浅谈板梁预应力损失计算和控制措施

葛明锋 邓万军 汤晓慧

1 概况

沿预应力混凝土构件长度方向,预应力钢筋中的预拉应力并不是一个恒定值,由于受施工因素、材料性能及环境条件的影响,在施工和使用过程中往往会逐步减小,预应力筋中这种预拉应力的减小称为预应力损失。

预应力损失计算是预应力桥梁设计的重要内容之一。但目前的计算方法还不能精确的计算预应力的损失,因为引起预应力损失的因素很多,如果都加以考虑,预应力损失的计算将极其复杂,基本不可能实现。所以现在大都在完成板梁初步设计以后,按照预应力钢筋在板梁中的布置形式和预应力的施工工艺,采用我国“规范”分项计算预应力损失。

2 预应力损失理论

预应力混凝土板梁桥的预应力损失计算在正常使用极限状态计算下,应考虑由下列因素引起的预应力损失[1]:

预应力钢筋与管道壁之间的摩擦σl1,锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩σl2,预应力钢筋与台座之间的温差σl3,混凝土的弹性压缩σl4,预应力钢筋的应力松弛σl5,混凝土的收缩和徐变 σl6等。

此外,尚应考虑预应力钢筋与锚圈口之间的摩擦、台座的弹性变形等因素引起的其他预应力损失。

3 减少预应力损失的措施

1)超张拉预应力筋的施工顺序。采用超张拉的方法可以有效减少预应力损失,超张拉方法的施工工序为0→初应力0.1σcon→锚固。通过对现场预制的板梁实际检测以后发现此工序相当有效[2]。

2)不同的张拉方法。张拉方法可分为一端张拉和两端张拉。对曲线预应力筋和长度大于30 m的直线预应力筋应采用两端张拉。本文的预应力空心板梁长度为13 m,故采用一端张拉。

3)预应力筋的选择。选择不同的预应力筋对减少板梁预应力损失的效果是不同的,预应力筋由于在持久不变的应力作用下,会产生随着持续加荷时间延长而不断增加蠕变,如果把预应力筋张拉到一定值后,将其长度固定不变,预应力筋中的应力会随时间的延长而减小。目前工程大量使用钢绞线,经实测得出钢绞线应力损失能降低Δσl5=2.5%σcon左右。

4)选用高质量锚具。目前我国锚具采用最多的是夹片锚具和墩头锚具,预应力筋采用钢绞线时,锚具为夹片式锚具,一般利用钢绞线回缩带进夹片的自锚式锚具,支持钢绞线的夹片按楔块作用原理,在钢绞线回缩过程中将其越拉越紧,从而达到锚固的目的,其回缩值一般为5 mm～6 mm。

5)提高对混凝土的质量要求。为减少混凝土的收缩、徐变引起的预应力损失σl6,应减少收缩和徐变变形。采取的措施有:a.采用高等级的水泥,减少水泥用量,降低水灰比;b.采用级配较好的骨料,加强振捣,提高混凝土的密实性;c.加强养护,张拉前定期浇水养护,以减小混凝土的收缩;d.延长混凝土的受力时间,控制混凝土的加荷龄期[2-7]。

6)增加持荷时间。预应力筋张拉到一定的应力值后,将其长度固定不变,则预应力筋中的应力将随时间的延长而降低,即预应力筋应力松弛,而在短时间内,用超张拉设计初应力为5%～10%的应力张拉预应力筋,保持2 min～5 min,然后降至设计控制应力值,可使空心板梁中由预应力筋松弛而引起的应力损失减少约40%～50%。因此超张拉时张拉至1.05σcon时应持荷5 min,以减少预应力损失。

4 工程实例

江苏某城市有一新建桥梁,路线与河道中心夹角为95°,桥梁横断面分为3个桥梁。分别为:南人行道、慢车道,简称南桥;快车道,简称中桥;北慢车道、人行道,简称北桥。桥面宽度为45.0 m。桥梁建设标准跨径13 m+13 m+13 m,上部结构为13 m先张法预应力混凝土空心板梁,梁高55 cm。预应力钢绞线采用φ 12.70,fpk=1 860 MPa,Ep=1.95×105MPa,松弛率为3.5%。空心板采用强度等级为C40混凝土,本工程于2007年完成。现在计算本工程的预应力损失。估算的损失均是采用了相应的控制措施。选用普通钢筋6φ 12,As=678.58 mm2,采用13根 1×7股钢绞线Apl=13×98.7=1 283.1 mm2。

计算结果汇总于表1。

表1 预应力损失汇总表 MPa

5 结语

在实际工程中,引起板梁预应力损失的因素很多,计算预应力损失的方法与理论日趋成熟,但想要准确的计算损失预应力还是困难的,本文采用规范规定的分项法对各种预应力损失进行计算,并根据预应力损失的原理提出了几项控制预应力损失的方法。我们在预应力方面的研究还要继续,更加完善桥梁预应力损失的理论,更好的指导我们的设计与施工。

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