淺談板梁預應力損失計算和控制措施

葛明鋒 鄧萬軍 湯曉慧

1 概況

沿預應力混凝土構件長度方向,預應力鋼筋中的預拉應力并不是一個恒定值,由于受施工因素、材料性能及環境條件的影響,在施工和使用過程中往往會逐步減小,預應力筋中這種預拉應力的減小稱為預應力損失。

預應力損失計算是預應力橋梁設計的重要內容之一。但目前的計算方法還不能精確的計算預應力的損失,因為引起預應力損失的因素很多,如果都加以考慮,預應力損失的計算將極其復雜,基本不可能實現。所以現在大都在完成板梁初步設計以后,按照預應力鋼筋在板梁中的布置形式和預應力的施工工藝,采用我國“規范”分項計算預應力損失。

2 預應力損失理論

預應力混凝土板梁橋的預應力損失計算在正常使用極限狀態計算下,應考慮由下列因素引起的預應力損失[1]:

預應力鋼筋與管道壁之間的摩擦σl1,錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮σl2,預應力鋼筋與臺座之間的溫差σl3,混凝土的彈性壓縮σl4,預應力鋼筋的應力松弛σl5,混凝土的收縮和徐變 σl6等。

此外,尚應考慮預應力鋼筋與錨圈口之間的摩擦、臺座的彈性變形等因素引起的其他預應力損失。

3 減少預應力損失的措施

1)超張拉預應力筋的施工順序。采用超張拉的方法可以有效減少預應力損失,超張拉方法的施工工序為0→初應力0.1σcon→錨固。通過對現場預制的板梁實際檢測以后發現此工序相當有效[2]。

2)不同的張拉方法。張拉方法可分為一端張拉和兩端張拉。對曲線預應力筋和長度大于30 m的直線預應力筋應采用兩端張拉。本文的預應力空心板梁長度為13 m,故采用一端張拉。

3)預應力筋的選擇。選擇不同的預應力筋對減少板梁預應力損失的效果是不同的,預應力筋由于在持久不變的應力作用下,會產生隨著持續加荷時間延長而不斷增加蠕變,如果把預應力筋張拉到一定值后,將其長度固定不變,預應力筋中的應力會隨時間的延長而減小。目前工程大量使用鋼絞線,經實測得出鋼絞線應力損失能降低Δσl5=2.5%σcon左右。

4)選用高質量錨具。目前我國錨具采用最多的是夾片錨具和墩頭錨具,預應力筋采用鋼絞線時,錨具為夾片式錨具,一般利用鋼絞線回縮帶進夾片的自錨式錨具,支持鋼絞線的夾片按楔塊作用原理,在鋼絞線回縮過程中將其越拉越緊,從而達到錨固的目的,其回縮值一般為5 mm～6 mm。

5)提高對混凝土的質量要求。為減少混凝土的收縮、徐變引起的預應力損失σl6,應減少收縮和徐變變形。采取的措施有:a.采用高等級的水泥,減少水泥用量,降低水灰比;b.采用級配較好的骨料,加強振搗,提高混凝土的密實性;c.加強養護,張拉前定期澆水養護,以減小混凝土的收縮;d.延長混凝土的受力時間,控制混凝土的加荷齡期[2-7]。

6)增加持荷時間。預應力筋張拉到一定的應力值后,將其長度固定不變,則預應力筋中的應力將隨時間的延長而降低,即預應力筋應力松弛,而在短時間內,用超張拉設計初應力為5%～10%的應力張拉預應力筋,保持2 min～5 min,然后降至設計控制應力值,可使空心板梁中由預應力筋松弛而引起的應力損失減少約40%～50%。因此超張拉時張拉至1.05σcon時應持荷5 min,以減少預應力損失。

4 工程實例

江蘇某城市有一新建橋梁,路線與河道中心夾角為95°,橋梁橫斷面分為3個橋梁。分別為:南人行道、慢車道,簡稱南橋;快車道,簡稱中橋;北慢車道、人行道,簡稱北橋。橋面寬度為45.0 m。橋梁建設標準跨徑13 m+13 m+13 m,上部結構為13 m先張法預應力混凝土空心板梁,梁高55 cm。預應力鋼絞線采用φ 12.70,fpk=1 860 MPa,Ep=1.95×105MPa,松弛率為3.5%。空心板采用強度等級為C40混凝土,本工程于2007年完成。現在計算本工程的預應力損失。估算的損失均是采用了相應的控制措施。選用普通鋼筋6φ 12,As=678.58 mm2,采用13根 1×7股鋼絞線Apl=13×98.7=1 283.1 mm2。

計算結果匯總于表1。

表1 預應力損失匯總表 MPa

5 結語

在實際工程中,引起板梁預應力損失的因素很多,計算預應力損失的方法與理論日趨成熟,但想要準確的計算損失預應力還是困難的,本文采用規范規定的分項法對各種預應力損失進行計算,并根據預應力損失的原理提出了幾項控制預應力損失的方法。我們在預應力方面的研究還要繼續,更加完善橋梁預應力損失的理論,更好的指導我們的設計與施工。

[1] JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

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