淺談板梁預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算和控制措施

葛明鋒 鄧萬(wàn)軍 湯曉慧

1 概況

沿預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件長(zhǎng)度方向,預(yù)應(yīng)力鋼筋中的預(yù)拉應(yīng)力并不是一個(gè)恒定值,由于受施工因素、材料性能及環(huán)境條件的影響,在施工和使用過(guò)程中往往會(huì)逐步減小,預(yù)應(yīng)力筋中這種預(yù)拉應(yīng)力的減小稱為預(yù)應(yīng)力損失。

預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算是預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。但目前的計(jì)算方法還不能精確的計(jì)算預(yù)應(yīng)力的損失,因?yàn)橐痤A(yù)應(yīng)力損失的因素很多,如果都加以考慮,預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算將極其復(fù)雜,基本不可能實(shí)現(xiàn)。所以現(xiàn)在大都在完成板梁初步設(shè)計(jì)以后,按照預(yù)應(yīng)力鋼筋在板梁中的布置形式和預(yù)應(yīng)力的施工工藝,采用我國(guó)“規(guī)范”分項(xiàng)計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失。

2 預(yù)應(yīng)力損失理論

預(yù)應(yīng)力混凝土板梁橋的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算在正常使用極限狀態(tài)計(jì)算下,應(yīng)考慮由下列因素引起的預(yù)應(yīng)力損失[1]:

預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁之間的摩擦σl1,錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮σl2,預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺(tái)座之間的溫差σl3,混凝土的彈性壓縮σl4,預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛σl5,混凝土的收縮和徐變 σl6等。

此外,尚應(yīng)考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋與錨圈口之間的摩擦、臺(tái)座的彈性變形等因素引起的其他預(yù)應(yīng)力損失。

3 減少預(yù)應(yīng)力損失的措施

1)超張拉預(yù)應(yīng)力筋的施工順序。采用超張拉的方法可以有效減少預(yù)應(yīng)力損失,超張拉方法的施工工序?yàn)?→初應(yīng)力0.1σcon→錨固。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制的板梁實(shí)際檢測(cè)以后發(fā)現(xiàn)此工序相當(dāng)有效[2]。

2)不同的張拉方法。張拉方法可分為一端張拉和兩端張拉。對(duì)曲線預(yù)應(yīng)力筋和長(zhǎng)度大于30 m的直線預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)采用兩端張拉。本文的預(yù)應(yīng)力空心板梁長(zhǎng)度為13 m,故采用一端張拉。

3)預(yù)應(yīng)力筋的選擇。選擇不同的預(yù)應(yīng)力筋對(duì)減少板梁預(yù)應(yīng)力損失的效果是不同的,預(yù)應(yīng)力筋由于在持久不變的應(yīng)力作用下,會(huì)產(chǎn)生隨著持續(xù)加荷時(shí)間延長(zhǎng)而不斷增加蠕變,如果把預(yù)應(yīng)力筋張拉到一定值后,將其長(zhǎng)度固定不變,預(yù)應(yīng)力筋中的應(yīng)力會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而減小。目前工程大量使用鋼絞線,經(jīng)實(shí)測(cè)得出鋼絞線應(yīng)力損失能降低Δσl5=2.5%σcon左右。

4)選用高質(zhì)量錨具。目前我國(guó)錨具采用最多的是夾片錨具和墩頭錨具,預(yù)應(yīng)力筋采用鋼絞線時(shí),錨具為夾片式錨具,一般利用鋼絞線回縮帶進(jìn)夾片的自錨式錨具,支持鋼絞線的夾片按楔塊作用原理,在鋼絞線回縮過(guò)程中將其越拉越緊,從而達(dá)到錨固的目的,其回縮值一般為5 mm～6 mm。

5)提高對(duì)混凝土的質(zhì)量要求。為減少混凝土的收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失σl6,應(yīng)減少收縮和徐變變形。采取的措施有:a.采用高等級(jí)的水泥,減少水泥用量,降低水灰比;b.采用級(jí)配較好的骨料,加強(qiáng)振搗,提高混凝土的密實(shí)性;c.加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),張拉前定期澆水養(yǎng)護(hù),以減小混凝土的收縮;d.延長(zhǎng)混凝土的受力時(shí)間,控制混凝土的加荷齡期[2-7]。

6)增加持荷時(shí)間。預(yù)應(yīng)力筋張拉到一定的應(yīng)力值后,將其長(zhǎng)度固定不變,則預(yù)應(yīng)力筋中的應(yīng)力將隨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低,即預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力松弛,而在短時(shí)間內(nèi),用超張拉設(shè)計(jì)初應(yīng)力為5%～10%的應(yīng)力張拉預(yù)應(yīng)力筋,保持2 min～5 min,然后降至設(shè)計(jì)控制應(yīng)力值,可使空心板梁中由預(yù)應(yīng)力筋松弛而引起的應(yīng)力損失減少約40%～50%。因此超張拉時(shí)張拉至1.05σcon時(shí)應(yīng)持荷5 min,以減少預(yù)應(yīng)力損失。

4 工程實(shí)例

江蘇某城市有一新建橋梁,路線與河道中心夾角為95°,橋梁橫斷面分為3個(gè)橋梁。分別為:南人行道、慢車道,簡(jiǎn)稱南橋;快車道,簡(jiǎn)稱中橋;北慢車道、人行道,簡(jiǎn)稱北橋。橋面寬度為45.0 m。橋梁建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)跨徑13 m+13 m+13 m,上部結(jié)構(gòu)為13 m先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁,梁高55 cm。預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用φ 12.70,fpk=1 860 MPa,Ep=1.95×105MPa,松弛率為3.5%。空心板采用強(qiáng)度等級(jí)為C40混凝土,本工程于2007年完成?，F(xiàn)在計(jì)算本工程的預(yù)應(yīng)力損失。估算的損失均是采用了相應(yīng)的控制措施。選用普通鋼筋6φ 12,As=678.58 mm2,采用13根 1×7股鋼絞線Apl=13×98.7=1 283.1 mm2。

計(jì)算結(jié)果匯總于表1。

表1 預(yù)應(yīng)力損失匯總表 MPa

5 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際工程中,引起板梁預(yù)應(yīng)力損失的因素很多,計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失的方法與理論日趨成熟,但想要準(zhǔn)確的計(jì)算損失預(yù)應(yīng)力還是困難的,本文采用規(guī)范規(guī)定的分項(xiàng)法對(duì)各種預(yù)應(yīng)力損失進(jìn)行計(jì)算,并根據(jù)預(yù)應(yīng)力損失的原理提出了幾項(xiàng)控制預(yù)應(yīng)力損失的方法。我們?cè)陬A(yù)應(yīng)力方面的研究還要繼續(xù),更加完善橋梁預(yù)應(yīng)力損失的理論,更好的指導(dǎo)我們的設(shè)計(jì)與施工。

[1] JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 成 強(qiáng),魏莉莉.預(yù)應(yīng)力損失估算及控制措施[J].建筑技術(shù)開發(fā),2003(7):20-23.

[3] 劉立新,胡丹丹.先張法折線形預(yù)應(yīng)力梁鋼絞線摩擦損失試驗(yàn)研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào),2006(12):6-9.

[4] 薛偉辰.現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.

[5] 鄭文忠,王 英.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力損失的近似估算與簡(jiǎn)化計(jì)算[J].工業(yè)建筑,1999(10):5-8.

[6] 寧國(guó)靖.淺述預(yù)應(yīng)力混凝土梁板施工質(zhì)量控制要點(diǎn)[J].山西建筑,2007,33(8):223-224.

[7] 羅天福,郝明芳,李 豪.鋼絞線先張法預(yù)應(yīng)力空心板梁施工與質(zhì)量控制[J].山西建筑,2007,33(4):187-188.