预应力混凝土梁施工的应力损失及控制

刘莉

（中铁四局集团第五公司有限公司，江西 九江 332000）

1 概述

目前，现行《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002）、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）中均要求对应力管理采用伸长值管理法，规定预应力筋伸长量不得超过计算值的±6%。

在施工中，对锚固控制应力的监控是通过油表读数及伸长值进行双控，但对于各种预应力损失的监控，由于在现场施工中没有量化的控制手段，因此，只能从改进施工工艺、改善施工方法及控制混凝土品质来实现。

2 原因分析及控制措施

2.1 预应力筋松弛引起的预应力损失

在高拉应力作用下由于金属内部位错运动使一部分弹性变形转化为塑性变形，在预应力筋长度保持不变的条件下，钢材的应力随时间的增加而降低。预应力筋松弛初期发展较快，1个月后就趋近稳定。同时，预应力筋松弛率与材质成分、加工方法及初应力大小及持续时间有关，初应力大，松弛损失也大，初应力小，松弛损失也小，一般当初应力小于钢筋极度限强度50%时，松弛率可以忽略不计。另外，松弛率随温度升高，预应力筋应力损失也会急剧增加。

根据力筋松弛产生的机理和决定力筋松弛的因素，一般可从以下几方面来控制由预应力筋松弛引起的应力损失。

2.1.1 采用高强度低松弛预应力筋。低松弛钢丝及低松弛钢铰线均经过特殊处理，从而使其在恒应力下抵抗位错转移的能力大为提高，达到稳定化。目前，在设计和施工中，已广泛采用高强度低松弛预应力筋，其松弛损失可减少70%。

2.1.2 对于高强度预应力钢绞线使用前应预拉，以减少其松弛损失。从有关试验资料可以看出，钢绞线的松弛率远比钢丝大因此，钢绞线在正式使用前应进行预张拉，以减少其松弛损失。预拉时，预拉应力采用0.80Ryj，持续时间不少于5min。

2.1.4 后张法施加预应力后应尽早压浆。压浆的主要目的是通过凝结后的水泥浆将预应力传至混凝土，并防止预应力筋锈蚀，同时及早压浆亦可早防止预应力筋的松弛。

2.1.5 先张法宜先张拉预应力筋至0.8σk～0.9σk后，绑扎普通钢筋及立模，再补张预应力筋至σk，最后及时浇筑混凝土。

2.2 后张法预应力钢筋与孔道间的磨擦引起的应力损失

管道摩擦损失是指预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失，包括长度效应和曲率效应引起的损失。长度效应是由于孔道局部位置偏移使预应力筋刮碰孔道引起的。曲率效应是由于预应力筋与弯曲孔道壁之间的摩擦引起的。

对于多种曲率或直线与曲线组成的孔道，应分段计算孔道摩擦损失，较为准确。在施工中为减少孔道摩擦引起的应力损失，主要采取以下几种措施。

2.2.1 改善预留孔道质量。首先要准确布设预留孔道的定位网位置，保证孔道本身无局部弯曲；同时在预埋锚垫板时，要确保端部锚垫板与孔道垂直，防止预应力筋紧贴孔壁而增大摩擦力。另外，还要保证预留孔不漏浆，在混凝土振捣时，插入式振动棒不能触及成孔所用的波纹管或橡胶管，防止其位置错动。

2.2.2 采取两端同步张拉工艺。

2.2.3 采用润滑剂。对曲线半径小，曲线段弧度大的孔道，预应力损失往往很大，在施工中可采用在预应力筋表面涂刷肥皂液，复合钙基脂加石墨等润滑剂，以减小摩擦引起的应力损失。对于有粘结预应力筋，润滑剂在压浆前采用高压水冲洗干净。

2.2.4 超张拉。减少孔道摩擦损失的超张拉可与减少预应力筋松弛损失的超张拉结合起来。

如下图所示：假设采取两端张拉采用0→σk程序时，预应力按ADA1 线变化（跨中预应力筋应力为 σa），当采用 0→1.05σk→σk程序张拉至1.05σk时，两端拉力也提高5%，跨中预应力筋应力相应提高；但当张拉端卸荷至σk时，由于反摩擦作用，跨中附近一段范围内预应力筋应力可认为不变。则预应力筋的应力沿ABCB1A1线变化，比较均匀。

3 混凝土弹性压缩引起的应力损失

在施工中主要通过以下方法来减小混凝土压缩引起的应力损失。

3.1 事先计算分批张拉时的预应力损失值，分别加在先张拉钢筋的控制应力值上，这种处理方案在理论上是很好的，但由于每根（束）预应力筋张拉力不同，给施工增加麻烦。另一种方案是采用同一张拉值逐根复拉补足，这种措施增加张拉作业量。在实际施工时，一般可采用超张拉措施，将弹性压缩平均损失值加到张拉力内。

3.2 改善混凝土品质，延长张拉前混凝土龄期。骨料品质对混凝土的弹性模量影响较大，因此施工中应选用具有高弹性模量，质地细密的粗骨料，同时掺加高效减水剂，提高混凝土骨灰比等措施。掺入高效减水剂时应选用引气量小的品种。

单纯提高混凝土抗压强度，往往达不到预期的提高弹性模量的目的。因此，施工中可以在混凝土强度满足张拉要求后，延长张拉前混凝土养护时间，确保混凝土弹性模量的提高。

4 锚头变形，钢筋回缩引起的应力损失

减小锚头变形、钢筋回缩引起的应力损失除超张拉外，在施工中应加强对锚具、夹片的质量检测工作，确保硬度符合正常标准，同时，在安装工艺上应保持夹片干净，且夹片在孔内平整。

5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失

影响混凝土收缩的重要因素是用水量与含气量。混凝土的徐变主要与混凝土预压应力和加载时混凝土强度密切相关，同时施加预应力的混凝土龄期对徐变损失影响也较大。从有关资料查明，施加预应力时的混凝土龄期3d 比7d 引起的徐变损失增大14%，龄期30d 比7d 减少28%。根据混凝土收缩及混凝土徐变产生的机理，在施工中应采取必要的措施来减少由于其收缩及徐变引起的应力损失，主要措施有如下。

5.1 在进行配合比设计时，宜选用高标号普通硅酸盐水泥，在保证混凝土R28 强度的情况下，水泥用量不宜过大；同时掺加外加剂，减小水灰比，选用质地优良的粗细骨料。

5.2 在混凝土施工中应加强混凝土的振捣，同时加强混凝土的洒水养护工作，保证混凝土在湿度大的情况下硬化。试验证明，混凝土在水中产生的徐变值小于在干燥空气中的徐变值。

5.3 根据梁体混凝土徐变特性，对于已经成型的混凝土梁应尽早安装架设，并施加二期恒载。

[1]林太珍,饶斌等.高效预应力混凝土工程实践[M]，北京：中国建筑工业出版社，1993.

[2]张贵先译.预应力混凝土公路桥施工手册[M]，北京：人民交通出版社，1988.