后張法預(yù)應(yīng)力損失研究和控制總結(jié)

張立輝

（中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 青島 266061）

0 前言

麗攀高速公路（四川段）C4 合同段，路線(xiàn)全長(zhǎng)6.84Km，管段內(nèi)有特大橋2 座、大橋7 座、中橋5 座，橋梁全長(zhǎng)4029.35 米，占全線(xiàn)總長(zhǎng)度的58.9%。橋梁上部結(jié)構(gòu)主要采用后張法預(yù)制梁——預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支小箱梁和預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支T 梁。其中：20m 小箱梁250 片、30mT 梁1171 片。大量的后張法預(yù)制梁施工是本項(xiàng)目的施工重點(diǎn)，而預(yù)應(yīng)力的有效施加是預(yù)制梁施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

眾所周知，預(yù)應(yīng)力的使用不僅解決了普通鋼筋混凝土的抗裂性差的問(wèn)題，還大大減小了構(gòu)件截面積，降低了工程造價(jià)，提高了構(gòu)件的剛度，增強(qiáng)了構(gòu)件的抗裂性，使大跨度成為了現(xiàn)實(shí)，提高了安全系數(shù)。預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)中，由于使用功能上的需要，大多數(shù)預(yù)應(yīng)力筋需要布置成空間曲線(xiàn)狀。不論直線(xiàn)還是曲線(xiàn)布筋，精確的預(yù)應(yīng)力施工才是關(guān)鍵。

但是，由于施工因素、材料性能及環(huán)境條件的影響等，引起了預(yù)應(yīng)力的種種損失，使構(gòu)件在使用荷載下的性能（變形、開(kāi)裂荷載、反拱）和設(shè)計(jì)相差甚遠(yuǎn)，造成因預(yù)應(yīng)力不可靠引起的種種工程病害——耐久性降低、底板開(kāi)裂、持續(xù)下?lián)稀⒙访骈_(kāi)裂等，嚴(yán)重的影響力預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的使用性能。因此準(zhǔn)確估算鋼束預(yù)應(yīng)力的損失并設(shè)法減少預(yù)應(yīng)力的損失對(duì)構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)和減小病害具有非常重要的意義。

1 引起預(yù)應(yīng)力損失的因素及減少損失的措施

1.1 由于施工設(shè)備和組件引起的預(yù)應(yīng)力損失

一是由于夾具本身的自鎖和自錨能力差，錐銷(xiāo)的強(qiáng)度、硬度小于預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度和硬度，從而引起預(yù)應(yīng)力的損失；二是錨具變形和拼裝構(gòu)件的接縫壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失；三是長(zhǎng)時(shí)間、高頻率的使用設(shè)備引起千斤頂漏油、無(wú)法持荷，難以達(dá)到要求的控制力引起的預(yù)應(yīng)力損失；四是油表受外力或受潮、熱過(guò)度，導(dǎo)致油表和千斤頂對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)生變化產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。

減小此類(lèi)損失的方法是：（1）選用強(qiáng)度大，自身和自錨能力均好的夾具，同時(shí)應(yīng)使錐銷(xiāo)的強(qiáng)硬度大于預(yù)應(yīng)力筋的強(qiáng)硬度；（2）選擇錨具變形小或預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮小的錨具、夾片，并對(duì)使用的工具構(gòu)件及時(shí)維護(hù)；（3）設(shè)備必須經(jīng)過(guò)鑒定，并有備用油表，使用過(guò)程中要及時(shí)維護(hù)，出現(xiàn)異常必須重新標(biāo)定。

表1 錨具變形、鋼筋回縮和拼裝構(gòu)件的接縫壓縮參考值

1.2 由于混凝土材料引起的預(yù)應(yīng)力損失

一是由于混凝土的強(qiáng)度不高，導(dǎo)致張拉面混凝土變形大從而引起預(yù)應(yīng)力損失；二是由于混凝土自身收縮徐變的特征，在混凝土收縮徐變過(guò)大時(shí)引起的預(yù)應(yīng)力損失。

減少此類(lèi)損失的方法是：（1）保證混凝土的張拉強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)，振搗密室，減少?gòu)埨婊炷磷冃瘟浚唬?）采用高標(biāo)號(hào)水泥，降低水灰比，采用級(jí)配好的骨料，提高混凝土的密實(shí)性，從而減少混凝土的收縮徐變。

由混凝土收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力損失：

σs＝[nyσhψ(∞，t)+Eyε(∞，t)]/(1+10μPA)

ny——預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量Ey 與混凝土彈性模量Eh 的比值；

σh——在計(jì)算截面上全部受力鋼筋重心除由預(yù)加應(yīng)力產(chǎn)生的砼法向應(yīng)力；

ψ(∞，τ)——加載齡期為t 時(shí)砼的徐變系數(shù)；

ε(∞，τ)——自砼齡期t 開(kāi)始的收縮應(yīng)變終值；

μ——配筋率；

A——構(gòu)件截面面積。

1.3 由于張拉回縮錨固引起的預(yù)應(yīng)力損失

張拉錨固應(yīng)力直接直接影響預(yù)應(yīng)力混凝土的使用效果，假若錨固應(yīng)力不夠，則預(yù)應(yīng)力鋼筋經(jīng)過(guò)幾種損失后對(duì)混凝土的預(yù)壓應(yīng)力過(guò)小，不能有效的保證預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗裂度和剛度。

減小此類(lèi)損失的方法是：（1）咨詢(xún)錨具廠家該錨具的回縮量是多少；（2）實(shí)際操作仔細(xì)量測(cè)錨固回縮量的大小，并把此回縮量加到控制伸長(zhǎng)量之中。或可參考1.1 表中數(shù)據(jù)。

1.4 由于溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失

混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫度為t2，預(yù)應(yīng)力鋼筋溫度為t1，張拉時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋溫度由t1 上升到t2，此時(shí)鋼筋還沒(méi)有和混凝土黏結(jié)，可以在孔道內(nèi)自由變形，使鋼筋產(chǎn)生溫差變形△＝a×(t2-t1)×L。注漿后，鋼筋和混凝土已經(jīng)黏結(jié)在一起，因養(yǎng)護(hù)升溫所降低的應(yīng)力已經(jīng)不可恢復(fù)，于是形成溫差應(yīng)力損失。

減小此損失的方法是：鋼筋隨構(gòu)件養(yǎng)護(hù)，避免產(chǎn)生溫差和及早注漿。

設(shè)養(yǎng)護(hù)升溫后，預(yù)應(yīng)力筋與混凝土之間的溫差為Δt℃，取鋼筋的溫度膨脹系數(shù)為1×10-5/℃，則有：

σl3＝1×10-5EsΔt=1×10-5×2×105×Δt＝2Δt

1.5 由于鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失

鋼筋在持久不變的應(yīng)力作用下，會(huì)產(chǎn)生隨持續(xù)加荷時(shí)間延長(zhǎng)而增加徐變變形；鋼筋在一定拉應(yīng)力下，將其長(zhǎng)度固定不變，則鋼筋中的應(yīng)力將隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低，以上成為鋼筋的松弛。

減小此類(lèi)損失的方法是：進(jìn)行超張拉，先控制張拉應(yīng)力為1.05～1.1σ，持續(xù)荷載2～5min 后卸掉荷載，再施加張拉應(yīng)力至σ；盡早注漿，減少其松弛、徐變的時(shí)間。

表2 由預(yù)應(yīng)力鋼筋的松弛引起的應(yīng)力損失的終極值

1.6 張拉工藝引起的預(yù)應(yīng)力損失

預(yù)應(yīng)力鋼筋單端張拉，張拉應(yīng)力不足引起的預(yù)應(yīng)力損失；后張預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力鋼筋采用分批張拉時(shí)，先張拉端鋼筋由于張拉后批鋼筋所產(chǎn)生的混凝土的彈性壓縮引起的應(yīng)力損失。

Σs＝nyΣ△σh1

ny——預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土彈性模量比；

Σ△σh1——在先張拉鋼筋重心處，由后張拉各批鋼筋而產(chǎn)生的混凝土法向應(yīng)力；

2 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目的預(yù)應(yīng)力張拉施工經(jīng)過(guò)以上6個(gè)方面的預(yù)控，現(xiàn)場(chǎng)施工中各項(xiàng)張拉數(shù)據(jù)和指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。嚴(yán)格的質(zhì)量控制和優(yōu)良的施工質(zhì)量受到上級(jí)單位的多次表彰，其中花山特大橋被評(píng)為2014年度“鐵建杯”優(yōu)質(zhì)工程。

除以上各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失之外的其他預(yù)應(yīng)力損失，對(duì)不同錨具、不同施工工法，可能存在的其他應(yīng)力損失，應(yīng)按具體條件，決定是否考慮其影響。

［1］GB50010-2002 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

［2］預(yù)應(yīng)力工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

［3］預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)理論與應(yīng)用中國(guó)建筑[M]工業(yè)出版社.

［4］JTGD-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].人民交通出版社.