無粘結預應力長期監測成果分析

魏啟智

【摘 要】隨著預應力技術的發展，預應力損失值的計算問題成為了預應力混凝土結構的重要課題。國內外眾多學者對預應力損失進行了大量試驗及理論研究，并提出了很多相關理論和計算公式。本文以某辦公樓無粘結預應力樓板工程為背景，對無粘結預應力鋼絞線的預應力進行了從預應力鋼絞線張拉到正常使用近三年的現場長期跟蹤監測，意在探求無粘結預應力混凝土結構中預應力損失隨時間變化的全過程，為無粘結預應力混凝土結構全過程健康評定奠定基礎。

【關鍵詞】無粘結預應力；預應力損失；長期監測

0 引言

隨著人們對建筑造型和使用功能要求的提高，建筑上預應力技術應用越來越廣泛。因為無粘結預應力技術相對后張法中其他預應力技術具備無需預留孔道及無需孔道灌漿的優點，在房屋建筑中得到了廣泛的應用。預應力損失是伴隨預應力技術應用產生的，預應力混凝土結構的使用性能，取決于結構的有效預應力值。預應力損失影響因素多，且長期預應力損失隨時間的發展而變化，過高或是過低考慮預應力損失，對構件的受力性能有很大影響。本文就預應力損失問題進行了深入的探討。

1 監測內容及方案

1.1 工程概況

某辦公樓結構形式為混凝土框架結構。該大樓西南角1-6層會議室區（1-3軸，A-D軸）為滿足大空間要求，設置無粘結預應力現澆混凝土板（見圖1），板縱向長度為19.5m，橫向長度為16.8m，板厚為370mm，預應力混凝土板采用C30混凝土。預應力筋采用直徑15.2mm低松弛預應力鋼絞線，極限抗拉強度標準值為f■=1860N/mm2，截面面積A■=139mm2；張拉控制力N=0.75f■A■=193.905kN。非預應力筋采用HPB235、HRB335、HRB400三種規格制作，預應力錨具一律采用I類錨具，張拉端采用夾片錨具，固定端采用擠壓錨具。

圖1 UPC板中無粘結預應力筋平面布置圖

如圖1所示，預應力筋布置，按每個區段內的鋼筋根數均勻布置。在軸線2和B處，分別有1600mm和2200mm的區域，其鋼筋根數分別為17根和23根，布置相對其他位置較密，可視為暗梁。由《UPC結構技術規程》（文獻[6]）5.3.5可取AL1-AL2跨度為4200mm。預應力筋按拋物線形布置，如圖2所示。

結合預應力混凝土板施工實際情況，為了量測預應力筋的應力狀況及實際預應力損失，取圖紙的2-3軸交A- B軸板，在UPC板中選擇四束鋼絞線安裝振弦式預應力測力計（如圖3），安裝位置分別選擇在張拉端和錨固端。用JMZX-300X綜合測試儀測試各預應力測力計的應力，測試各根預應力筋的預應力值。固定端在澆混凝前布置（圖3（a）），張拉端在預應力筋張拉前布置（圖3（b））。圖4～5為UPC樓板從施工到竣工的一組照片。

圖2 無粘結預應力筋線形布置圖

圖3 傳感器布置

圖4 UPC樓板鋼筋籠

圖5 預應力鋼絞線張拉

1.2 預應力損失監測結果

四根鋼絞線在張拉端和錨固端均布置有傳感器，張拉端傳感器張拉到控制力時開始用綜合測試儀讀數；錨固端傳感器與張拉端同時采集數據。測得1#～4#鋼絞線從2007年7月30日張拉至2010年3月3日預應力損失百分比數據曲線圖所示（圖中為1#鋼絞線錨固端及2、3、4#鋼絞線張拉端傳感器所測數據。1#鋼絞線張拉端被破壞，2、3、4#鋼絞線錨固端數據明顯不合理，并剔除了各點明顯不合理的數據）。

從圖6中可見，預應力長期損失在前期發展較快，第1天預應力長期損失平均值達到了預應力長期損失總值的41.23%，后期損失趨于平緩；文獻[1]中有提到：一般24小時鋼筋的松弛損失即可完成50%，可見預應力長期損失在前期短時間內損失較大。

圖6 預應力長期損失實測值

2 預應力損失理論計算值與實測結果比較分析

在工程設計中，主要考慮的預應力損失組合一般按施加預應力階段和正常使用階段分別計算。正常使用階段的預應力值為永久作用的構件混凝土體的預應力，即認為此階段全部的預應力損失均已完成，長期的預應力損失，即鋼筋的松弛和混凝土的收縮徐變損失是在張拉完成后產生的，并且它隨時間的發展而變化。根據文獻[6]無粘結預應力混凝土結構設計規程各項預應力損失計算值之和見表1。

表1 各筋預應力總損失計算值（N/mm2）

見表2，將預應力損失實測值與計算值進行比較。錨固端預應力損失實測值與計算值相差較大，無法進行比較，分析原因：

（1）錨固端傳感器所測數據是扣除了錨固損失和摩擦損失的應力值，其總損失中不包括這兩項損失，故其值比計算值要?。?/p>

（2）3#、4#鋼絞線錨固端傳感器沒有被保護好，壓力傳感器放在錨固端（埋在混凝土中），因混凝土對這種形式錨具的嵌固作用，錨固力不可能全部傳給壓力傳感器，部分傳給了混凝土，導致壓力傳感器的承壓力比實際?。?#、4#錨固端數據明顯偏?。荒苷鎸嵎从愁A應力筋的有效預應力。

表2 預應力損失實測值與計算值比較

3 結論

本文以某辦公樓大跨度無粘結預應力樓板無粘結預應力工程為對象，對無粘結部分預應力樓板無粘結預應力鋼絞線長期損失進行為時近三年長期跟蹤監測工作，得出預應力損失實測值；對無粘結部分預應力樓板無粘結預應力鋼絞線的預應力損失按分項總和法進行了詳細的計算，得出總損失計算值；并對實測值與計算值進行了對比，二者基本吻合，實測值與計算值之比均小于1，計算值偏大，說明理論值偏于保守，這對于工程受力構件和結構來講，是偏于安全考慮的，使得工程建設對象安全度更高。同時，從表6預應力損失實測值與計算值比較可知同一個測點總損失比值比較長期損失比值更小，說明計算瞬時損失（包括錨具變形和無粘結預應力筋內縮引起的預應力損失σl1、無粘結預應力筋與護套壁之間的摩擦損失σl2、混凝土彈性壓縮引起的應力損失σl6三項之和）考慮過于保守，這樣就需多考慮抵消瞬時損失的超張拉，從成本角度來講是不夠經濟的，以后在類似預應力構件的施工過程中，可適當考慮減少預應力瞬時損失值。

【參考文獻】

[1]房貞政.預應力結構理論與應用[M].中國建筑工業出版社，2005.

[2]邴曉，等.無粘結預應力雙向板張拉損失[J].大連理工大學學報，2000，40（6）：747-751.

[3]袁國干.配筋混凝土結構設計原理[M].上海：同濟大學出版社，1990.

[4]李國平，主編.預應力混凝土結構設計原理[M].北京：人民交通出版社，2000.

[5]陶學康.無粘結預應力混凝土設計與施工[M].北京：地震出版社，1993.

[6]JGJ 92-2004 無粘結預應力混凝土結構設計規程[S].

[責任編輯：薛俊歌]

【摘 要】隨著預應力技術的發展，預應力損失值的計算問題成為了預應力混凝土結構的重要課題。國內外眾多學者對預應力損失進行了大量試驗及理論研究，并提出了很多相關理論和計算公式。本文以某辦公樓無粘結預應力樓板工程為背景，對無粘結預應力鋼絞線的預應力進行了從預應力鋼絞線張拉到正常使用近三年的現場長期跟蹤監測，意在探求無粘結預應力混凝土結構中預應力損失隨時間變化的全過程，為無粘結預應力混凝土結構全過程健康評定奠定基礎。

【關鍵詞】無粘結預應力；預應力損失；長期監測

0 引言

隨著人們對建筑造型和使用功能要求的提高，建筑上預應力技術應用越來越廣泛。因為無粘結預應力技術相對后張法中其他預應力技術具備無需預留孔道及無需孔道灌漿的優點，在房屋建筑中得到了廣泛的應用。預應力損失是伴隨預應力技術應用產生的，預應力混凝土結構的使用性能，取決于結構的有效預應力值。預應力損失影響因素多，且長期預應力損失隨時間的發展而變化，過高或是過低考慮預應力損失，對構件的受力性能有很大影響。本文就預應力損失問題進行了深入的探討。

1 監測內容及方案

1.1 工程概況

某辦公樓結構形式為混凝土框架結構。該大樓西南角1-6層會議室區（1-3軸，A-D軸）為滿足大空間要求，設置無粘結預應力現澆混凝土板（見圖1），板縱向長度為19.5m，橫向長度為16.8m，板厚為370mm，預應力混凝土板采用C30混凝土。預應力筋采用直徑15.2mm低松弛預應力鋼絞線，極限抗拉強度標準值為f■=1860N/mm2，截面面積A■=139mm2；張拉控制力N=0.75f■A■=193.905kN。非預應力筋采用HPB235、HRB335、HRB400三種規格制作，預應力錨具一律采用I類錨具，張拉端采用夾片錨具，固定端采用擠壓錨具。

圖1 UPC板中無粘結預應力筋平面布置圖

如圖1所示，預應力筋布置，按每個區段內的鋼筋根數均勻布置。在軸線2和B處，分別有1600mm和2200mm的區域，其鋼筋根數分別為17根和23根，布置相對其他位置較密，可視為暗梁。由《UPC結構技術規程》（文獻[6]）5.3.5可取AL1-AL2跨度為4200mm。預應力筋按拋物線形布置，如圖2所示。

結合預應力混凝土板施工實際情況，為了量測預應力筋的應力狀況及實際預應力損失，取圖紙的2-3軸交A- B軸板，在UPC板中選擇四束鋼絞線安裝振弦式預應力測力計（如圖3），安裝位置分別選擇在張拉端和錨固端。用JMZX-300X綜合測試儀測試各預應力測力計的應力，測試各根預應力筋的預應力值。固定端在澆混凝前布置（圖3（a）），張拉端在預應力筋張拉前布置（圖3（b））。圖4～5為UPC樓板從施工到竣工的一組照片。

圖2 無粘結預應力筋線形布置圖

圖3 傳感器布置

圖4 UPC樓板鋼筋籠

圖5 預應力鋼絞線張拉

1.2 預應力損失監測結果

四根鋼絞線在張拉端和錨固端均布置有傳感器，張拉端傳感器張拉到控制力時開始用綜合測試儀讀數；錨固端傳感器與張拉端同時采集數據。測得1#～4#鋼絞線從2007年7月30日張拉至2010年3月3日預應力損失百分比數據曲線圖所示（圖中為1#鋼絞線錨固端及2、3、4#鋼絞線張拉端傳感器所測數據。1#鋼絞線張拉端被破壞，2、3、4#鋼絞線錨固端數據明顯不合理，并剔除了各點明顯不合理的數據）。

從圖6中可見，預應力長期損失在前期發展較快，第1天預應力長期損失平均值達到了預應力長期損失總值的41.23%，后期損失趨于平緩；文獻[1]中有提到：一般24小時鋼筋的松弛損失即可完成50%，可見預應力長期損失在前期短時間內損失較大。

圖6 預應力長期損失實測值

2 預應力損失理論計算值與實測結果比較分析

在工程設計中，主要考慮的預應力損失組合一般按施加預應力階段和正常使用階段分別計算。正常使用階段的預應力值為永久作用的構件混凝土體的預應力，即認為此階段全部的預應力損失均已完成，長期的預應力損失，即鋼筋的松弛和混凝土的收縮徐變損失是在張拉完成后產生的，并且它隨時間的發展而變化。根據文獻[6]無粘結預應力混凝土結構設計規程各項預應力損失計算值之和見表1。

表1 各筋預應力總損失計算值（N/mm2）

見表2，將預應力損失實測值與計算值進行比較。錨固端預應力損失實測值與計算值相差較大，無法進行比較，分析原因：

（1）錨固端傳感器所測數據是扣除了錨固損失和摩擦損失的應力值，其總損失中不包括這兩項損失，故其值比計算值要小；

（2）3#、4#鋼絞線錨固端傳感器沒有被保護好，壓力傳感器放在錨固端（埋在混凝土中），因混凝土對這種形式錨具的嵌固作用，錨固力不可能全部傳給壓力傳感器，部分傳給了混凝土，導致壓力傳感器的承壓力比實際?。?#、4#錨固端數據明顯偏?。荒苷鎸嵎从愁A應力筋的有效預應力。

表2 預應力損失實測值與計算值比較

3 結論

本文以某辦公樓大跨度無粘結預應力樓板無粘結預應力工程為對象，對無粘結部分預應力樓板無粘結預應力鋼絞線長期損失進行為時近三年長期跟蹤監測工作，得出預應力損失實測值；對無粘結部分預應力樓板無粘結預應力鋼絞線的預應力損失按分項總和法進行了詳細的計算，得出總損失計算值；并對實測值與計算值進行了對比，二者基本吻合，實測值與計算值之比均小于1，計算值偏大，說明理論值偏于保守，這對于工程受力構件和結構來講，是偏于安全考慮的，使得工程建設對象安全度更高。同時，從表6預應力損失實測值與計算值比較可知同一個測點總損失比值比較長期損失比值更小，說明計算瞬時損失（包括錨具變形和無粘結預應力筋內縮引起的預應力損失σl1、無粘結預應力筋與護套壁之間的摩擦損失σl2、混凝土彈性壓縮引起的應力損失σl6三項之和）考慮過于保守，這樣就需多考慮抵消瞬時損失的超張拉，從成本角度來講是不夠經濟的，以后在類似預應力構件的施工過程中，可適當考慮減少預應力瞬時損失值。

【參考文獻】

[1]房貞政.預應力結構理論與應用[M].中國建筑工業出版社，2005.

[2]邴曉，等.無粘結預應力雙向板張拉損失[J].大連理工大學學報，2000，40（6）：747-751.

[3]袁國干.配筋混凝土結構設計原理[M].上海：同濟大學出版社，1990.

[4]李國平，主編.預應力混凝土結構設計原理[M].北京：人民交通出版社，2000.

[5]陶學康.無粘結預應力混凝土設計與施工[M].北京：地震出版社，1993.

[6]JGJ 92-2004 無粘結預應力混凝土結構設計規程[S].

[責任編輯：薛俊歌]

【摘 要】隨著預應力技術的發展，預應力損失值的計算問題成為了預應力混凝土結構的重要課題。國內外眾多學者對預應力損失進行了大量試驗及理論研究，并提出了很多相關理論和計算公式。本文以某辦公樓無粘結預應力樓板工程為背景，對無粘結預應力鋼絞線的預應力進行了從預應力鋼絞線張拉到正常使用近三年的現場長期跟蹤監測，意在探求無粘結預應力混凝土結構中預應力損失隨時間變化的全過程，為無粘結預應力混凝土結構全過程健康評定奠定基礎。

【關鍵詞】無粘結預應力；預應力損失；長期監測

0 引言

隨著人們對建筑造型和使用功能要求的提高，建筑上預應力技術應用越來越廣泛。因為無粘結預應力技術相對后張法中其他預應力技術具備無需預留孔道及無需孔道灌漿的優點，在房屋建筑中得到了廣泛的應用。預應力損失是伴隨預應力技術應用產生的，預應力混凝土結構的使用性能，取決于結構的有效預應力值。預應力損失影響因素多，且長期預應力損失隨時間的發展而變化，過高或是過低考慮預應力損失，對構件的受力性能有很大影響。本文就預應力損失問題進行了深入的探討。

1 監測內容及方案

1.1 工程概況

某辦公樓結構形式為混凝土框架結構。該大樓西南角1-6層會議室區（1-3軸，A-D軸）為滿足大空間要求，設置無粘結預應力現澆混凝土板（見圖1），板縱向長度為19.5m，橫向長度為16.8m，板厚為370mm，預應力混凝土板采用C30混凝土。預應力筋采用直徑15.2mm低松弛預應力鋼絞線，極限抗拉強度標準值為f■=1860N/mm2，截面面積A■=139mm2；張拉控制力N=0.75f■A■=193.905kN。非預應力筋采用HPB235、HRB335、HRB400三種規格制作，預應力錨具一律采用I類錨具，張拉端采用夾片錨具，固定端采用擠壓錨具。

圖1 UPC板中無粘結預應力筋平面布置圖

如圖1所示，預應力筋布置，按每個區段內的鋼筋根數均勻布置。在軸線2和B處，分別有1600mm和2200mm的區域，其鋼筋根數分別為17根和23根，布置相對其他位置較密，可視為暗梁。由《UPC結構技術規程》（文獻[6]）5.3.5可取AL1-AL2跨度為4200mm。預應力筋按拋物線形布置，如圖2所示。

結合預應力混凝土板施工實際情況，為了量測預應力筋的應力狀況及實際預應力損失，取圖紙的2-3軸交A- B軸板，在UPC板中選擇四束鋼絞線安裝振弦式預應力測力計（如圖3），安裝位置分別選擇在張拉端和錨固端。用JMZX-300X綜合測試儀測試各預應力測力計的應力，測試各根預應力筋的預應力值。固定端在澆混凝前布置（圖3（a）），張拉端在預應力筋張拉前布置（圖3（b））。圖4～5為UPC樓板從施工到竣工的一組照片。

圖2 無粘結預應力筋線形布置圖

圖3 傳感器布置

圖4 UPC樓板鋼筋籠

圖5 預應力鋼絞線張拉

1.2 預應力損失監測結果

四根鋼絞線在張拉端和錨固端均布置有傳感器，張拉端傳感器張拉到控制力時開始用綜合測試儀讀數；錨固端傳感器與張拉端同時采集數據。測得1#～4#鋼絞線從2007年7月30日張拉至2010年3月3日預應力損失百分比數據曲線圖所示（圖中為1#鋼絞線錨固端及2、3、4#鋼絞線張拉端傳感器所測數據。1#鋼絞線張拉端被破壞，2、3、4#鋼絞線錨固端數據明顯不合理，并剔除了各點明顯不合理的數據）。

從圖6中可見，預應力長期損失在前期發展較快，第1天預應力長期損失平均值達到了預應力長期損失總值的41.23%，后期損失趨于平緩；文獻[1]中有提到：一般24小時鋼筋的松弛損失即可完成50%，可見預應力長期損失在前期短時間內損失較大。

圖6 預應力長期損失實測值

2 預應力損失理論計算值與實測結果比較分析

在工程設計中，主要考慮的預應力損失組合一般按施加預應力階段和正常使用階段分別計算。正常使用階段的預應力值為永久作用的構件混凝土體的預應力，即認為此階段全部的預應力損失均已完成，長期的預應力損失，即鋼筋的松弛和混凝土的收縮徐變損失是在張拉完成后產生的，并且它隨時間的發展而變化。根據文獻[6]無粘結預應力混凝土結構設計規程各項預應力損失計算值之和見表1。

表1 各筋預應力總損失計算值（N/mm2）

見表2，將預應力損失實測值與計算值進行比較。錨固端預應力損失實測值與計算值相差較大，無法進行比較，分析原因：

（1）錨固端傳感器所測數據是扣除了錨固損失和摩擦損失的應力值，其總損失中不包括這兩項損失，故其值比計算值要??；

（2）3#、4#鋼絞線錨固端傳感器沒有被保護好，壓力傳感器放在錨固端（埋在混凝土中），因混凝土對這種形式錨具的嵌固作用，錨固力不可能全部傳給壓力傳感器，部分傳給了混凝土，導致壓力傳感器的承壓力比實際?。?#、4#錨固端數據明顯偏?。荒苷鎸嵎从愁A應力筋的有效預應力。

表2 預應力損失實測值與計算值比較

3 結論

本文以某辦公樓大跨度無粘結預應力樓板無粘結預應力工程為對象，對無粘結部分預應力樓板無粘結預應力鋼絞線長期損失進行為時近三年長期跟蹤監測工作，得出預應力損失實測值；對無粘結部分預應力樓板無粘結預應力鋼絞線的預應力損失按分項總和法進行了詳細的計算，得出總損失計算值；并對實測值與計算值進行了對比，二者基本吻合，實測值與計算值之比均小于1，計算值偏大，說明理論值偏于保守，這對于工程受力構件和結構來講，是偏于安全考慮的，使得工程建設對象安全度更高。同時，從表6預應力損失實測值與計算值比較可知同一個測點總損失比值比較長期損失比值更小，說明計算瞬時損失（包括錨具變形和無粘結預應力筋內縮引起的預應力損失σl1、無粘結預應力筋與護套壁之間的摩擦損失σl2、混凝土彈性壓縮引起的應力損失σl6三項之和）考慮過于保守，這樣就需多考慮抵消瞬時損失的超張拉，從成本角度來講是不夠經濟的，以后在類似預應力構件的施工過程中，可適當考慮減少預應力瞬時損失值。

【參考文獻】

[1]房貞政.預應力結構理論與應用[M].中國建筑工業出版社，2005.

[2]邴曉，等.無粘結預應力雙向板張拉損失[J].大連理工大學學報，2000，40（6）：747-751.

[3]袁國干.配筋混凝土結構設計原理[M].上海：同濟大學出版社，1990.

[4]李國平，主編.預應力混凝土結構設計原理[M].北京：人民交通出版社，2000.

[5]陶學康.無粘結預應力混凝土設計與施工[M].北京：地震出版社，1993.

[6]JGJ 92-2004 無粘結預應力混凝土結構設計規程[S].

[責任編輯：薛俊歌]