大跨徑連續梁施工過程中預應力損失分析

任 慧

(山西交通科學研究院集團有限公司，山西 太原 030006)

1 預應力筋與孔道壁之間摩擦引起的預應力損失

通過后張法預應力對混凝土展開施工的過程中，進行雙向張拉的時候，因為預應力出現在管道壁會形成較大摩擦力，進而就會使預應力筋中產生的預應力造成張拉端相對更高，而中間部分緩慢變小的現場產生。上述這種因為摩擦而形成的預應力損失可以直接用下述觀點來進行描述：在鋼筋中的各個兩個截面中對應應力之間的差直接等于這兩點間產生的摩擦預應力損失。

因為預應力鋼筋普遍是通過曲線與直線兩端組合而成，因此在實際張拉環節內，摩擦形成的預應力損失是指孔道壁間與鋼筋間相互接觸產生的豎向壓力。由于材料在相同環境中其對應的摩擦系數變化相對更小，也可以直接看做是常數，所以該常數能夠直接對摩擦力大小產生作用，并形成豎向壓力。當屬于曲線段時，其對應的摩擦阻力將明顯高于直線段，產生這種現象的原因也正是因為孔壁摩擦與預應力筋摩擦損失。

當針對曲線分段摩擦阻力展開計算的過程中，若此時假設孔道壁與預應力筋兩者完全接觸，選擇單位dl為主要分析對象，那么該對象對應的彎曲角則是dθ，此時曲線半徑則是R1，若摩擦系數μ，那么可以得出下列公式。

dl=R1dθ

豎直方向的彎道壁徑與鋼筋間形成的壓力可以用如下公式表示

dP1≈Ndθ

那么對應的摩擦力則是

dF1=μNdθ

式中：N為預應力筋對應的張拉力;P1為單位長度之中彎道內壁與預應力筋兩者間形成的徑向壓力;F1為單位長度中彎道內壁與預應力間二者形成的摩擦力。

由于管道偏差形成的作用，所以可以直接帶入張拉邊界條件，即θ=θ0=0，l=l0=0，通過大量轉化與換算能夠得出摩擦力損失σl1即

σl1=σk·[1-e-(μθ+kx)]

式中：σk為錨下張拉控制對應的應力；Θ為曲線包角；x為根據張拉端到管道長度上對應的投影長度；K為管道中每米對應長度與局部偏差對整個摩擦產生的影響系數。

孔道壁與預應力間摩擦產生的預應力損失理論值比實測值更小。在具體施工過程中能夠運用下面方式降低預應力產生的損失：在預應力表面涂潤滑劑、使用超張拉程序以及兩端張拉的手法，如此能夠防止預應力筋生銹進而產生的摩擦力上升，該方式在實際工程中已經獲得了較好效果。

同時孔道壁與預應力筋形成的摩擦預應力損失還應該考慮折線部分。在對上述內容展開論述的過程中，能夠發現孔道壁與預應力筋摩擦產生的預應力損失需要根據管道長度與曲線包角兩個因素來決定，因此對這兩個因素進行控制，能夠將預應力控制在一個固定范圍內。

2 預應力筋和臺座間溫差引起的預應力損失

通過先張法預應力混凝土結構展開施工的過程中，如果使用蒸汽等對混凝土進行養護，那么混凝土與鋼筋在開始結合的時候極有可能形成變形，所以必須保證鋼筋與混凝土之間存在一個較大的溫差。

按照相關部門提出的法規展開計算，能夠得出下列公式

Δlt=α·(t2-t1)·l

式中：Δlt為鋼筋溫差產生的變形；α為鋼筋線對應的膨脹系數，在大多數情況下取一般取1×10-5；l為鋼筋對應的有效長度；t1為張拉過程中的溫度；t2為養護過程中的溫度。

在混凝土養護過程中，如果張拉筋與混凝土兩者處于一同受熱的狀態，那么預應力鋼筋伸長的幅度將與混凝土保持相同，此時不用考慮因為張拉筋本身約束產生的預應力鋼筋縮進，不然將需要展開相關計算。

因為溫差產生的預應力損失計算相關公式為：σ=α·E(t2-t1)·K，該公式內E表示的含義為鋼筋彈性模量，而K對應的含義則是生產構件的工藝因素系數。

在針對預應力鋼絞線混凝土構件與筋構件兩部分對應的K以及σ展開測定。隨后在實驗過程中得到兩種不同尺寸的預應力混凝土試件，每一組中都有四塊，其中第一組設定的溫度一直不變，為85°，同時鋼筋也需要固定在臺座擋板上，不能移動位置。第二組在制作工程中將使用一個溫度調節系統，保證其中溫度會按照需要上升，同時也能夠檢測得到張拉筋對應的預應力。在溫度不斷變化時，都需要使用拉伸鋼筋的方式，保證其一直為初始應力，如此溫差將不會對鋼筋應力產生作用。

因為溫差的最終實際應力損失將于計算有著較為明顯的差距，因此在針對應力損失展開計算的過程中，一定要注意大量不同的因素，而上述因素也將因為時間的變化，對最終應力狀態產生作用，使最終呈現出的效果并不是一個非線性效果。

4 預應力筋松弛引起的預應力損失

預應力筋于長久的作用之下，因為應力的作用將導致本鋼筋伴隨時間演變而發生金屬蠕變，最為明顯的體現就是現有預應力筋于特定拉應力的影響下，其長度不會發生變化，但筋束當中的應力會因為時間的演變而不斷減小，也就是我們說的鋼筋變松所導致的應力丟失。

此類預應力筋往往具有下列特征。

(1)鋼筋于開始張拉時其初始應力越大，它的應力變松程度就會越大，當初始應力低于鋼筋最大強度的1/2時，其變松程度極小，完全可以忽略不計；

(2)鋼筋的變松程度同采用鋼筋的質量息息相關，通常情況下，低檢馳度的數值小于正常檢馳度鋼筋的1/3；

(3)鋼筋變松同時間有很大聯系，一般早期時間變化很快，24 h就可以達到其數值的1/2，后其就會趨向穩定；

(4)應用超張拉模式，同時維護數分鐘之后，再將其減小到設計規定數值，就能讓檢馳量降低大約1/2；

(5)鋼筋變松程度會由于溫度上升而增大。

依據相關的要求與標準，本段鋼筋變松所導致的應力丟失能夠依據σl5=k·σk運算得出，公式當中k值會因為鋼筋各類的差別而所有變化：通常情況下，針對冷拉粗鋼筋進一次性張拉其數值可使用0.05，進行超張拉操作時其數據可以使用0.035；就普通型檢馳鋼絲抑或鋼絞線進行一次性張拉操作，其值可選用0.07，實施超張拉操作，其值可選用0.045；就低松馳鋼絲抑或鋼絞線而言，能夠依據其出廠檢驗材料給出的極限檢馳率運算得出，沒有材料可供參考時，可以把其值選用0.022。

5 混凝土收縮與徐變引起的預應力損失

對于混凝土來說，其出現的收縮與徐變現象是一個長久預應力的丟失，并且伴隨時間推進而持續變大，因為混凝土出現的收縮和徐變會致使構件橫向變短，所以預應力筋預先施加的相應預應力必須會在基構件出現變短的狀況下出現極大損失，且隨著時間推進而持續增大。不過因為混凝土出現的收縮和徐變現象會受到諸多因素的影響，例如外部溫度、施加載荷及其工程建筑質量等等，這時它的預應力丟失相關運算就會關系到很多方面因素，在對其進行運算進就會變得更加很雜，同時還會因為諸多要素的影響導致求算結果產生很大的誤差。

假如預應力混凝土軸心承受拉力的構件因為錨具形狀變化、鋼筋變松以及溫差等一系列第1批次預應力丟失后相應預應力鋼筋中的對應接力總和是Np1，此時預應力鋼筋當中的預先拉應力是σp1與混凝土相關壓應力為

6 結 論

橋梁作為能夠橫跨鐵路、山谷、海峽以及江海的建筑，在這幾年工程量、技術難度以及工藝復雜度都在不斷增大，同時由于其施工工程對應的高服務質量與負荷使得混凝土變形特性直接作用于整個工程的實際質量。本文著重分析了大跨徑連續梁施工過程中預應力筋與孔道壁之間摩擦、預應力筋和臺座間溫差、預應力筋松弛等因素引起的預應力損失，為確保大跨徑橋梁質量提供參考。