淺談預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力損失

摘 要:眾所周知，預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉到控制應(yīng)力σcon而錨固后，由于種種原因(比如施工工藝，原材料選用不同等)，預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力值會降低而損失，只有通過各階段損失的分析，重新組合扣除全部損失后，才能保留適當(dāng)?shù)挠行?yīng)力。

關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力損失控制應(yīng)力有效應(yīng)力

中圖分類號:U44文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(c)-0044-01

所謂預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，就是在構(gòu)件承受外荷載之前，對混凝土預(yù)先施加壓力，使構(gòu)件截面中產(chǎn)生壓應(yīng)力，使之可以抵消由于外荷載產(chǎn)生的全部或部分拉應(yīng)力。這樣，預(yù)壓應(yīng)力與外荷載引起的應(yīng)力疊加后，可使結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)拉應(yīng)力，或出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力而不致開裂，或雖開裂而寬度甚小，這就是預(yù)應(yīng)力的基本原理。

預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉到控制應(yīng)力σcon而錨固后，由于一些原因預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力值尚會降低，這種現(xiàn)象稱為預(yù)應(yīng)力損失。經(jīng)過各項損失后，預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力值才是有效的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力損失主要有以下幾方面。

1 由于張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮的損失σ11

這項損失發(fā)生在預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉完畢并用錨具加以錨固后拆除張拉設(shè)備那一時刻，因拆除張拉設(shè)備后預(yù)應(yīng)力鋼筋立即回縮，使錨具受到壓縮而變形，鋼筋隨之縮短而造成預(yù)應(yīng)力損失。錨具變形包括錨具材料變形、錨具各組成部件之間的相對滑移、螺帽與墊板間以及墊板與墊板之間的壓實變形等。這項損失僅對張拉端錨具考慮，固定端錨具變形發(fā)生在張拉過程中預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力到達σcon之前，因為不會造成張拉控制應(yīng)力σcon值的降低。這項損失，對于先張法以及后張法構(gòu)件均需考慮。

為了減少σ11值，應(yīng)選擇有效而可靠的錨具，并減少墊板的塊數(shù)。當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼筋的長度越大，則σ11值越小，對于先張法長線臺座生產(chǎn)這項損失就很小。

2 由于預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間摩擦的損失σ12

這項損失發(fā)生在預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉過程中，由于鋼筋與孔道壁之間的摩擦而引起。控制應(yīng)力是在張拉端測定的，此處預(yù)應(yīng)力最大，自張拉端向內(nèi)，因摩擦力逐漸積累，鋼筋的預(yù)應(yīng)力逐漸減少。僅后張法構(gòu)件有這項損失。

為了減小摩擦損失σ12，在設(shè)計時宜盡量減少曲線配筋，預(yù)留孔道直徑應(yīng)比預(yù)應(yīng)力筋直徑大10～15mm，并在孔道轉(zhuǎn)彎處采取一定措施，以減少摩擦影響。在施工時，對于曲線配筋構(gòu)件或長度≥20m的直線配筋構(gòu)件，宜采用一端張拉另一端補拉，或兩端同時張拉或超張拉，以減少摩擦損失。

3 由于預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺座間溫差的損失σ13

先張法在臺座上張拉鋼筋及制作構(gòu)件時，常采用蒸汽養(yǎng)護加速構(gòu)件的制作過程。在加溫過程中，預(yù)應(yīng)力鋼筋溫度升高，但臺座與大地相接，溫度基本不變，于是預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺座間形成溫差。

4 由于預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛的損失σ14

預(yù)應(yīng)力鋼筋中存在著較高的拉應(yīng)力，在其長度不變的情況下，鋼筋的拉應(yīng)力將隨時間的增長而減小，到達一定程度后即趨于穩(wěn)定，應(yīng)力不再降低。這種鋼筋長度不變而應(yīng)力降低的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力松弛。這項預(yù)應(yīng)力損失，對于先張法構(gòu)件以及后張法構(gòu)件都有。當(dāng)為先張法構(gòu)件時，預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉而錨固于構(gòu)件上后，預(yù)應(yīng)力鋼筋隨即發(fā)生應(yīng)力松弛;構(gòu)件支撐后預(yù)應(yīng)力鋼筋依靠粘結(jié)力錨固于構(gòu)件上后，亦繼續(xù)有一定的應(yīng)力松弛。對于后張法構(gòu)件，自鋼筋張拉而錨固在構(gòu)件上以后，鋼筋中的應(yīng)力亦會松弛。

試驗研究表明，應(yīng)力松弛的發(fā)展過程具有下述特點。鋼筋張拉后的第一個小時內(nèi)，松弛損失可達全部松弛損失50%左右。而前兩分鐘內(nèi)可完成其中的大部分;24小時后可達80%左右;以后發(fā)展逐漸緩慢，約一個月后接近穩(wěn)定。因此，可以采用超張拉的辦法減小松弛損失。主要就是先超過規(guī)定的控制應(yīng)力σcon而張拉，使鋼筋暫時處于更高的應(yīng)力狀態(tài)，這樣松弛損失的總值就大;其次持荷兩分鐘，使相當(dāng)一部分的應(yīng)力松弛預(yù)先發(fā)生，即發(fā)生在預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固之前;最后使鋼筋應(yīng)力為σcon，并將鋼筋錨固。這樣鋼筋錨固后，松弛損失的總值就減小了。

從實驗資料可知，鋼絞線的松弛率遠大于單根鋼絲的松弛率，這是因為鋼絞線除應(yīng)力松弛外尚有構(gòu)造松弛。為了減少鋼絞線的構(gòu)造變形和應(yīng)力松弛的損失，鋼絞線在張拉前，需經(jīng)預(yù)拉，預(yù)拉應(yīng)力值可采用鋼絞線抗拉強度的85%，拉至規(guī)定應(yīng)力后，應(yīng)保持5-10分鐘，然后再予以放松。

5 由于混凝土的收縮和徐變的損失σ15

混凝土在凝結(jié)過程中的收縮以及在預(yù)應(yīng)壓力作用下的徐變，都會使構(gòu)件縮短，預(yù)應(yīng)力鋼筋受到壓縮，從而鋼筋中的拉應(yīng)力有所降低。

混凝土收縮的發(fā)展過程是初期快而后期慢，要持續(xù)若干年。收縮值的大小與水灰比和水泥用量有關(guān)，也與環(huán)境的濕度有關(guān)。混凝土總的收縮應(yīng)變一般在0.0002-0.0005之間。對于先張法構(gòu)件，在從臺座上或鋼模上放松預(yù)應(yīng)力鋼筋以前，混凝土的收縮已發(fā)生相當(dāng)一部分;而對于后張法構(gòu)件，在張拉及錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋以前，混凝土的收縮已發(fā)生相當(dāng)大一部分，因此收縮損失還要小。

混凝土收縮和徐變所引起的預(yù)應(yīng)力損失，其值較大，在總損失中占相當(dāng)比例。為了減少這項損失，施加預(yù)應(yīng)力時，混凝土立方體抗壓強度f′cu不宜低于設(shè)計的混凝土強度等級的75%。

還可采取下述一些措施以減少這項損失;采用高標(biāo)號水泥，減少水泥用量;減小水灰比，采用干硬性混凝土;采用級配好的骨料;加強振搗;加強養(yǎng)護。

預(yù)應(yīng)力損失的分階段組合:

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的計算，一般須考慮三個階段:制作、運輸?shù)跹b和使用階段。每個階段的計算，所應(yīng)考慮的預(yù)應(yīng)力的損失值不同。于是將預(yù)應(yīng)力損失分為兩批，第一批為混凝土預(yù)壓前的損失，第二批為混凝土預(yù)壓后的損失。按制作和運輸?shù)跹b階段計算預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時，只考慮第一批損失;按使用階段計算構(gòu)件時，兩批損失都考慮。

如表1所示。

對于后張法構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力損失σ12是由于預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間摩擦所引起的損失;對于先張法構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力損失σ12是由于預(yù)應(yīng)力鋼筋在轉(zhuǎn)向裝置處的摩擦所引起。

對于先張法構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力鋼筋的松弛度損失歸屬第一批損失。實際上，預(yù)應(yīng)力鋼筋被放松而混凝土受到預(yù)壓后，松弛損失還繼續(xù)發(fā)生，所以松弛損失總值σ14在混凝土預(yù)壓前及預(yù)壓后各發(fā)生一部分。

總之，影響預(yù)應(yīng)力損失值的因素頗多，情況復(fù)雜，難以很準(zhǔn)確的求得其數(shù)值。因此為了安全可靠起見，對損失總值做了最低限制的規(guī)定。當(dāng)計算求得的預(yù)應(yīng)力總損失值小于下列數(shù)值時，可按下列數(shù)值取用。先張法構(gòu)件100N/mm2;后張法構(gòu)件80N/mm2。可以看出，損失總值是比較大的。所以預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)采用較高強度或高強度的鋼筋，采用可能的較大控制應(yīng)力，這樣扣除全部損失后，才能保留適當(dāng)?shù)挠行ьA(yù)應(yīng)力。