浅析预应力混凝土梁施工中的预应力损失影响因素及控制

摘要：预应力混凝土在较大规模的基础建设中得到越来越广泛的应用，但由于施工中诸多因素的影响，将造成张拉应力不准、预应力损失较大，从而对施工质量造成影响，因此分析和控制预应力混凝土梁的预应力损失显得尤为重要。以下通过分析预应力损失的原因，提出减小预应力损失的方法。

关键词：预应力混凝土梁　预应力损失　影响因素　控制

近年来大体积预应力混凝土在桥梁结构中应用越来越多，而且主要应用于主要受力部分，而有效预应力值的建立，则与其可靠性密切相关。由于施工中诸多因素的影响，将造成张拉应力不准、预应力损失较大　，从而影响预应力值的准确建立，对预应力混凝土梁的质量及后期的工程安全问题造成不利影响。如何尽可能减少应力损失，可靠准确地建立预应力值乃是研究和发展预应力混凝土施工工艺的首要任务。

1.预应力损失的影响因素分析及控制

预应力损失主要有两部分组成：瞬时损失和长期损失。瞬时损失包括摩阻损失、锚具变形损失、钢筋与台座间的温差损失（主要针对先张法构件）以及混凝土弹性压缩损失等。长期损失包括钢筋应力松弛损失及混凝土收缩、徐变损失。现总结为以下六项应力损失。

1.1　孔道摩阻损失

后张法的预应力筋在张拉时，钢筋将沿管道壁滑移而产生摩擦力。摩擦损失主要由管道的弯曲和管道位置偏差引起的。对于直线管道，由于施工中位置偏差和孔壁不光滑等原因，在钢筋张拉时，局部孔壁将与钢筋接触引起摩擦损失，但其影响数值较小。对于弯曲部分的管道，除存在上述管道偏差影响之外，还存在着因管道弯转，预应力筋对弯道内壁的径向压力所引起的摩擦损失，其数值较大，并随钢筋弯曲角度的增加而增加。曲线部分摩擦损失是由以上两部分影响构成，故要比直线部分摩擦损失大的多。

为减少摩擦损失，一般可采用如下措施：

（1）采用两端张拉，以减小弯曲角度及管道投影长度，减少摩擦损失；

（2）采用超张拉。

（3）改善孔道质量。准确布置孔道预留孔位置，保证孔道本身无局部弯曲，同时要确保端部锚件垫板与孔道垂直，以减少预应力筋与孔道间的摩擦。

（4）采用剂。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剂，以减小摩擦引起的应力损失。

1.2锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失

后张法构件，当张拉结束并进行锚固时，锚具将受到巨大的压力并使锚具本身及锚下垫板压密而变形，同时有些锚具的预应力钢筋还要向内回缩。此外，拼装式构件的接缝，在锚固后也将继续被压密变形，所有这些变形都将使锚固后的预应力钢筋放松，引起应力损失。

为减小锚具变形损失，一般可采取如下措施：

（1）采用超张拉；

（2）注意选用刚度较大的锚具及垫板，以不断减小其变形量；

（3）在安装工艺上应保证夹片干净，且夹片在孔内平整。

1.3钢筋与台座间的温差引起的应力损失

此项应力损失，仅在先张法构件采用蒸汽或其他加热方法养护混凝土时才予以考虑。对混凝土进行加热养护时，钢筋由于温度骤升而产生温差变形，由于台座是固定不变的，就相当于钢筋收缩了一个变形长度，使其应力下降。当停止升温养护时，混凝土已与钢筋粘结在一起，因养护升温所降低的应力已不可恢复，形成温差应力损失。

为减少温差应力损失，一般可采用如下控制措施：

（1）采用超张拉

（2）采二次升温的养护方法，即第一次由常温升温至进行养护。初次升温的温度一般控制在20℃以内，待混凝土达到一定强度能够阻止钢筋在混凝土中自由滑移后，再将温度升至进行养护。

1.4混凝土弹性压缩引起的应力损失

当预应力混凝土构件受到预应力而产生压缩变形时，则对于已张拉并锚固于该构件的预应力钢筋来说，将产生一个与该预应力钢筋重心水平处混凝土同样大小的压缩应变，因而也将产生预拉应力损失。对先张法构件而言，当预应力钢筋放张对混凝土预加应力时，混凝土所产生的全部弹性压缩应变将引起预应力钢筋的应力损失；对于后张法构件而言，由于后张法构件预应力钢筋的根数往往较多，一般是采用分批张拉锚固并且多数情况是采用逐束进行张拉锚固的。因此，张拉后批的钢筋时所产生的混凝土弹性压缩变形将使前批的已张拉并锚固的预应力钢筋产生应力损失。

针对此种预应力损失可采取以下控制措施：

（1）采用超张拉；预先算好预应力损失值，分别加在钢筋的控制应力上。

（2）延长张拉前混凝土龄期，提高混凝土的弹性模量。施工中应选用具有高弹性模量、质地细密的粗骨料，同时掺加高效减水剂，提高混凝土骨灰比等措施　，掺入高效减水剂时应选用引气量小的品种。施工中可以在混凝土强度满足张拉要求后，延长张拉前混凝土的养护时间，以不断提高混凝土的弹性模量。

1.5钢筋松弛引起的应力损失

预应力筋在不变的应力作用下，会产生随持续加荷的时间延长而增加的徐变变形，这将导致引力损失。钢筋初拉应力越高，其应力松弛愈甚，钢筋松弛与时间有关。初期发展最快，24h内可完成50％，以后渐趋稳定，但在持续5～8年的实验中，仍可观测到其影响。同时钢筋松弛会随着温度的增高而增高。

针对此中预应力损失可采用以下几种方式：

（1）采用高强度低松弛预应力筋，以不断减少因钢筋松弛而产生的预应力损失；

（2）预应力筋张拉时持荷2～5min，以加快应力松弛的早期出现，减少应力损失；

（3）高强度钢绞线使用前应预拉，以减少其松弛损失；

（4）采用超张拉，即用1.05倍设计值的应力进行张拉，并保持数分钟后，再回降至设计值，可大大减少应力松弛。

1.6混凝土收缩和徐变引起的应力损失

混凝土收缩、徐变会使预应力筋缩短，因而引起应力损失。影响混凝土收缩的重要因素是用水量与含气量。混凝土的徐变主要与混凝土预压应力和加载时混凝土强度密切相关，同时施加预应力的混凝土龄期对徐变损失影响也较大。

针对此种应力损失可采用以下几种方式：

（1）在进行配合比设计时，选择高等级普通硅酸盐水泥，同时添加外加剂，减少水灰比。

（2）在施工过程中，应加强混凝土的振捣，加强混凝土的养护工作，增加混凝土的龄期。

（3）可适当提高非预应力筋的配筋率，对减少因收缩和徐变而引起的应力损失起到一定的作用。

（4）养护时保证高温高湿，确保水泥水化作用充分。

2.结束语

预应力损失是多方面的，分析和控制预应力损失对于提高预应力混凝土的强度和使用寿命都有很重要的影响，在保证材料质量的前提下，施工过程中要不断的完善施工工艺，这样才可以保证预应力筋的有效应力满足结构的使用要求。（作者单位：郑州大学水利与环境学院）

参考文献

［1］叶见曙，李国平.结构设计原理.北京：人民交通出版社，2000

［2］魏峰.桥梁工程中预应力损失的影响因素和减小预应力损失的措施.广东：建材与装饰杂志社，2011

［3］孙爱军.预应力混凝土梁施工中的应力损失分析及控制.江西：　人民铁道出版社，2002

［4］刘丽云.浅析预应力混凝土施工中的应力损失的研究与对策.安徽：中国铁道出版社，2007