如何控制混凝土构件预应力损失

1、前言
　　普通钢筋混凝土受拉或受弯构件中,由于混凝土的抗拉强度及极限拉应变都很低,即使混凝土发生体积变化时没有受到外部的约束,混凝土内部已经有了微裂缝。在使用荷载作用下,通常是带裂缝工作。由于混凝土终凝后,随时间的推移而出现的因变形而引起的裂缝(如温度的变化、收缩、膨胀;不均匀沉陷;因外部荷载作用引起的裂缝;因化学作用引起的裂缝等等),此类裂缝产生的根源是由于混凝土发生体积变化受到约束,在其内部引起了过大拉应力(或拉应变)而产生的。为了避免钢筋混凝土结构裂缝过早出现,并充分利用其高强度钢筋及高强混凝土,可以在结构构件承受荷载前,使它产生预压力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力,从而使结构构件的拉应力不大,甚至处于受压状态,因而产生了预应力混凝土。


　　预应力混凝土结构截面小,刚度大,抗裂性和耐久性好,在当今世界各地的建筑领域中得到广泛应用,促进了混凝土的结构发展,因而,面对现在实况,我们有必要对其进行深入细致研究与分析,充分认识并发挥预应力混凝土的自身优点,从而进一步提高预应力混凝土在工程中的应用,延长其使用寿命,提高综合效益。
　　
　　2、引起预应力损失的因素
　　2.1由于施工设备引起的预应力损失
　　由于台座的强度和刚度不足,稳定性较差,从而导致台座发生变形,倾覆和滑移引起预应力损失。由于夹具本身的自锁和自锚能力差,锥销的强度、硬度小于预应力筋的强度、硬度,从而引起预应力的损失。


　 　2.2由于混凝土材料引起的预应力的损失
　　由于混凝土的强度不高,预压力大于混凝土抗压应力,导致混凝土被压碎,从而引起预应力的损失。由于混凝土自身具有收缩和徐变的特征,在混凝土收缩和徐变过大时引起预应力的损失。由于粗骨料粒径的大小不当,引起预应力的损失。钢筋(钢丝)的强度不高引起预应力的损失。钢筋(钢丝)的塑性较差引起预应力的损失。钢筋(钢丝)表面粗糙程度不足引起预应力的损失。


　 　2.3由于张拉控制应力引起的预应力损失
　　张拉控制应力的取值,直接影响预应力混凝土的使用效果。假若张拉控制应力取值过低,则预应力钢筋经过几种损失后对混凝土产生的预压应力过小,不能有效提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度。


　　2.4由于温度差引起的预应力损失
　　由于混凝土加热养护时,受张拉的预应力钢筋与承受拉力的设备之间的温度差别从而引起的预应力损失。由于张拉时钢筋与台座的温度相同均为t1,混凝土加热养护时的最高温度为t2,此时由于钢筋尚未与混凝土粘结,温度由t1升为t2后可在混凝土中自由变形。当停温养护时,混凝土已与钢筋粘结在一起,钢筋和混凝土将同时随温度变化而共同伸缩。因养护升温所降低的应力已不可恢复,于是形成温差应力损失。


　 　2.5时间引起的损失
　　因混凝土徐变和收缩及钢束的松弛，随时间的推移将发生预应力的损失。在每个施工阶段内考虑混凝土构件的时间依存性来计算由徐变及收缩引起的变形。然后用计算得到的变形量来考虑钢束张拉应力的损失效应。在每个阶段可以通过图表来确认预应力损失的计算结果。当钢束施加张拉应力，维持其一定的应变时，作用到钢束上的张拉应力随时间的推移逐渐地减小，这个现象称之为松弛。由松弛引起的损失随作用到的初始应力的大小、经历的时间、制品的性质，其结果也是各不相同的。


　 　2.6混凝土弹性变形引起的损失
　　给混凝土施加预应力，混凝土受压，其长度变小。这样，锚固于混凝土的钢束的长度也会变小，钢束的张拉应力也随之变小。这样的由弹性变形引起的损失在先张法和后张法都发生，只是其形态略有不同。采用先张法施工的时候，在把张拉力施加到构件的瞬间，钢束就会发生弹性收缩，随之长度变短，这样就产生了预应力损失。后张法是与先张法不同，它是没有专门的固定支架的，而是以已经凝固的混凝土为支撑，来张拉钢束。这样，混凝土构件收缩现象是与先张法相同的，只是因为钢束的张力的测量是混凝土构件弹性收缩后进行的，因此不会有混凝土弹性变形引起的张力损失。


　　 2.7预应力钢筋与孔道间壁之间的摩擦引起的预应力损失
　　弯道引起的摩擦力。管道偏差引起的摩擦力。张拉曲线钢筋时,由于预应力钢筋和孔道壁之间的法向正应力引起摩擦阻力;预留孔道施工中某些发生凸凹不平,偏离设计位置,张拉钢筋时,预应力钢筋和孔道壁之间产生法向正应力引起摩阻力。
　　
　　3、减少预应力损失的方法
　　选用强度高,刚度大,稳定性良好的台座,从而减少台座发生变形,滑移和倾覆。使用自身和自锚能力均好的夹具,同时应使锥销的强硬度大于预应力筋的强硬度。在先张拉法中尽量少使用垫板,因为每增加一块垫板,锚具变形和钢筋内缩值就增加1mm。尽可能增加(在条件允许下)台座的长度。


　　选用强度高的混凝土。因为强度高的混凝土对采用先张法的构件可以提高钢筋与混凝土之间的粘结力;对采用后张法的构件可提高锚固端的局部承压承载力。采用高标号水泥,减少水泥用量,降低水灰比;采用级配较好的骨料,加强混凝土的振捣,提高混凝土密实性,从而减少混凝土的收缩徐变。


　　在允许范围内,尽可能采用粒径较大,表面粗糙的粗骨料,从而增强混凝土与钢筋之间的粘结力。混凝土预应力的大小,取决于预应力钢筋张拉压力的大小,当采用高强度的钢筋(钢丝)时,由于超拉张,钢筋(钢丝)因强度不足产生断裂,从而引起预应力损失。


　　尽量采用塑性良好的钢筋(钢丝)增强张拉应力,当去除张拉应力后,钢筋(钢丝)的收缩量与钢筋(钢丝)塑性有关,塑性好,收缩量大,从而产生预压力大。在先张法构件中,当采用高强度钢筋(钢丝)时,在其表面应刻痕或压波,采用普通钢筋时,最好是变形钢筋,从而增强混凝土与钢筋(钢丝)之间摩擦。


　　施工中为了减少应力松弛等原因造成的预应力损失,一般要进行超拉张,先控制张拉应力为1.05σ-1.1σ,持续荷载2-5min然后卸掉荷载,再施加张拉应力至σ,同时尽量使用热轧钢筋,少用碳素钢丝,从而减少由于应力松弛引起预应力损失值。对于较长的构件可在两端张拉,则在计算孔洞的长度时可以按构件一半长度计算,两端张拉可以减少由于摩擦引起的损失。


　　在有弯道的构件中,预应力钢丝表面应该尽可能光滑,必要时可以涂上油脂,从而减少由于弯道引起摩擦阻力。在预留孔道时,严格按照规范操作,尽可能减少孔道表面的凸凹不平,从而减少预应力损失。由于预应力筋对混凝土的挤压,使环形构件的直径有所减小,预应力筋中的拉应力就会降低,从而引起预应力损失。故尽可能采用较大直径的环形构件,从而减少预应力损失。
　　
　 　参考文献：
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　　【2】韩利，预应力钢筋混凝土中钢筋预应力损失的分类计算及控制方法，森林工程，2001-09
　　【3】陆雪平，预应力损失控制与检测技术展望，科技创新导报，2009-02