无粘结预应力长期监测成果分析

魏启智

【摘 要】随着预应力技术的发展，预应力损失值的计算问题成为了预应力混凝土结构的重要课题。国内外众多学者对预应力损失进行了大量试验及理论研究，并提出了很多相关理论和计算公式。本文以某办公楼无粘结预应力楼板工程为背景，对无粘结预应力钢绞线的预应力进行了从预应力钢绞线张拉到正常使用近三年的现场长期跟踪监测，意在探求无粘结预应力混凝土结构中预应力损失随时间变化的全过程，为无粘结预应力混凝土结构全过程健康评定奠定基础。

【关键词】无粘结预应力；预应力损失；长期监测

0 引言

随着人们对建筑造型和使用功能要求的提高，建筑上预应力技术应用越来越广泛。因为无粘结预应力技术相对后张法中其他预应力技术具备无需预留孔道及无需孔道灌浆的优点，在房屋建筑中得到了广泛的应用。预应力损失是伴随预应力技术应用产生的，预应力混凝土结构的使用性能，取决于结构的有效预应力值。预应力损失影响因素多，且长期预应力损失随时间的发展而变化，过高或是过低考虑预应力损失，对构件的受力性能有很大影响。本文就预应力损失问题进行了深入的探讨。

1 监测内容及方案

1.1 工程概况

某办公楼结构形式为混凝土框架结构。该大楼西南角1-6层会议室区（1-3轴，A-D轴）为满足大空间要求，设置无粘结预应力现浇混凝土板（见图1），板纵向长度为19.5m，横向长度为16.8m，板厚为370mm，预应力混凝土板采用C30混凝土。预应力筋采用直径15.2mm低松弛预应力钢绞线，极限抗拉强度标准值为f■=1860N/mm2，截面面积A■=139mm2；张拉控制力N=0.75f■A■=193.905kN。非预应力筋采用HPB235、HRB335、HRB400三种规格制作，预应力锚具一律采用I类锚具，张拉端采用夹片锚具，固定端采用挤压锚具。

图1 UPC板中无粘结预应力筋平面布置图

如图1所示，预应力筋布置，按每个区段内的钢筋根数均匀布置。在轴线2和B处，分别有1600mm和2200mm的区域，其钢筋根数分别为17根和23根，布置相对其他位置较密，可视为暗梁。由《UPC结构技术规程》（文献[6]）5.3.5可取AL1-AL2跨度为4200mm。预应力筋按抛物线形布置，如图2所示。

结合预应力混凝土板施工实际情况，为了量测预应力筋的应力状况及实际预应力损失，取图纸的2-3轴交A- B轴板，在UPC板中选择四束钢绞线安装振弦式预应力测力计（如图3），安装位置分别选择在张拉端和锚固端。用JMZX-300X综合测试仪测试各预应力测力计的应力，测试各根预应力筋的预应力值。固定端在浇混凝前布置（图3（a）），张拉端在预应力筋张拉前布置（图3（b））。图4～5为UPC楼板从施工到竣工的一组照片。

图2 无粘结预应力筋线形布置图

图3 传感器布置

图4 UPC楼板钢筋笼

图5 预应力钢绞线张拉

1.2 预应力损失监测结果

四根钢绞线在张拉端和锚固端均布置有传感器，张拉端传感器张拉到控制力时开始用综合测试仪读数；锚固端传感器与张拉端同时采集数据。测得1#～4#钢绞线从2007年7月30日张拉至2010年3月3日预应力损失百分比数据曲线图所示（图中为1#钢绞线锚固端及2、3、4#钢绞线张拉端传感器所测数据。1#钢绞线张拉端被破坏，2、3、4#钢绞线锚固端数据明显不合理，并剔除了各点明显不合理的数据）。

从图6中可见，预应力长期损失在前期发展较快，第1天预应力长期损失平均值达到了预应力长期损失总值的41.23%，后期损失趋于平缓；文献[1]中有提到：一般24小时钢筋的松弛损失即可完成50%，可见预应力长期损失在前期短时间内损失较大。

图6 预应力长期损失实测值

2 预应力损失理论计算值与实测结果比较分析

在工程设计中，主要考虑的预应力损失组合一般按施加预应力阶段和正常使用阶段分别计算。正常使用阶段的预应力值为永久作用的构件混凝土体的预应力，即认为此阶段全部的预应力损失均已完成，长期的预应力损失，即钢筋的松弛和混凝土的收缩徐变损失是在张拉完成后产生的，并且它随时间的发展而变化。根据文献[6]无粘结预应力混凝土结构设计规程各项预应力损失计算值之和见表1。

表1 各筋预应力总损失计算值（N/mm2）

见表2，将预应力损失实测值与计算值进行比较。锚固端预应力损失实测值与计算值相差较大，无法进行比较，分析原因：

（1）锚固端传感器所测数据是扣除了锚固损失和摩擦损失的应力值，其总损失中不包括这两项损失，故其值比计算值要小；

（2）3#、4#钢绞线锚固端传感器没有被保护好，压力传感器放在锚固端（埋在混凝土中），因混凝土对这种形式锚具的嵌固作用，锚固力不可能全部传给压力传感器，部分传给了混凝土，导致压力传感器的承压力比实际小（3#、4#锚固端数据明显偏小），不能真实反映预应力筋的有效预应力。

表2 预应力损失实测值与计算值比较

3 结论

本文以某办公楼大跨度无粘结预应力楼板无粘结预应力工程为对象，对无粘结部分预应力楼板无粘结预应力钢绞线长期损失进行为时近三年长期跟踪监测工作，得出预应力损失实测值；对无粘结部分预应力楼板无粘结预应力钢绞线的预应力损失按分项总和法进行了详细的计算，得出总损失计算值；并对实测值与计算值进行了对比，二者基本吻合，实测值与计算值之比均小于1，计算值偏大，说明理论值偏于保守，这对于工程受力构件和结构来讲，是偏于安全考虑的，使得工程建设对象安全度更高。同时，从表6预应力损失实测值与计算值比较可知同一个测点总损失比值比较长期损失比值更小，说明计算瞬时损失（包括锚具变形和无粘结预应力筋内缩引起的预应力损失σl1、无粘结预应力筋与护套壁之间的摩擦损失σl2、混凝土弹性压缩引起的应力损失σl6三项之和）考虑过于保守，这样就需多考虑抵消瞬时损失的超张拉，从成本角度来讲是不够经济的，以后在类似预应力构件的施工过程中，可适当考虑减少预应力瞬时损失值。

【参考文献】

[1]房贞政.预应力结构理论与应用[M].中国建筑工业出版社，2005.

[2]邴晓，等.无粘结预应力双向板张拉损失[J].大连理工大学学报，2000，40（6）：747-751.

[3]袁国干.配筋混凝土结构设计原理[M].上海：同济大学出版社，1990.

[4]李国平，主编.预应力混凝土结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，2000.

[5]陶学康.无粘结预应力混凝土设计与施工[M].北京：地震出版社，1993.

[6]JGJ 92-2004 无粘结预应力混凝土结构设计规程[S].

[责任编辑：薛俊歌]

【摘 要】随着预应力技术的发展，预应力损失值的计算问题成为了预应力混凝土结构的重要课题。国内外众多学者对预应力损失进行了大量试验及理论研究，并提出了很多相关理论和计算公式。本文以某办公楼无粘结预应力楼板工程为背景，对无粘结预应力钢绞线的预应力进行了从预应力钢绞线张拉到正常使用近三年的现场长期跟踪监测，意在探求无粘结预应力混凝土结构中预应力损失随时间变化的全过程，为无粘结预应力混凝土结构全过程健康评定奠定基础。

【关键词】无粘结预应力；预应力损失；长期监测

0 引言

随着人们对建筑造型和使用功能要求的提高，建筑上预应力技术应用越来越广泛。因为无粘结预应力技术相对后张法中其他预应力技术具备无需预留孔道及无需孔道灌浆的优点，在房屋建筑中得到了广泛的应用。预应力损失是伴随预应力技术应用产生的，预应力混凝土结构的使用性能，取决于结构的有效预应力值。预应力损失影响因素多，且长期预应力损失随时间的发展而变化，过高或是过低考虑预应力损失，对构件的受力性能有很大影响。本文就预应力损失问题进行了深入的探讨。

1 监测内容及方案

1.1 工程概况

某办公楼结构形式为混凝土框架结构。该大楼西南角1-6层会议室区（1-3轴，A-D轴）为满足大空间要求，设置无粘结预应力现浇混凝土板（见图1），板纵向长度为19.5m，横向长度为16.8m，板厚为370mm，预应力混凝土板采用C30混凝土。预应力筋采用直径15.2mm低松弛预应力钢绞线，极限抗拉强度标准值为f■=1860N/mm2，截面面积A■=139mm2；张拉控制力N=0.75f■A■=193.905kN。非预应力筋采用HPB235、HRB335、HRB400三种规格制作，预应力锚具一律采用I类锚具，张拉端采用夹片锚具，固定端采用挤压锚具。

图1 UPC板中无粘结预应力筋平面布置图

如图1所示，预应力筋布置，按每个区段内的钢筋根数均匀布置。在轴线2和B处，分别有1600mm和2200mm的区域，其钢筋根数分别为17根和23根，布置相对其他位置较密，可视为暗梁。由《UPC结构技术规程》（文献[6]）5.3.5可取AL1-AL2跨度为4200mm。预应力筋按抛物线形布置，如图2所示。

结合预应力混凝土板施工实际情况，为了量测预应力筋的应力状况及实际预应力损失，取图纸的2-3轴交A- B轴板，在UPC板中选择四束钢绞线安装振弦式预应力测力计（如图3），安装位置分别选择在张拉端和锚固端。用JMZX-300X综合测试仪测试各预应力测力计的应力，测试各根预应力筋的预应力值。固定端在浇混凝前布置（图3（a）），张拉端在预应力筋张拉前布置（图3（b））。图4～5为UPC楼板从施工到竣工的一组照片。

图2 无粘结预应力筋线形布置图

图3 传感器布置

图4 UPC楼板钢筋笼

图5 预应力钢绞线张拉

1.2 预应力损失监测结果

四根钢绞线在张拉端和锚固端均布置有传感器，张拉端传感器张拉到控制力时开始用综合测试仪读数；锚固端传感器与张拉端同时采集数据。测得1#～4#钢绞线从2007年7月30日张拉至2010年3月3日预应力损失百分比数据曲线图所示（图中为1#钢绞线锚固端及2、3、4#钢绞线张拉端传感器所测数据。1#钢绞线张拉端被破坏，2、3、4#钢绞线锚固端数据明显不合理，并剔除了各点明显不合理的数据）。

从图6中可见，预应力长期损失在前期发展较快，第1天预应力长期损失平均值达到了预应力长期损失总值的41.23%，后期损失趋于平缓；文献[1]中有提到：一般24小时钢筋的松弛损失即可完成50%，可见预应力长期损失在前期短时间内损失较大。

图6 预应力长期损失实测值

2 预应力损失理论计算值与实测结果比较分析

在工程设计中，主要考虑的预应力损失组合一般按施加预应力阶段和正常使用阶段分别计算。正常使用阶段的预应力值为永久作用的构件混凝土体的预应力，即认为此阶段全部的预应力损失均已完成，长期的预应力损失，即钢筋的松弛和混凝土的收缩徐变损失是在张拉完成后产生的，并且它随时间的发展而变化。根据文献[6]无粘结预应力混凝土结构设计规程各项预应力损失计算值之和见表1。

表1 各筋预应力总损失计算值（N/mm2）

见表2，将预应力损失实测值与计算值进行比较。锚固端预应力损失实测值与计算值相差较大，无法进行比较，分析原因：

（1）锚固端传感器所测数据是扣除了锚固损失和摩擦损失的应力值，其总损失中不包括这两项损失，故其值比计算值要小；

（2）3#、4#钢绞线锚固端传感器没有被保护好，压力传感器放在锚固端（埋在混凝土中），因混凝土对这种形式锚具的嵌固作用，锚固力不可能全部传给压力传感器，部分传给了混凝土，导致压力传感器的承压力比实际小（3#、4#锚固端数据明显偏小），不能真实反映预应力筋的有效预应力。

表2 预应力损失实测值与计算值比较

3 结论

本文以某办公楼大跨度无粘结预应力楼板无粘结预应力工程为对象，对无粘结部分预应力楼板无粘结预应力钢绞线长期损失进行为时近三年长期跟踪监测工作，得出预应力损失实测值；对无粘结部分预应力楼板无粘结预应力钢绞线的预应力损失按分项总和法进行了详细的计算，得出总损失计算值；并对实测值与计算值进行了对比，二者基本吻合，实测值与计算值之比均小于1，计算值偏大，说明理论值偏于保守，这对于工程受力构件和结构来讲，是偏于安全考虑的，使得工程建设对象安全度更高。同时，从表6预应力损失实测值与计算值比较可知同一个测点总损失比值比较长期损失比值更小，说明计算瞬时损失（包括锚具变形和无粘结预应力筋内缩引起的预应力损失σl1、无粘结预应力筋与护套壁之间的摩擦损失σl2、混凝土弹性压缩引起的应力损失σl6三项之和）考虑过于保守，这样就需多考虑抵消瞬时损失的超张拉，从成本角度来讲是不够经济的，以后在类似预应力构件的施工过程中，可适当考虑减少预应力瞬时损失值。

【参考文献】

[1]房贞政.预应力结构理论与应用[M].中国建筑工业出版社，2005.

[2]邴晓，等.无粘结预应力双向板张拉损失[J].大连理工大学学报，2000，40（6）：747-751.

[3]袁国干.配筋混凝土结构设计原理[M].上海：同济大学出版社，1990.

[4]李国平，主编.预应力混凝土结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，2000.

[5]陶学康.无粘结预应力混凝土设计与施工[M].北京：地震出版社，1993.

[6]JGJ 92-2004 无粘结预应力混凝土结构设计规程[S].

[责任编辑：薛俊歌]

【摘 要】随着预应力技术的发展，预应力损失值的计算问题成为了预应力混凝土结构的重要课题。国内外众多学者对预应力损失进行了大量试验及理论研究，并提出了很多相关理论和计算公式。本文以某办公楼无粘结预应力楼板工程为背景，对无粘结预应力钢绞线的预应力进行了从预应力钢绞线张拉到正常使用近三年的现场长期跟踪监测，意在探求无粘结预应力混凝土结构中预应力损失随时间变化的全过程，为无粘结预应力混凝土结构全过程健康评定奠定基础。

【关键词】无粘结预应力；预应力损失；长期监测

0 引言

随着人们对建筑造型和使用功能要求的提高，建筑上预应力技术应用越来越广泛。因为无粘结预应力技术相对后张法中其他预应力技术具备无需预留孔道及无需孔道灌浆的优点，在房屋建筑中得到了广泛的应用。预应力损失是伴随预应力技术应用产生的，预应力混凝土结构的使用性能，取决于结构的有效预应力值。预应力损失影响因素多，且长期预应力损失随时间的发展而变化，过高或是过低考虑预应力损失，对构件的受力性能有很大影响。本文就预应力损失问题进行了深入的探讨。

1 监测内容及方案

1.1 工程概况

某办公楼结构形式为混凝土框架结构。该大楼西南角1-6层会议室区（1-3轴，A-D轴）为满足大空间要求，设置无粘结预应力现浇混凝土板（见图1），板纵向长度为19.5m，横向长度为16.8m，板厚为370mm，预应力混凝土板采用C30混凝土。预应力筋采用直径15.2mm低松弛预应力钢绞线，极限抗拉强度标准值为f■=1860N/mm2，截面面积A■=139mm2；张拉控制力N=0.75f■A■=193.905kN。非预应力筋采用HPB235、HRB335、HRB400三种规格制作，预应力锚具一律采用I类锚具，张拉端采用夹片锚具，固定端采用挤压锚具。

图1 UPC板中无粘结预应力筋平面布置图

如图1所示，预应力筋布置，按每个区段内的钢筋根数均匀布置。在轴线2和B处，分别有1600mm和2200mm的区域，其钢筋根数分别为17根和23根，布置相对其他位置较密，可视为暗梁。由《UPC结构技术规程》（文献[6]）5.3.5可取AL1-AL2跨度为4200mm。预应力筋按抛物线形布置，如图2所示。

结合预应力混凝土板施工实际情况，为了量测预应力筋的应力状况及实际预应力损失，取图纸的2-3轴交A- B轴板，在UPC板中选择四束钢绞线安装振弦式预应力测力计（如图3），安装位置分别选择在张拉端和锚固端。用JMZX-300X综合测试仪测试各预应力测力计的应力，测试各根预应力筋的预应力值。固定端在浇混凝前布置（图3（a）），张拉端在预应力筋张拉前布置（图3（b））。图4～5为UPC楼板从施工到竣工的一组照片。

图2 无粘结预应力筋线形布置图

图3 传感器布置

图4 UPC楼板钢筋笼

图5 预应力钢绞线张拉

1.2 预应力损失监测结果

四根钢绞线在张拉端和锚固端均布置有传感器，张拉端传感器张拉到控制力时开始用综合测试仪读数；锚固端传感器与张拉端同时采集数据。测得1#～4#钢绞线从2007年7月30日张拉至2010年3月3日预应力损失百分比数据曲线图所示（图中为1#钢绞线锚固端及2、3、4#钢绞线张拉端传感器所测数据。1#钢绞线张拉端被破坏，2、3、4#钢绞线锚固端数据明显不合理，并剔除了各点明显不合理的数据）。

从图6中可见，预应力长期损失在前期发展较快，第1天预应力长期损失平均值达到了预应力长期损失总值的41.23%，后期损失趋于平缓；文献[1]中有提到：一般24小时钢筋的松弛损失即可完成50%，可见预应力长期损失在前期短时间内损失较大。

图6 预应力长期损失实测值

2 预应力损失理论计算值与实测结果比较分析

在工程设计中，主要考虑的预应力损失组合一般按施加预应力阶段和正常使用阶段分别计算。正常使用阶段的预应力值为永久作用的构件混凝土体的预应力，即认为此阶段全部的预应力损失均已完成，长期的预应力损失，即钢筋的松弛和混凝土的收缩徐变损失是在张拉完成后产生的，并且它随时间的发展而变化。根据文献[6]无粘结预应力混凝土结构设计规程各项预应力损失计算值之和见表1。

表1 各筋预应力总损失计算值（N/mm2）

见表2，将预应力损失实测值与计算值进行比较。锚固端预应力损失实测值与计算值相差较大，无法进行比较，分析原因：

（1）锚固端传感器所测数据是扣除了锚固损失和摩擦损失的应力值，其总损失中不包括这两项损失，故其值比计算值要小；

（2）3#、4#钢绞线锚固端传感器没有被保护好，压力传感器放在锚固端（埋在混凝土中），因混凝土对这种形式锚具的嵌固作用，锚固力不可能全部传给压力传感器，部分传给了混凝土，导致压力传感器的承压力比实际小（3#、4#锚固端数据明显偏小），不能真实反映预应力筋的有效预应力。

表2 预应力损失实测值与计算值比较

3 结论

本文以某办公楼大跨度无粘结预应力楼板无粘结预应力工程为对象，对无粘结部分预应力楼板无粘结预应力钢绞线长期损失进行为时近三年长期跟踪监测工作，得出预应力损失实测值；对无粘结部分预应力楼板无粘结预应力钢绞线的预应力损失按分项总和法进行了详细的计算，得出总损失计算值；并对实测值与计算值进行了对比，二者基本吻合，实测值与计算值之比均小于1，计算值偏大，说明理论值偏于保守，这对于工程受力构件和结构来讲，是偏于安全考虑的，使得工程建设对象安全度更高。同时，从表6预应力损失实测值与计算值比较可知同一个测点总损失比值比较长期损失比值更小，说明计算瞬时损失（包括锚具变形和无粘结预应力筋内缩引起的预应力损失σl1、无粘结预应力筋与护套壁之间的摩擦损失σl2、混凝土弹性压缩引起的应力损失σl6三项之和）考虑过于保守，这样就需多考虑抵消瞬时损失的超张拉，从成本角度来讲是不够经济的，以后在类似预应力构件的施工过程中，可适当考虑减少预应力瞬时损失值。

【参考文献】

[1]房贞政.预应力结构理论与应用[M].中国建筑工业出版社，2005.

[2]邴晓，等.无粘结预应力双向板张拉损失[J].大连理工大学学报，2000，40（6）：747-751.

[3]袁国干.配筋混凝土结构设计原理[M].上海：同济大学出版社，1990.

[4]李国平，主编.预应力混凝土结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，2000.

[5]陶学康.无粘结预应力混凝土设计与施工[M].北京：地震出版社，1993.

[6]JGJ 92-2004 无粘结预应力混凝土结构设计规程[S].

[责任编辑：薛俊歌]