預應力損失的原因分析及預防措施

由于預應力在橋梁等結構中應用越來越廣泛，隨著高速公路的全面建設和汽車工業的迅猛發展，車輛荷載對橋梁結構的安全影響越來越大，從而對預應力混凝土橋梁的結構安全提出了更高的要求。在高速公路的建設過程中，由于受張拉設備、施工工藝控制不嚴、理論計算的誤解和結構本身存在的混凝土徐變等影響，造成預應力出現不同程度的損失，對橋梁結構承載力造成一定的影響，也對橋梁結構的整體性能造成一定的影響。

1 預應力損失含義

由于預應力是在結構承受外荷載之前，預先對外荷載作用下的受拉區進行施加壓應力，從而改善結構使用的性能。預應力損失顧名思義就是在預應力構件的施工及使用過程中，由于張拉工藝和材料特性及施工環境影響等原因造成應力降低的現象。

2 預應力損失對構件的影響

2．1 耐久性降低

預應力結構中混凝土因預應力筋應力施加其受壓能力增強，結構受拉主要由預應力筋承擔，由于應力的損失造成預應力筋受拉的能力降低，造成應受壓的混凝土部分轉變為受拉，因混凝土受拉能力較弱，導致混凝土變形加大而造成結構耐久性降低。

2．2 安全性降低

由于應力損失造成混凝土受力性能轉變而導致預應力混凝土構件整體受力變化，進一步加快混凝土變形而造成結構安全性能降低。

3 預應力損失原因分析

3．1 人為疏忽造成的應力損失

1)張拉設備校對錯誤。預應力筋在張拉前，必須對張拉設備進行專業校對，并根據校對提出張拉設備張拉伸長量和油泵壓力表之間的理論關系計算公式。由于專業校對人員的疏忽，造成了理論計算公式錯誤而導致張拉應力計算錯誤。

2)理論計算錯誤。預應力筋張拉伸長量計算應以兩錨具夾片(后張法)或張拉橫梁(先張法)之間的預應力筋長度為準。但由于技術人員的疏忽和誤解，在理論計算時未考慮錨具厚度而以未封錨前的構件長度(后張法)或直接以構件長度(先張法)為理論計算長度依據，造成了理論計算長度依據與實際張拉長度不一致而出現應力錯誤導致的應力損失。

3．2 施工工藝影響造成的應力損失

1)混凝土強度影響。按照現行橋涵規范規定，對后張法預應力結構，其混凝土強度必須達到75%以上及設計要求后方可進行張拉。按照標準試件強度作為張拉依據對構件進行張拉時，由于構件的實際強度未達到設計或規范要求，而造成預應力筋張拉應力雖達到設計要求，但因構件本身強度不足導致后期應力損失較大而造成的應力損失。

2)壓漿影響。對于后張法構件來說，經張拉后需對預應力筋管道進行壓漿以保證預應力筋與管道的密實性。在施工過程中由于:a．壓漿壓力不足造成管道空洞而導致預應力筋與管道接觸面減少及管道內漿液密實程度不一致;b．漿液本身強度不足而造成預應力筋與管道的摩擦不足;c．水泥漿液流動性差或水灰比不合理造成的壓漿困難等原因造成的應力損失。

3)放張影響。無論先張法還是后張法預應力構件，放張必須按照規范要求進行操作，但在具體操作過程中，由于不同程度的存在:a．未能按規范要求進行對稱分次放張造成預應力筋受力不勻;b．放張時直接采用電焊對錨固端以外的預應力筋進行燒斷，且燒割位置距離錨具較近而造成錨固處預應力筋軟化，導致不能有效錨固等造成應力不同程度的損失。

4)張拉臺座影響。對于先張法構件來說，張拉前必須設置具有足夠強度的張拉臺座和具有足夠抗折、抗彎的張拉橫梁，以確保張拉時臺座不發生擠壓變形和張拉橫梁不出現受彎變形。但在具體操作中由于臺座強度不足或因橫梁強度不夠，往往造成張拉時發生臺座擠壓破碎或橫梁受彎變形導致應力損失。

3．3 氣溫影響

1)臺座溫差變化影響(先張法)。由于氣溫冷熱交替作用，造成臺座冷縮熱脹現象發生，張拉橫梁隨臺座“冷縮熱脹”現象帶動預應力筋隨之發生收縮和拉長，導致應力在一定程度上的損失。同時由于預應力構件初期養生條件與外界溫度的差異，造成混凝土與預應力筋之間粘結力尚未完全建立，預應力筋將因受熱而伸長，而預應力筋的溫度升高值大于張拉臺座，導致預應力筋伸長而放松，即發生應力降低，引起預應力損失。在降溫過程中，混凝土與預應力筋已經粘結成整體，故兩者共同回縮，由于鋼筋與混凝土熱膨脹系數相近，預應力筋中應力損失將無法恢復。

2)混凝土收縮徐變影響。由于混凝土受材料、養生條件、外界氣溫變化及構件內鋼筋配置、混凝土澆筑條件等各個因素的影響，造成了混凝土不同程度存在收縮徐變現象產生，導致預應力筋隨構件混凝土收縮徐變影響一并發生應力變化而造成應力損失。

3．4 材料影響

1)錨具、夾片變形影響。由于后張法施工的預應力混凝土構件，當張拉完畢并開始錨固時，錨具本身將受到很大的壓力而變形，錨下墊板縫隙也將被壓密而變形;或由于夾片幾何尺寸不合格，硬度不均勻及夾片與錨環孔幾何尺寸不吻合、不匹配等因素影響錨固效果造成應力損失。

2)預應力鋼筋應力松弛。應力松弛是指鋼材受到一定的張拉力之后，在長度保持不變的條件下，鋼材的應力隨時間的增長而降低的現象，其降低值稱為應力松弛損失。造成此現象的原因是由于金屬內部錯位運動使一部分彈性變形轉化為塑性變形而引起的，由于應力松弛造成應力的損失。

3．5 其他影響

1)預應力鋼筋與管道的摩擦(后張法)。鋼筋與管道的摩擦主要為彎道引起的摩擦力和管道偏差引起的摩擦力。張拉曲線鋼筋時，由于預應力鋼筋和孔壁之間的法向正應力引起摩擦阻力;預留孔道施工中由于某些地方存在凹凸不平，管道偏離設計位置，張拉時預應力筋與孔道壁之間產生法向正應力引起摩阻力。

2)混凝土彈性壓縮。先張法構件的預應力筋張拉與對混凝土施加壓力是先后完全分開的兩個工序，當預應力筋放張后，混凝土會不同程度的產生彈性壓縮應變現象，由此造成預應力損失。

4 預應力損失預防措施

4．1 提高作業人員的業務和技術水平

提高作業人員的業務和技術水平，杜絕出現由于業務水平問題而出現設備校對和計算失誤。

4．2 施工工藝的控制

1)混凝土澆筑過程中，應制取標準養生和同期養生試塊，張拉時以同期養生試塊強度作為張拉依據，不應以標準養生強度為張拉依據。

2)做好壓漿工藝的控制。a．做好水泥漿水灰比的控制(一般為0．4～0．45)。b．做好壓漿壓力的控制。c．做好水泥漿強度的控制。

3)做好養生和放張工作。a．結構物強度在做好混凝土用各類材料質量和配合比及澆筑工序控制的前提下，加強養生條件及養生工作是控制強度強弱的主要條件之一。b．放張工作應該遵循“分階段、對稱、相互交錯”原則，盡量做到結構物受力均勻;同時要根據結構物特點選擇合理的放張方法，避免采用電焊直接燒割進行放張。

4)加強張拉臺座制作(先張法)。臺座制作必須做到強度高、剛度大、穩定性良好，在具體制作過程時，可通過提高臺座混凝土強度、增加鋼筋、鋼板及加大截面面積等措施，以減少由于張拉受力造成臺座發生受壓擠變，滑移和傾覆現象。同時要做好張拉橫梁剛度的計算，一般可選用I，H型鋼作為橫梁。

5)做好張拉控制。施工中為減少應力松弛等造成預應力損失，一般要進行超張拉，先控制張拉應力為1．05σ～1．1σ，持續荷載2 min～5 min，然后卸掉荷載，再施加張拉應力至σ，同時盡量使用熱軋鋼筋，減少碳素鋼絲，從而減少由于應力松弛引起預應力損失值。

6)張拉方法選擇。對于較長的構件可選擇兩端張拉，可以減少由于摩擦引起的損失。在理論計算時長度按構件1/2長度進行計算。

7)預留孔道及預應力筋的處理。在施工過程中，必須采取孔道疏通措施減少孔道表面凹凸不平或堵塞現象，提高張拉效果;同時預應力筋布設為彎道的構件中，對預應力筋表面可采取涂油脂等措施增加表面光滑度，減少由于彎道引起摩擦阻力。

4．3 做好材料的選擇

1)選擇自身和自錨能力均好的夾具，同時應使錐銷的強硬度大于預應力筋的強硬度。2)選用強度高的混凝土，以提高鋼筋與混凝土之間的粘結力(先張法)及錨固端局部承壓承載力(后張法)。3)采用高標號水泥，減少水泥用量，降低水灰比;采用級配較好的骨料，加強混凝土的振搗，提高混凝土密實性，從而減少混凝土的收縮徐變。4)在允許范圍內，盡可能采用粒徑較大，表面粗糙的粗骨料，以增加混凝土與鋼筋之間的粘結力。5)盡量采用塑性良好的鋼筋(或鋼絲)。由于鋼筋(或鋼絲)的收縮量與鋼筋(或鋼絲)塑性有關，塑性好，則收縮量大，放張后因有較好塑性，則產生較大的收縮從而產生預壓力大。6)在先張法構件中，對高強度鋼筋(或鋼絲)表面可采用刻痕或壓波措施，增加混凝土與鋼筋(鋼絲)之間的摩擦。

5 結語

影響預應力損失的原因是諸方面的，在具體實施過程中，除了做好設計方面的完善外，如何做好施工工藝控制、材料選擇是主要因素。如何預防和減少應力損失，還需要設計和建設者從設計、施工、運行等各個方面通過不斷分析、總結和努力，提出相應的預防措施，以減少由于應力損失造成對結構物的安全影響，確保結構物使用安全。

［1］JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術規范［S］．

［2］王 銳．高速鐵路橋梁預應力混凝土的連續施工工藝［J］．山西建筑，2010，36(8):329-330．