預(yù)應(yīng)力混凝土梁施工的應(yīng)力損失及控制

劉莉

（中鐵四局集團(tuán)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(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）中均要求對(duì)應(yīng)力管理采用伸長(zhǎng)值管理法，規(guī)定預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量不得超過(guò)計(jì)算值的±6%。

在施工中，對(duì)錨固控制應(yīng)力的監(jiān)控是通過(guò)油表讀數(shù)及伸長(zhǎng)值進(jìn)行雙控，但對(duì)于各種預(yù)應(yīng)力損失的監(jiān)控，由于在現(xiàn)場(chǎng)施工中沒(méi)有量化的控制手段，因此，只能從改進(jìn)施工工藝、改善施工方法及控制混凝土品質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 原因分析及控制措施

2.1 預(yù)應(yīng)力筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失

在高拉應(yīng)力作用下由于金屬內(nèi)部位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)使一部分彈性變形轉(zhuǎn)化為塑性變形，在預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度保持不變的條件下，鋼材的應(yīng)力隨時(shí)間的增加而降低。預(yù)應(yīng)力筋松弛初期發(fā)展較快，1個(gè)月后就趨近穩(wěn)定。同時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋松弛率與材質(zhì)成分、加工方法及初應(yīng)力大小及持續(xù)時(shí)間有關(guān)，初應(yīng)力大，松弛損失也大，初應(yīng)力小，松弛損失也小，一般當(dāng)初應(yīng)力小于鋼筋極度限強(qiáng)度50%時(shí)，松弛率可以忽略不計(jì)。另外，松弛率隨溫度升高，預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力損失也會(huì)急劇增加。

根據(jù)力筋松弛產(chǎn)生的機(jī)理和決定力筋松弛的因素，一般可從以下幾方面來(lái)控制由預(yù)應(yīng)力筋松弛引起的應(yīng)力損失。

2.1.1 采用高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力筋。低松弛鋼絲及低松弛鋼鉸線均經(jīng)過(guò)特殊處理，從而使其在恒應(yīng)力下抵抗位錯(cuò)轉(zhuǎn)移的能力大為提高，達(dá)到穩(wěn)定化。目前，在設(shè)計(jì)和施工中，已廣泛采用高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力筋，其松弛損失可減少70%。

2.1.2 對(duì)于高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線使用前應(yīng)預(yù)拉，以減少其松弛損失。從有關(guān)試驗(yàn)資料可以看出，鋼絞線的松弛率遠(yuǎn)比鋼絲大因此，鋼絞線在正式使用前應(yīng)進(jìn)行預(yù)張拉，以減少其松弛損失。預(yù)拉時(shí)，預(yù)拉應(yīng)力采用0.80Ryj，持續(xù)時(shí)間不少于5min。

2.1.4 后張法施加預(yù)應(yīng)力后應(yīng)盡早壓漿。壓漿的主要目的是通過(guò)凝結(jié)后的水泥漿將預(yù)應(yīng)力傳至混凝土，并防止預(yù)應(yīng)力筋銹蝕，同時(shí)及早壓漿亦可早防止預(yù)應(yīng)力筋的松弛。

2.1.5 先張法宜先張拉預(yù)應(yīng)力筋至0.8σk～0.9σk后，綁扎普通鋼筋及立模，再補(bǔ)張預(yù)應(yīng)力筋至σk，最后及時(shí)澆筑混凝土。

2.2 后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道間的磨擦引起的應(yīng)力損失

管道摩擦損失是指預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失，包括長(zhǎng)度效應(yīng)和曲率效應(yīng)引起的損失。長(zhǎng)度效應(yīng)是由于孔道局部位置偏移使預(yù)應(yīng)力筋刮碰孔道引起的。曲率效應(yīng)是由于預(yù)應(yīng)力筋與彎曲孔道壁之間的摩擦引起的。

對(duì)于多種曲率或直線與曲線組成的孔道，應(yīng)分段計(jì)算孔道摩擦損失，較為準(zhǔn)確。在施工中為減少孔道摩擦引起的應(yīng)力損失，主要采取以下幾種措施。

2.2.1 改善預(yù)留孔道質(zhì)量。首先要準(zhǔn)確布設(shè)預(yù)留孔道的定位網(wǎng)位置，保證孔道本身無(wú)局部彎曲；同時(shí)在預(yù)埋錨墊板時(shí)，要確保端部錨墊板與孔道垂直，防止預(yù)應(yīng)力筋緊貼孔壁而增大摩擦力。另外，還要保證預(yù)留孔不漏漿，在混凝土振搗時(shí)，插入式振動(dòng)棒不能觸及成孔所用的波紋管或橡膠管，防止其位置錯(cuò)動(dòng)。

2.2.2 采取兩端同步張拉工藝。

2.2.3 采用潤(rùn)滑劑。對(duì)曲線半徑小，曲線段弧度大的孔道，預(yù)應(yīng)力損失往往很大，在施工中可采用在預(yù)應(yīng)力筋表面涂刷肥皂液，復(fù)合鈣基脂加石墨等潤(rùn)滑劑，以減小摩擦引起的應(yīng)力損失。對(duì)于有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，潤(rùn)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(yù)應(yīng)力筋松弛損失的超張拉結(jié)合起來(lái)。

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

3 混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失

在施工中主要通過(guò)以下方法來(lái)減小混凝土壓縮引起的應(yīng)力損失。

3.1 事先計(jì)算分批張拉時(shí)的預(yù)應(yīng)力損失值，分別加在先張拉鋼筋的控制應(yīng)力值上，這種處理方案在理論上是很好的，但由于每根（束）預(yù)應(yīng)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(fù)拉補(bǔ)足，這種措施增加張拉作業(yè)量。在實(shí)際施工時(shí)，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(nèi)。

3.2 改善混凝土品質(zhì)，延長(zhǎng)張拉前混凝土齡期。骨料品質(zhì)對(duì)混凝土的彈性模量影響較大，因此施工中應(yīng)選用具有高彈性模量，質(zhì)地細(xì)密的粗骨料，同時(shí)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(shí)應(yīng)選用引氣量小的品種。

單純提高混凝土抗壓強(qiáng)度，往往達(dá)不到預(yù)期的提高彈性模量的目的。因此，施工中可以在混凝土強(qiáng)度滿足張拉要求后，延長(zhǎng)張拉前混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)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(yīng)力損失

減小錨頭變形、鋼筋回縮引起的應(yīng)力損失除超張拉外，在施工中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)錨具、夾片的質(zhì)量檢測(cè)工作，確保硬度符合正常標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，在安裝工藝上應(yīng)保持夾片干凈，且夾片在孔內(nèi)平整。

5 混凝土收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失

影響混凝土收縮的重要因素是用水量與含氣量。混凝土的徐變主要與混凝土預(yù)壓應(yīng)力和加載時(shí)混凝土強(qiáng)度密切相關(guān)，同時(shí)施加預(yù)應(yīng)力的混凝土齡期對(duì)徐變損失影響也較大。從有關(guān)資料查明，施加預(yù)應(yīng)力時(shí)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(chǎn)生的機(jī)理，在施工中應(yīng)采取必要的措施來(lái)減少由于其收縮及徐變引起的應(yīng)力損失，主要措施有如下。

5.1 在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，宜選用高標(biāo)號(hào)普通硅酸鹽水泥，在保證混凝土R28 強(qiáng)度的情況下，水泥用量不宜過(guò)大；同時(shí)摻加外加劑，減小水灰比，選用質(zhì)地優(yōu)良的粗細(xì)骨料。

5.2 在混凝土施工中應(yīng)加強(qiáng)混凝土的振搗，同時(shí)加強(qiáng)混凝土的灑水養(yǎng)護(hù)工作，保證混凝土在濕度大的情況下硬化。試驗(yàn)證明，混凝土在水中產(chǎn)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(duì)于已經(jīng)成型的混凝土梁應(yīng)盡早安裝架設(shè)，并施加二期恒載。

[1]林太珍,饒斌等.高效預(yù)應(yīng)力混凝土工程實(shí)踐[M]，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1993.

[2]張貴先譯.預(yù)應(yīng)力混凝土公路橋施工手冊(cè)[M]，北京：人民交通出版社，1988.