探究預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的預(yù)應(yīng)力損失

摘要 預(yù)應(yīng)力混凝土組合T梁是一種簡支T型梁結(jié)構(gòu)，具有吊裝重量輕、施工簡單及投入設(shè)備少等特點，對軟基中沉降量較大的橋梁較為合適，預(yù)應(yīng)力混凝土是指在結(jié)構(gòu)受外荷載之前，先對混凝土預(yù)加應(yīng)力，人為的事先對結(jié)構(gòu)造成一種應(yīng)力狀態(tài)，使之可以抵消由于外荷載產(chǎn)生的全部或部分拉應(yīng)力。但是在預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的建設(shè)中，會產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力損失，對橋梁建設(shè)的質(zhì)量產(chǎn)生著一定的影響，因此必須了解混凝土預(yù)應(yīng)力損失的主要原因，并能夠?qū)p失的預(yù)應(yīng)力計算出來，保證橋梁建設(shè)的順利進行。

關(guān)鍵詞 預(yù)應(yīng)力 混凝土 T梁 預(yù)應(yīng)力損失

引言

預(yù)應(yīng)力混凝土組合T型梁是一種簡支T型梁結(jié)構(gòu)，具有吊裝重量輕、施工簡單、投入設(shè)備少等特點。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件是它在承受外荷載前，以人工方法使構(gòu)件混凝土產(chǎn)生壓應(yīng)力，并能長久地存在著。預(yù)應(yīng)力損失的大小影響到已建立的預(yù)應(yīng)力，當(dāng)然也影響到結(jié)構(gòu)的工作性能，因此，如何計算預(yù)應(yīng)力損失值，是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要內(nèi)容。引起預(yù)應(yīng)力損失的原因很多，而且許多因素相互制約、影響，精確計算十分困難。

1.工程概況

芭蕉鄉(xiāng)小河村位于恩施市芭蕉鄉(xiāng)，屬恩施州水布埡水庫庫區(qū)范圍，水布埡水庫蓄水后，小河水位上漲，淹沒了跨河漫水橋，完全阻礙了小河兩岸村民的交通，清江水布埡水電站庫區(qū)交通復(fù)建恩施市小河橋及接線工程建設(shè)已勢在必行。橋址位于小河下游河段，橋址區(qū)小河河床高程381～383m。工程區(qū)位于該向斜的南西翼近核部處。區(qū)域斷裂構(gòu)造有建始-恩施斷裂及咸豐斷裂。橋位區(qū)內(nèi)構(gòu)造較簡單，為一單斜構(gòu)造，橋址未發(fā)現(xiàn)斷層通過。據(jù)地表工程地質(zhì)測繪，巖層產(chǎn)狀312°∠46°橋梁全長91，橋梁全寬為7米，上構(gòu)采用4-20米的裝配式后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，橫向由3片梁組成，中梁1片，邊板2塊，梁高為1.5米。上構(gòu)采用交通部專家委員會編制的《公路橋梁通用圖》。橋面鋪裝層采用10-15cm厚的C50防水混凝土。橋臺采用U型橋臺、擴大基礎(chǔ)；橋墩采用雙柱式墩、樁基礎(chǔ)。墩身直徑為1.2米，樁基頂部橫系梁高度為1.2米，樁基為直徑為1.4米。

2. 預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的預(yù)應(yīng)力損失

2.1混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失

2.1.1概述

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件受到預(yù)壓力后，就會立刻產(chǎn)生一種彈性壓縮應(yīng)變，此時已與混凝土構(gòu)件共同作用的預(yù)應(yīng)力筋，會產(chǎn)生與相應(yīng)位置處混凝土一樣的壓縮應(yīng)變，因此產(chǎn)生產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失，這種應(yīng)力損失稱為混凝土彈性壓縮損失。

3.1.2計算

后張法梁當(dāng)采用分批張拉時，先張拉的鋼束由于張拉后批鋼束產(chǎn)生的混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失，根據(jù)JTG D62-2004第6.2.5條規(guī)定，計算公式為：

式中：—在先張拉鋼束重心處，由后張拉各批鋼束而產(chǎn)生的混凝土法向應(yīng)力，可按下式計算：

其中：，—分別為鋼束錨固時預(yù)加的縱向力和彎矩，

—計算截面上鋼束重心到截面凈軸的距離，

本設(shè)計采用逐根張拉，張拉順序為N4，N3，N2，1N。計算時從最后張拉

的一束逐步向前推進。

2.2混凝土收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失

2.2.1概述

混凝土的收縮是指混凝土體內(nèi)水泥凝膠體中游離水蒸發(fā)而使本身體積縮小的一種物理化學(xué)現(xiàn)象，它是一種不依賴于荷載而與時間、氣候等因素有關(guān)的干燥變形?；炷恋氖湛s應(yīng)變值超過其軸心受拉峰值應(yīng)變（）的 3～5 倍，成為其內(nèi)部微裂縫和外表宏觀裂縫發(fā)展的主要原因?；炷恋男熳兪侵冈诔掷m(xù)荷載作用下，混凝土結(jié)構(gòu)變形將隨時間增長而不斷增加的現(xiàn)象。徐變在加載初期發(fā)展較快，而后逐漸減慢，其延續(xù)時間可達數(shù)十年?；炷两Y(jié)構(gòu)在受拉、受壓、受彎時都會產(chǎn)生徐變，并且最終趨于收斂的極限徐變變形一般要比瞬時彈性變形大 1～3 倍。因此，在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中混凝土收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失是引起橋梁預(yù)應(yīng)力損失的一個重要原因。

2.2.2計算

按JTG D62-2004第6.2.7條規(guī)定，由混凝土收縮和徐變引起的應(yīng)力損失可按下式計算：

式中：—全部鋼束重心處由混凝土收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失值；

—鋼束錨固時，全部鋼束重心處重心處由預(yù)加應(yīng)力（扣除相應(yīng)階段的應(yīng)力損失）產(chǎn)生的混凝土法向應(yīng)力，并根據(jù)張拉受力情況，考慮主梁重力影響；

—配筋率，；

—本設(shè)計為鋼束錨固時相應(yīng)的凈截面面積；

—本設(shè)計即為鋼束群重心至截面凈軸的距離；

—截面回轉(zhuǎn)半徑，本設(shè)計為；

—加載齡期為、計算齡期為時的混凝土徐變系數(shù)；

—加載齡期為、計算齡期為時的收縮系數(shù)；

（1） 徐變系數(shù)終極值和收縮應(yīng)變終極值的計算

構(gòu)件理論厚度計算公式為：

式中：—主梁混凝土截面面積；

—與大氣接觸的截面周邊長度。

本設(shè)計考慮混凝土收縮和徐變大部分在成橋之前完成，和均采用預(yù)制梁的數(shù)據(jù)。對于混凝土毛截面，四分點和跨中截面上述數(shù)據(jù)完全相同，即：

故： cm

設(shè)混凝土收縮和徐變在野外一般條件（相對濕度為75%）下完成，受荷時混凝土加載齡期為20d。

按上述條件，查JTG D62-2004表6.2.7得到=1.85，

（2） 計算

預(yù)加力：kN

鋼筋重心處混凝土應(yīng)力：

MPa

，

收縮、徐變應(yīng)力損失終極值：

MPa

2.3 混凝土彈性壓縮所引起的預(yù)應(yīng)力損失

先張法構(gòu)件的鋼束張拉，與對混凝土施加預(yù)加壓力時，是先后完全分開的兩個工序，當(dāng)鋼筋束被松弛，混凝土所產(chǎn)生的全部彈性壓縮應(yīng)變，將引起筋束的預(yù)應(yīng)力損失。

2.4張拉控制應(yīng)力引起的預(yù)應(yīng)力損失

張拉控制應(yīng)力的取值，直接影響預(yù)應(yīng)力混凝土的使用效果。假如張拉控制應(yīng)力取值過低，則預(yù)應(yīng)力鋼筋經(jīng)過幾種損失后對混凝土產(chǎn)生的預(yù)壓力過小，不能有效提高預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗裂度和剛度。

2.5鋼筋松弛（變形）引起的預(yù)應(yīng)力損失

鋼筋在持久不變的應(yīng)力作用下，會產(chǎn)生隨持續(xù)加荷時間延長而增加的徐變變形；鋼筋在一定拉應(yīng)力值下，將其長度固定不變，則鋼筋中的應(yīng)力將隨時間延長而降低，詞現(xiàn)象稱為鋼筋的松弛。鋼筋初拉應(yīng)力越高，其應(yīng)力松弛越厲害。鋼筋松弛量的大小主要與鋼筋的品質(zhì)有關(guān)，熱扎鋼筋的松弛小于碳素鋼絲的松弛。鋼筋松弛與時間以及溫度有關(guān)，初期發(fā)展最快，以后漸趨穩(wěn)定，且隨溫度升高而增加。

2.6預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道間壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失

摩擦主要有兩種：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(yù)應(yīng)力鋼筋和孔壁之間的法向正應(yīng)力引起摩擦阻力；預(yù)留孔道施工中某些發(fā)生凹凸不平，偏離設(shè)計位置，張拉鋼筋時，預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間產(chǎn)生法向正應(yīng)力引起摩阻力。會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失。

2.7熱養(yǎng)護損失

為縮短先張法構(gòu)件的生產(chǎn)周期，常采用蒸汽養(yǎng)護加快混凝土的凝結(jié)硬化。混凝土加熱養(yǎng)護時，受張拉的鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間溫差引起預(yù)應(yīng)力損失。

升溫時，新澆混凝土尚未結(jié)硬，鋼筋受熱膨脹，但張拉預(yù)應(yīng)力筋的臺座是固定不動的，亦即鋼筋長度不變，因此預(yù)應(yīng)力筋中的應(yīng)力隨溫度的增高而降低，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失sl3。降溫時，混凝土達到了一定的強度，與預(yù)應(yīng)力筋之間已具有粘結(jié)作用，兩者共同回縮，已產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失sl3無法恢復(fù)。

設(shè)養(yǎng)護升溫后，預(yù)應(yīng)力筋與臺座的溫差為Δt ℃，取鋼筋的溫度膨脹系數(shù)為1×10-5/℃，則有，

減少此項損失的措施：采用兩次升溫，先常溫養(yǎng)護至混凝土強度達到一定等級，然后再升溫；鋼模上張拉。

2.5預(yù)應(yīng)力損失的組合

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件從預(yù)加應(yīng)力開始即需要進行計算，而預(yù)應(yīng)力損失是分批發(fā)生的。因此，應(yīng)根據(jù)計算需要，考慮相應(yīng)階段所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。

⑴混凝土預(yù)壓前完成的損失slI；

⑵混凝土預(yù)壓后完成的損失slII。

根據(jù)上述預(yù)應(yīng)力損失發(fā)生時間先后關(guān)系，具體組合見表。

結(jié)語

由于最終穩(wěn)定后的應(yīng)力值才對構(gòu)件產(chǎn)生實際的預(yù)應(yīng)力效果。因此，預(yù)應(yīng)力損失是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工中的一個關(guān)鍵的問題。預(yù)應(yīng)力損失的大小影響建立的有效預(yù)應(yīng)力的大小，過高或過低估計預(yù)應(yīng)力損失，都會對結(jié)構(gòu)的使用性能產(chǎn)生不利影響，進而影響整個構(gòu)件乃至整個結(jié)構(gòu)的性能。除混凝土原因產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失以外，錨固損失、摩擦損失、松弛損失都對預(yù)應(yīng)力損失產(chǎn)生一定的影響。在今后的橋梁建設(shè)中，還要不斷的注重對預(yù)應(yīng)力損失的研究，保證橋梁施工安全以及質(zhì)量。

參考文獻

[1]張利梅.趙順波.黃承逵.預(yù)應(yīng)力高強混凝土梁抗裂度和裂縫寬度試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu).2004年08期.

[2]張利梅.高效預(yù)應(yīng)力混凝土梁受力性能及延性研究[D].大連理工大學(xué).2004年（07）.4-6.