探究預應力混凝土T梁的預應力損失

摘要 預應力混凝土組合T梁是一種簡支T型梁結構，具有吊裝重量輕、施工簡單及投入設備少等特點，對軟基中沉降量較大的橋梁較為合適，預應力混凝土是指在結構受外荷載之前，先對混凝土預加應力，人為的事先對結構造成一種應力狀態，使之可以抵消由于外荷載產生的全部或部分拉應力。但是在預應力混凝土T梁的建設中，會產生一定的預應力損失，對橋梁建設的質量產生著一定的影響，因此必須了解混凝土預應力損失的主要原因，并能夠將損失的預應力計算出來，保證橋梁建設的順利進行。

關鍵詞 預應力 混凝土 T梁 預應力損失

引言

預應力混凝土組合T型梁是一種簡支T型梁結構，具有吊裝重量輕、施工簡單、投入設備少等特點。預應力混凝土構件是它在承受外荷載前，以人工方法使構件混凝土產生壓應力，并能長久地存在著。預應力損失的大小影響到已建立的預應力，當然也影響到結構的工作性能，因此，如何計算預應力損失值，是預應力混凝土結構設計的一個重要內容。引起預應力損失的原因很多，而且許多因素相互制約、影響，精確計算十分困難。

1.工程概況

芭蕉鄉小河村位于恩施市芭蕉鄉，屬恩施州水布埡水庫庫區范圍，水布埡水庫蓄水后，小河水位上漲，淹沒了跨河漫水橋，完全阻礙了小河兩岸村民的交通，清江水布埡水電站庫區交通復建恩施市小河橋及接線工程建設已勢在必行。橋址位于小河下游河段，橋址區小河河床高程381～383m。工程區位于該向斜的南西翼近核部處。區域斷裂構造有建始-恩施斷裂及咸豐斷裂。橋位區內構造較簡單，為一單斜構造，橋址未發現斷層通過。據地表工程地質測繪，巖層產狀312°∠46°橋梁全長91，橋梁全寬為7米，上構采用4-20米的裝配式后張法預應力混凝土T梁，橫向由3片梁組成，中梁1片，邊板2塊，梁高為1.5米。上構采用交通部專家委員會編制的《公路橋梁通用圖》。橋面鋪裝層采用10-15cm厚的C50防水混凝土。橋臺采用U型橋臺、擴大基礎；橋墩采用雙柱式墩、樁基礎。墩身直徑為1.2米，樁基頂部橫系梁高度為1.2米，樁基為直徑為1.4米。

2. 預應力混凝土T梁的預應力損失

2.1混凝土彈性壓縮引起的預應力損失

2.1.1概述

預應力混凝土構件受到預壓力后，就會立刻產生一種彈性壓縮應變，此時已與混凝土構件共同作用的預應力筋，會產生與相應位置處混凝土一樣的壓縮應變，因此產生產生預應力損失，這種應力損失稱為混凝土彈性壓縮損失。

3.1.2計算

后張法梁當采用分批張拉時，先張拉的鋼束由于張拉后批鋼束產生的混凝土彈性壓縮引起的應力損失，根據JTG D62-2004第6.2.5條規定，計算公式為：

式中：—在先張拉鋼束重心處，由后張拉各批鋼束而產生的混凝土法向應力，可按下式計算：

其中：，—分別為鋼束錨固時預加的縱向力和彎矩，

—計算截面上鋼束重心到截面凈軸的距離，

本設計采用逐根張拉，張拉順序為N4，N3，N2，1N。計算時從最后張拉

的一束逐步向前推進。

2.2混凝土收縮和徐變引起的預應力損失

2.2.1概述

混凝土的收縮是指混凝土體內水泥凝膠體中游離水蒸發而使本身體積縮小的一種物理化學現象，它是一種不依賴于荷載而與時間、氣候等因素有關的干燥變形。混凝土的收縮應變值超過其軸心受拉峰值應變（）的 3～5 倍，成為其內部微裂縫和外表宏觀裂縫發展的主要原因。混凝土的徐變是指在持續荷載作用下，混凝土結構變形將隨時間增長而不斷增加的現象。徐變在加載初期發展較快，而后逐漸減慢，其延續時間可達數十年。混凝土結構在受拉、受壓、受彎時都會產生徐變，并且最終趨于收斂的極限徐變變形一般要比瞬時彈性變形大 1～3 倍。因此，在混凝土結構設計中混凝土收縮和徐變引起的預應力損失是引起橋梁預應力損失的一個重要原因。

2.2.2計算

按JTG D62-2004第6.2.7條規定，由混凝土收縮和徐變引起的應力損失可按下式計算：

式中：—全部鋼束重心處由混凝土收縮、徐變引起的預應力損失值；

—鋼束錨固時，全部鋼束重心處重心處由預加應力（扣除相應階段的應力損失）產生的混凝土法向應力，并根據張拉受力情況，考慮主梁重力影響；

—配筋率，；

—本設計為鋼束錨固時相應的凈截面面積；

—本設計即為鋼束群重心至截面凈軸的距離；

—截面回轉半徑，本設計為；

—加載齡期為、計算齡期為時的混凝土徐變系數；

—加載齡期為、計算齡期為時的收縮系數；

（1） 徐變系數終極值和收縮應變終極值的計算

構件理論厚度計算公式為：

式中：—主梁混凝土截面面積；

—與大氣接觸的截面周邊長度。

本設計考慮混凝土收縮和徐變大部分在成橋之前完成，和均采用預制梁的數據。對于混凝土毛截面，四分點和跨中截面上述數據完全相同，即：

故： cm

設混凝土收縮和徐變在野外一般條件（相對濕度為75%）下完成，受荷時混凝土加載齡期為20d。

按上述條件，查JTG D62-2004表6.2.7得到=1.85，

（2） 計算

預加力：kN

鋼筋重心處混凝土應力：

MPa

，

收縮、徐變應力損失終極值：

MPa

2.3 混凝土彈性壓縮所引起的預應力損失

先張法構件的鋼束張拉，與對混凝土施加預加壓力時，是先后完全分開的兩個工序，當鋼筋束被松弛，混凝土所產生的全部彈性壓縮應變，將引起筋束的預應力損失。

2.4張拉控制應力引起的預應力損失

張拉控制應力的取值，直接影響預應力混凝土的使用效果。假如張拉控制應力取值過低，則預應力鋼筋經過幾種損失后對混凝土產生的預壓力過小，不能有效提高預應力混凝土構件的抗裂度和剛度。

2.5鋼筋松弛（變形）引起的預應力損失

鋼筋在持久不變的應力作用下，會產生隨持續加荷時間延長而增加的徐變變形；鋼筋在一定拉應力值下，將其長度固定不變，則鋼筋中的應力將隨時間延長而降低，詞現象稱為鋼筋的松弛。鋼筋初拉應力越高，其應力松弛越厲害。鋼筋松弛量的大小主要與鋼筋的品質有關，熱扎鋼筋的松弛小于碳素鋼絲的松弛。鋼筋松弛與時間以及溫度有關，初期發展最快，以后漸趨穩定，且隨溫度升高而增加。

2.6預應力鋼筋與孔道間壁之間的摩擦引起的預應力損失

摩擦主要有兩種：彎道引起的摩擦力和管道偏差引起的摩擦力。張拉曲線鋼筋時，由于預應力鋼筋和孔壁之間的法向正應力引起摩擦阻力；預留孔道施工中某些發生凹凸不平，偏離設計位置，張拉鋼筋時，預應力鋼筋與孔道壁之間產生法向正應力引起摩阻力。會導致預應力損失。

2.7熱養護損失

為縮短先張法構件的生產周期，常采用蒸汽養護加快混凝土的凝結硬化。混凝土加熱養護時，受張拉的鋼筋與承受拉力的設備之間溫差引起預應力損失。

升溫時，新澆混凝土尚未結硬，鋼筋受熱膨脹，但張拉預應力筋的臺座是固定不動的，亦即鋼筋長度不變，因此預應力筋中的應力隨溫度的增高而降低，產生預應力損失sl3。降溫時，混凝土達到了一定的強度，與預應力筋之間已具有粘結作用，兩者共同回縮，已產生預應力損失sl3無法恢復。

設養護升溫后，預應力筋與臺座的溫差為Δt ℃，取鋼筋的溫度膨脹系數為1×10-5/℃，則有，

減少此項損失的措施：采用兩次升溫，先常溫養護至混凝土強度達到一定等級，然后再升溫；鋼模上張拉。

2.5預應力損失的組合

預應力混凝土構件從預加應力開始即需要進行計算，而預應力損失是分批發生的。因此，應根據計算需要，考慮相應階段所產生的預應力損失。

⑴混凝土預壓前完成的損失slI；

⑵混凝土預壓后完成的損失slII。

根據上述預應力損失發生時間先后關系，具體組合見表。

結語

由于最終穩定后的應力值才對構件產生實際的預應力效果。因此，預應力損失是預應力混凝土結構設計和施工中的一個關鍵的問題。預應力損失的大小影響建立的有效預應力的大小，過高或過低估計預應力損失，都會對結構的使用性能產生不利影響，進而影響整個構件乃至整個結構的性能。除混凝土原因產生的預應力損失以外，錨固損失、摩擦損失、松弛損失都對預應力損失產生一定的影響。在今后的橋梁建設中，還要不斷的注重對預應力損失的研究，保證橋梁施工安全以及質量。

參考文獻

[1]張利梅.趙順波.黃承逵.預應力高強混凝土梁抗裂度和裂縫寬度試驗研究[J].建筑結構.2004年08期.

[2]張利梅.高效預應力混凝土梁受力性能及延性研究[D].大連理工大學.2004年（07）.4-6.