后张法预应力损失研究和控制总结

张立辉

（中铁二十局集团第四工程有限公司，山东 青岛 266061）

0 前言

丽攀高速公路（四川段）C4 合同段，路线全长6.84Km，管段内有特大桥2 座、大桥7 座、中桥5 座，桥梁全长4029.35 米，占全线总长度的58.9%。桥梁上部结构主要采用后张法预制梁——预应力混凝土简支小箱梁和预应力简支T 梁。其中：20m 小箱梁250 片、30mT 梁1171 片。大量的后张法预制梁施工是本项目的施工重点，而预应力的有效施加是预制梁施工质量控制的关键。

众所周知，预应力的使用不仅解决了普通钢筋混凝土的抗裂性差的问题，还大大减小了构件截面积，降低了工程造价，提高了构件的刚度，增强了构件的抗裂性，使大跨度成为了现实，提高了安全系数。预应力设计中，由于使用功能上的需要，大多数预应力筋需要布置成空间曲线状。不论直线还是曲线布筋，精确的预应力施工才是关键。

但是，由于施工因素、材料性能及环境条件的影响等，引起了预应力的种种损失，使构件在使用荷载下的性能（变形、开裂荷载、反拱）和设计相差甚远，造成因预应力不可靠引起的种种工程病害——耐久性降低、底板开裂、持续下挠、路面开裂等，严重的影响力预应力混凝土构件的使用性能。因此准确估算钢束预应力的损失并设法减少预应力的损失对构件在正常使用极限状态和减小病害具有非常重要的意义。

1 引起预应力损失的因素及减少损失的措施

1.1 由于施工设备和组件引起的预应力损失

一是由于夹具本身的自锁和自锚能力差，锥销的强度、硬度小于预应力钢筋的强度和硬度，从而引起预应力的损失；二是锚具变形和拼装构件的接缝压缩引起的预应力损失；三是长时间、高频率的使用设备引起千斤顶漏油、无法持荷，难以达到要求的控制力引起的预应力损失；四是油表受外力或受潮、热过度，导致油表和千斤顶对应关系发生变化产生的预应力损失。

减小此类损失的方法是：（1）选用强度大，自身和自锚能力均好的夹具，同时应使锥销的强硬度大于预应力筋的强硬度；（2）选择锚具变形小或预应力钢筋回缩小的锚具、夹片，并对使用的工具构件及时维护；（3）设备必须经过鉴定，并有备用油表，使用过程中要及时维护，出现异常必须重新标定。

表1 锚具变形、钢筋回缩和拼装构件的接缝压缩参考值

1.2 由于混凝土材料引起的预应力损失

一是由于混凝土的强度不高，导致张拉面混凝土变形大从而引起预应力损失；二是由于混凝土自身收缩徐变的特征，在混凝土收缩徐变过大时引起的预应力损失。

减少此类损失的方法是：（1）保证混凝土的张拉强度满足设计，振捣密室，减少张拉面混凝土变形量；（2）采用高标号水泥，降低水灰比，采用级配好的骨料，提高混凝土的密实性，从而减少混凝土的收缩徐变。

由混凝土收缩徐变引起的预应力钢筋应力损失：

σs＝[nyσhψ(∞，t)+Eyε(∞，t)]/(1+10μPA)

ny——预应力钢筋的弹性模量Ey 与混凝土弹性模量Eh 的比值；

σh——在计算截面上全部受力钢筋重心除由预加应力产生的砼法向应力；

ψ(∞，τ)——加载齡期为t 时砼的徐变系数；

ε(∞，τ)——自砼齡期t 开始的收缩应变终值；

μ——配筋率；

A——构件截面面积。

1.3 由于张拉回缩锚固引起的预应力损失

张拉锚固应力直接直接影响预应力混凝土的使用效果，假若锚固应力不够，则预应力钢筋经过几种损失后对混凝土的预压应力过小，不能有效的保证预应力混凝土构件的抗裂度和刚度。

减小此类损失的方法是：（1）咨询锚具厂家该锚具的回缩量是多少；（2）实际操作仔细量测锚固回缩量的大小，并把此回缩量加到控制伸长量之中。或可参考1.1 表中数据。

1.4 由于温差引起的预应力损失

混凝土加热养护时的温度为t2，预应力钢筋温度为t1，张拉时预应力钢筋温度由t1 上升到t2，此时钢筋还没有和混凝土黏结，可以在孔道内自由变形，使钢筋产生温差变形△＝a×(t2-t1)×L。注浆后，钢筋和混凝土已经黏结在一起，因养护升温所降低的应力已经不可恢复，于是形成温差应力损失。

减小此损失的方法是：钢筋随构件养护，避免产生温差和及早注浆。

设养护升温后，预应力筋与混凝土之间的温差为Δt℃，取钢筋的温度膨胀系数为1×10-5/℃，则有：

σl3＝1×10-5EsΔt=1×10-5×2×105×Δt＝2Δt

1.5 由于钢筋松弛引起的预应力损失

钢筋在持久不变的应力作用下，会产生随持续加荷时间延长而增加徐变变形；钢筋在一定拉应力下，将其长度固定不变，则钢筋中的应力将随时间延长而降低，以上成为钢筋的松弛。

减小此类损失的方法是：进行超张拉，先控制张拉应力为1.05～1.1σ，持续荷载2～5min 后卸掉荷载，再施加张拉应力至σ；尽早注浆，减少其松弛、徐变的时间。

表2 由预应力钢筋的松弛引起的应力损失的终极值

1.6 张拉工艺引起的预应力损失

预应力钢筋单端张拉，张拉应力不足引起的预应力损失；后张预应力混凝土构件的预应力钢筋采用分批张拉时，先张拉端钢筋由于张拉后批钢筋所产生的混凝土的弹性压缩引起的应力损失。

Σs＝nyΣ△σh1

ny——预应力钢筋与混凝土弹性模量比；

Σ△σh1——在先张拉钢筋重心处，由后张拉各批钢筋而产生的混凝土法向应力；

2 结束语

本项目的预应力张拉施工经过以上6个方面的预控，现场施工中各项张拉数据和指标均符合设计要求。严格的质量控制和优良的施工质量受到上级单位的多次表彰，其中花山特大桥被评为2014年度“铁建杯”优质工程。

除以上各项预应力损失之外的其他预应力损失，对不同锚具、不同施工工法，可能存在的其他应力损失，应按具体条件，决定是否考虑其影响。

［1］GB50010-2002 混凝土结构设计规范[S].

［2］预应力工程设计施工手册[M].中国建筑工业出版社.

［3］预应力结构理论与应用中国建筑[M]工业出版社.

［4］JTGD-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].人民交通出版社.