shù)，但是壓力表的最小分度值不同:有的是1，有的是2，有的是0.5。分度值越大，精確度越低，十分位的讀數(shù)完全由操作人員估讀。很容易引起張拉應(yīng)力不足，造成預(yù)應(yīng)力損失。

8)混凝土彈性壓縮，引起預(yù)應(yīng)力損失。

鋼絞線受拉時(shí)，混凝土處于受壓狀態(tài)因受壓而壓縮，削減了張拉應(yīng)力。鋼絞線的伸長(zhǎng)量讀數(shù)，除了鋼絞線本身伸長(zhǎng)量外，還包括梁體混凝土的壓縮量?；炷恋膹椥詨嚎s與混凝土的彈性模量密切相關(guān)，混凝土的彈性模量越大，其彈性壓縮越小，預(yù)應(yīng)力的損失越小，這就是預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)文件中強(qiáng)調(diào)張拉不宜過(guò)早的原因之一。

9)混凝土徐變引起預(yù)應(yīng)力損失。

混凝土徐變引起混凝土強(qiáng)度降低，變形增加，裂縫加大，彈性模量損失，必然引起預(yù)應(yīng)力損失。因其作用機(jī)理非常復(fù)雜，檢測(cè)難度大，本文不深入探討。

10)預(yù)應(yīng)力筋錨固后外露長(zhǎng)度過(guò)短，熱應(yīng)力影響造成預(yù)應(yīng)力損失。

鋼絞線張拉結(jié)束后，要切除多余鋼絞線，剩余的鋼絞線不能太長(zhǎng)，也不能太短，太長(zhǎng)影響構(gòu)件的安裝，太短因切割過(guò)程中發(fā)熱波及到鋼絞線內(nèi)部，造成預(yù)應(yīng)力損失。

11)鋼絞線與臺(tái)座之間的溫差引起預(yù)應(yīng)力損失。

鋼絞線與臺(tái)座之間存在溫差，主要是先張法，對(duì)于先張法如果采用蒸汽養(yǎng)生，很容易引起預(yù)應(yīng)力損失。如果不采用蒸汽養(yǎng)生可不考慮這一影響。

12)持荷時(shí)間太短，張拉力達(dá)到100%后不得立即回油，舊“橋規(guī)”規(guī)定為持荷2 min，新“橋規(guī)”規(guī)定持荷時(shí)間3 min～5 min，必須按現(xiàn)行的規(guī)范執(zhí)行。

3 減少預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉損失的相應(yīng)對(duì)策

1)及時(shí)進(jìn)行千斤頂?shù)臉?biāo)定。合理安排千斤頂、壓力表的標(biāo)定時(shí)間，不要等到張拉使用到期再進(jìn)行標(biāo)定，甚至繼續(xù)使用。使用次數(shù)越多，其精度越低，誤差越大。

2)嚴(yán)格控制波紋管的坐標(biāo)，確保波紋管線形圓順，減少鋼絞線與管道的摩阻力，減少預(yù)應(yīng)力的損失。

目前絕大多數(shù)技術(shù)人員認(rèn)為波紋管直線段固定的點(diǎn)可以放寬一點(diǎn)，連設(shè)計(jì)單位也認(rèn)為將直線段的固定距離定為1 m，曲線段定為0.5 m，根據(jù)本人十幾年來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，直線段更容易因混凝土坍落度不合適造成波浪形線形，坍落度大，混凝土振搗后，上浮力大，波紋管向上拱。反之亦然，可參照發(fā)明專利《箱梁標(biāo)準(zhǔn)圖改進(jìn)》解決這一問(wèn)題。

3)張拉應(yīng)力計(jì)算時(shí)，必須以現(xiàn)場(chǎng)使用的鋼絞線的實(shí)際截面面積、彈性模量進(jìn)行計(jì)算，不能以理論值代替。設(shè)計(jì)文件中標(biāo)定的各項(xiàng)指標(biāo)是控制指標(biāo)，是參考值，不能作為取定值。

4)嚴(yán)格控制張拉時(shí)間。決定箱梁張拉的條件一個(gè)是強(qiáng)度要求，一個(gè)是混凝土彈性模量，彈性模量以時(shí)間控制。目前，大多數(shù)設(shè)計(jì)文件規(guī)定張拉時(shí)，箱梁的齡期保證7 d 以上，有的設(shè)計(jì)文件規(guī)定為10 d，這是有依據(jù)的，也是必要的。

5)根據(jù)張拉的實(shí)際伸長(zhǎng)量調(diào)整張拉的應(yīng)力值。如果鋼絞線張拉后，伸長(zhǎng)量(考慮到回縮量)在理論計(jì)算伸長(zhǎng)量±6%范圍內(nèi)，可不進(jìn)行調(diào)整。如果偏小，可按比例調(diào)整張拉應(yīng)力值，并重新進(jìn)行試張拉。直到合適為止。

6)使用防振動(dòng)、高精度壓力表。壓力表是控制張拉力的依據(jù)，必須精確，建議使用0.5 的分度值的壓力表。

7)盡量避免偏心受壓。采取的措施是，a.使用4 個(gè)千斤頂左右對(duì)稱張拉;b.錨具緊貼錨墊板凹槽;c.夾片必須鎖緊，不得有錯(cuò)臺(tái)。

8)箱梁鋼筋綁扎前，必須對(duì)臺(tái)座進(jìn)行打磨處理，刷好隔離劑，減少臺(tái)座表面與梁體之間的摩擦。

9)預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨固后的外露長(zhǎng)度要適中，嚴(yán)禁用氧焊、電焊切割。

10)對(duì)于利用砂箱放張的先張法構(gòu)件，應(yīng)選用級(jí)配良好的石英砂，裝置宜為砂箱長(zhǎng)度的1/3～2/5。保證預(yù)應(yīng)力施加后砂箱的壓縮值不大于0.5 mm。

11)嚴(yán)格控制施工工藝，保證原材料合格，采用高標(biāo)號(hào)水泥和優(yōu)質(zhì)高效的外加劑，控制水泥用量，必須控制在500 kg/m3內(nèi)。

12)保證持荷時(shí)間3 min～5 min。

4 結(jié)語(yǔ)

造成預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉應(yīng)力損失的原因很多，在后續(xù)施工過(guò)程中，從人、材、機(jī)、工、管等各個(gè)細(xì)節(jié)加以控制，并勤于分析，強(qiáng)化管理，落實(shí)到位，預(yù)應(yīng)力的損失有了大量的減少。