大跨径连续梁施工过程中预应力损失分析

任 慧

(山西交通科学研究院集团有限公司，山西 太原 030006)

1 预应力筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失

通过后张法预应力对混凝土展开施工的过程中，进行双向张拉的时候，因为预应力出现在管道壁会形成较大摩擦力，进而就会使预应力筋中产生的预应力造成张拉端相对更高，而中间部分缓慢变小的现场产生。上述这种因为摩擦而形成的预应力损失可以直接用下述观点来进行描述：在钢筋中的各个两个截面中对应应力之间的差直接等于这两点间产生的摩擦预应力损失。

因为预应力钢筋普遍是通过曲线与直线两端组合而成，因此在实际张拉环节内，摩擦形成的预应力损失是指孔道壁间与钢筋间相互接触产生的竖向压力。由于材料在相同环境中其对应的摩擦系数变化相对更小，也可以直接看做是常数，所以该常数能够直接对摩擦力大小产生作用，并形成竖向压力。当属于曲线段时，其对应的摩擦阻力将明显高于直线段，产生这种现象的原因也正是因为孔壁摩擦与预应力筋摩擦损失。

当针对曲线分段摩擦阻力展开计算的过程中，若此时假设孔道壁与预应力筋两者完全接触，选择单位dl为主要分析对象，那么该对象对应的弯曲角则是dθ，此时曲线半径则是R1，若摩擦系数μ，那么可以得出下列公式。

dl=R1dθ

竖直方向的弯道壁径与钢筋间形成的压力可以用如下公式表示

dP1≈Ndθ

那么对应的摩擦力则是

dF1=μNdθ

式中：N为预应力筋对应的张拉力;P1为单位长度之中弯道内壁与预应力筋两者间形成的径向压力;F1为单位长度中弯道内壁与预应力间二者形成的摩擦力。

由于管道偏差形成的作用，所以可以直接带入张拉边界条件，即θ=θ0=0，l=l0=0，通过大量转化与换算能够得出摩擦力损失σl1即

σl1=σk·[1-e-(μθ+kx)]

式中：σk为锚下张拉控制对应的应力；Θ为曲线包角；x为根据张拉端到管道长度上对应的投影长度；K为管道中每米对应长度与局部偏差对整个摩擦产生的影响系数。

孔道壁与预应力间摩擦产生的预应力损失理论值比实测值更小。在具体施工过程中能够运用下面方式降低预应力产生的损失：在预应力表面涂润滑剂、使用超张拉程序以及两端张拉的手法，如此能够防止预应力筋生锈进而产生的摩擦力上升，该方式在实际工程中已经获得了较好效果。

同时孔道壁与预应力筋形成的摩擦预应力损失还应该考虑折线部分。在对上述内容展开论述的过程中，能够发现孔道壁与预应力筋摩擦产生的预应力损失需要根据管道长度与曲线包角两个因素来决定，因此对这两个因素进行控制，能够将预应力控制在一个固定范围内。

2 预应力筋和台座间温差引起的预应力损失

通过先张法预应力混凝土结构展开施工的过程中，如果使用蒸汽等对混凝土进行养护，那么混凝土与钢筋在开始结合的时候极有可能形成变形，所以必须保证钢筋与混凝土之间存在一个较大的温差。

按照相关部门提出的法规展开计算，能够得出下列公式

Δlt=α·(t2-t1)·l

式中：Δlt为钢筋温差产生的变形；α为钢筋线对应的膨胀系数，在大多数情况下取一般取1×10-5；l为钢筋对应的有效长度；t1为张拉过程中的温度；t2为养护过程中的温度。

在混凝土养护过程中，如果张拉筋与混凝土两者处于一同受热的状态，那么预应力钢筋伸长的幅度将与混凝土保持相同，此时不用考虑因为张拉筋本身约束产生的预应力钢筋缩进，不然将需要展开相关计算。

因为温差产生的预应力损失计算相关公式为：σ=α·E(t2-t1)·K，该公式内E表示的含义为钢筋弹性模量，而K对应的含义则是生产构件的工艺因素系数。

在针对预应力钢绞线混凝土构件与筋构件两部分对应的K以及σ展开测定。随后在实验过程中得到两种不同尺寸的预应力混凝土试件，每一组中都有四块，其中第一组设定的温度一直不变，为85°，同时钢筋也需要固定在台座挡板上，不能移动位置。第二组在制作工程中将使用一个温度调节系统，保证其中温度会按照需要上升，同时也能够检测得到张拉筋对应的预应力。在温度不断变化时，都需要使用拉伸钢筋的方式，保证其一直为初始应力，如此温差将不会对钢筋应力产生作用。

因为温差的最终实际应力损失将于计算有着较为明显的差距，因此在针对应力损失展开计算的过程中，一定要注意大量不同的因素，而上述因素也将因为时间的变化，对最终应力状态产生作用，使最终呈现出的效果并不是一个非线性效果。

4 预应力筋松弛引起的预应力损失

预应力筋于长久的作用之下，因为应力的作用将导致本钢筋伴随时间演变而发生金属蠕变，最为明显的体现就是现有预应力筋于特定拉应力的影响下，其长度不会发生变化，但筋束当中的应力会因为时间的演变而不断减小，也就是我们说的钢筋变松所导致的应力丢失。

此类预应力筋往往具有下列特征。

(1)钢筋于开始张拉时其初始应力越大，它的应力变松程度就会越大，当初始应力低于钢筋最大强度的1/2时，其变松程度极小，完全可以忽略不计；

(2)钢筋的变松程度同采用钢筋的质量息息相关，通常情况下，低检驰度的数值小于正常检驰度钢筋的1/3；

(3)钢筋变松同时间有很大联系，一般早期时间变化很快，24 h就可以达到其数值的1/2，后其就会趋向稳定；

(4)应用超张拉模式，同时维护数分钟之后，再将其减小到设计规定数值，就能让检驰量降低大约1/2；

(5)钢筋变松程度会由于温度上升而增大。

依据相关的要求与标准，本段钢筋变松所导致的应力丢失能够依据σl5=k·σk运算得出，公式当中k值会因为钢筋各类的差别而所有变化：通常情况下，针对冷拉粗钢筋进一次性张拉其数值可使用0.05，进行超张拉操作时其数据可以使用0.035；就普通型检驰钢丝抑或钢绞线进行一次性张拉操作，其值可选用0.07，实施超张拉操作，其值可选用0.045；就低松驰钢丝抑或钢绞线而言，能够依据其出厂检验材料给出的极限检驰率运算得出，没有材料可供参考时，可以把其值选用0.022。

5 混凝土收缩与徐变引起的预应力损失

对于混凝土来说，其出现的收缩与徐变现象是一个长久预应力的丢失，并且伴随时间推进而持续变大，因为混凝土出现的收缩和徐变会致使构件横向变短，所以预应力筋预先施加的相应预应力必须会在基构件出现变短的状况下出现极大损失，且随着时间推进而持续增大。不过因为混凝土出现的收缩和徐变现象会受到诸多因素的影响，例如外部温度、施加载荷及其工程建筑质量等等，这时它的预应力丢失相关运算就会关系到很多方面因素，在对其进行运算进就会变得更加很杂，同时还会因为诸多要素的影响导致求算结果产生很大的误差。

假如预应力混凝土轴心承受拉力的构件因为锚具形状变化、钢筋变松以及温差等一系列第1批次预应力丢失后相应预应力钢筋中的对应接力总和是Np1，此时预应力钢筋当中的预先拉应力是σp1与混凝土相关压应力为

6 结 论

桥梁作为能够横跨铁路、山谷、海峡以及江海的建筑，在这几年工程量、技术难度以及工艺复杂度都在不断增大，同时由于其施工工程对应的高服务质量与负荷使得混凝土变形特性直接作用于整个工程的实际质量。本文着重分析了大跨径连续梁施工过程中预应力筋与孔道壁之间摩擦、预应力筋和台座间温差、预应力筋松弛等因素引起的预应力损失，为确保大跨径桥梁质量提供参考。