如何控制混凝土構(gòu)件預(yù)應(yīng)力損失

　1、前言

　　普通鋼筋混凝土受拉或受彎構(gòu)件中，由于混凝土的抗拉強度及極限拉應(yīng)變都很低，即使混凝土發(fā)生體積變化時沒有受到外部的約束，混凝土內(nèi)部已經(jīng)有了微裂縫。在使用荷載作用下，通常是帶裂縫工作。由于混凝土終凝后，隨時間的推移而出現(xiàn)的因變形而引起的裂縫(如溫度的變化、收縮、膨脹;不均勻沉陷;因外部荷載作用引起的裂縫;因化學(xué)作用引起的裂縫等等)，此類裂縫產(chǎn)生的根源是由于混凝土發(fā)生體積變化受到約束，在其內(nèi)部引起了過大拉應(yīng)力(或拉應(yīng)變)而產(chǎn)生的。為了避免鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫過早出現(xiàn)，并充分利用其高強度鋼筋及高強混凝土，可以在結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受荷載前，使它產(chǎn)生預(yù)壓力來減小或抵消荷載所引起的混凝土拉應(yīng)力，從而使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的拉應(yīng)力不大，甚至處于受壓狀態(tài)，因而產(chǎn)生了預(yù)應(yīng)力混凝土。

　　預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)截面小，剛度大，抗裂性和耐久性好，在當今世界各地的建筑領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，促進了混凝土的結(jié)構(gòu)發(fā)展，因而，面對現(xiàn)在實況，我們有必要對其進行深入細致研究與分析，充分認識并發(fā)揮預(yù)應(yīng)力混凝土的自身優(yōu)點，從而進一步提高預(yù)應(yīng)力混凝土在工程中的應(yīng)用，延長其使用壽命，提高綜合效益。

　　2、引起預(yù)應(yīng)力損失的因素

　　2.1由于施工設(shè)備引起的預(yù)應(yīng)力損失

　　由于臺座的強度和剛度不足，穩(wěn)定性較差，從而導(dǎo)致臺座發(fā)生變形，傾覆和滑移引起預(yù)應(yīng)力損失。由于夾具本身的自鎖和自錨能力差，錐銷的強度、硬度小于預(yù)應(yīng)力筋的強度、硬度，從而引起預(yù)應(yīng)力的損失。

　　2.2由于混凝土材料引起的預(yù)應(yīng)力的損失

　　由于混凝土的強度不高，預(yù)壓力大于混凝土抗壓應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土被壓碎，從而引起預(yù)應(yīng)力的損失。由于混凝土自身具有收縮和徐變的特征，在混凝土收縮和徐變過大時引起預(yù)應(yīng)力的損失。由于粗骨料粒徑的大小不當，引起預(yù)應(yīng)力的損失。鋼筋(鋼絲)的強度不高引起預(yù)應(yīng)力的損失。鋼筋(鋼絲)的塑性較差引起預(yù)應(yīng)力的損失。鋼筋(鋼絲)表面粗糙程度不足引起預(yù)應(yīng)力的損失。

　　2.3由于張拉控制應(yīng)力引起的預(yù)應(yīng)力損失

　　張拉控制應(yīng)力的取值，直接影響預(yù)應(yīng)力混凝土的使用效果。假若張拉控制應(yīng)力取值過低，則預(yù)應(yīng)力鋼筋經(jīng)過幾種損失后對混凝土產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力過小，不能有效提高預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗裂度和剛度。

　　2.4由于溫度差引起的預(yù)應(yīng)力損失

　　由于混凝土加熱養(yǎng)護時，受張拉的預(yù)應(yīng)力鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間的溫度差別從而引起的預(yù)應(yīng)力損失。由于張拉時鋼筋與臺座的溫度相同均為t1，混凝土加熱養(yǎng)護時的zui高溫度為t2，此時由于鋼筋尚未與混凝土粘結(jié)，溫度由t1升為t2后可在混凝土中自由變形。當停溫養(yǎng)護時，混凝土已與鋼筋粘結(jié)在一起，鋼筋和混凝土將同時隨溫度變化而共同伸縮。因養(yǎng)護升溫所降低的應(yīng)力已不可恢復(fù)，于是形成溫差應(yīng)力損失。

　　2.5時間引起的損失

　　因混凝土徐變和收縮及鋼束的松弛，隨時間的推移將發(fā)生預(yù)應(yīng)力的損失。在每個施工階段內(nèi)考慮混凝土構(gòu)件的時間依存性來計算由徐變及收縮引起的變形。然后用計算得到的變形量來考慮鋼束張拉應(yīng)力的損失效應(yīng)。在每個階段可以通過圖表來確認預(yù)應(yīng)力損失的計算結(jié)果。當鋼束施加張拉應(yīng)力，維持其一定的應(yīng)變時，作用到鋼束上的張拉應(yīng)力隨時間的推移逐漸地減小，這個現(xiàn)象稱之為松弛。由松弛引起的損失隨作用到的初始應(yīng)力的大小、經(jīng)歷的時間、制品的性質(zhì)，其結(jié)果也是各不相同的。

　　2.6混凝土彈性變形引起的損失

　　給混凝土施加預(yù)應(yīng)力，混凝土受壓，其長度變小。這樣，錨固于混凝土的鋼束的長度也會變小，鋼束的張拉應(yīng)力也隨之變小。這樣的由彈性變形引起的損失在先張法和后張法都發(fā)生，只是其形態(tài)略有不同。采用先張法施工的時候，在把張拉力施加到構(gòu)件的瞬間，鋼束就會發(fā)生彈性收縮，隨之長度變短，這樣就產(chǎn)生了預(yù)應(yīng)力損失。后張法是與先張法不同，它是沒有專門的固定支架的，而是以已經(jīng)凝固的混凝土為支撐，來張拉鋼束。這樣，混凝土構(gòu)件收縮現(xiàn)象是與先張法相同的，只是因為鋼束的張力的測量是混凝土構(gòu)件彈性收縮后進行的，因此不會有混凝土彈性變形引起的張力損失。

　　2.7預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道間壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失

　　彎道引起的摩擦力。管道偏差引起的摩擦力。張拉曲線鋼筋時，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋和孔道壁之間的法向正應(yīng)力引起摩擦阻力;預(yù)留孔道施工中某些發(fā)生凸凹不平，偏離設(shè)計位置，張拉鋼筋時，預(yù)應(yīng)力鋼筋和孔道壁之間產(chǎn)生法向正應(yīng)力引起摩阻力。

　　3、減少預(yù)應(yīng)力損失的方法

　　選用強度高，剛度大，穩(wěn)定性良好的臺座，從而減少臺座發(fā)生變形，滑移和傾覆。使用自身和自錨能力均好的夾具，同時應(yīng)使錐銷的強硬度大于預(yù)應(yīng)力筋的強硬度。在先張拉法中盡量少使用墊板，因為每增加一塊墊板，錨具變形和鋼筋內(nèi)縮值就增加1mm。盡可能增加(在條件允許下)臺座的長度。

　　選用強度高的混凝土。因為強度高的混凝土對采用先張法的構(gòu)件可以提高鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力;對采用后張法的構(gòu)件可提高錨固端的局部承壓承載力。采用高標號水泥，減少水泥用量，降低水灰比;采用級配較好的骨料，加強混凝土的振搗，提高混凝土密實性，從而減少混凝土的收縮徐變。

　　在允許范圍內(nèi)，盡可能采用粒徑較大，表面粗糙的粗骨料，從而增強混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)力。混凝土預(yù)應(yīng)力的大小，取決于預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉壓力的大小，當采用高強度的鋼筋(鋼絲)時，由于超拉張，鋼筋(鋼絲)因強度不足產(chǎn)生斷裂，從而引起預(yù)應(yīng)力損失。

　　盡量采用塑性良好的鋼筋(鋼絲)增強張拉應(yīng)力，當去除張拉應(yīng)力后，鋼筋(鋼絲)的收縮量與鋼筋(鋼絲)塑性有關(guān)，塑性好，收縮量大，從而產(chǎn)生預(yù)壓力大。在先張法構(gòu)件中，當采用高強度鋼筋(鋼絲)時，在其表面應(yīng)刻痕或壓波，采用普通鋼筋時，是變形鋼筋，從而增強混凝土與鋼筋(鋼絲)之間摩擦。

　　施工中為了減少應(yīng)力松弛等原因造成的預(yù)應(yīng)力損失，一般要進行超拉張，先控制張拉應(yīng)力為1.05σ-1.1σ，持續(xù)荷載2-5min然后卸掉荷載，再施加張拉應(yīng)力至σ，同時盡量使用熱軋鋼筋，少用碳素鋼絲，從而減少由于應(yīng)力松弛引起預(yù)應(yīng)力損失值。對于較長的構(gòu)件可在兩端張拉，則在計算孔洞的長度時可以按構(gòu)件一半長度計算，兩端張拉可以減少由于摩擦引起的損失。

　　在有彎道的構(gòu)件中，預(yù)應(yīng)力鋼絲表面應(yīng)該盡可能光滑，必要時可以涂上油脂，從而減少由于彎道引起摩擦阻力。在預(yù)留孔道時，嚴格按照規(guī)范操作，盡可能減少孔道表面的凸凹不平，從而減少預(yù)應(yīng)力損失。由于預(yù)應(yīng)力筋對混凝土的擠壓，使環(huán)形構(gòu)件的直徑有所減小，預(yù)應(yīng)力筋中的拉應(yīng)力就會降低，從而引起預(yù)應(yīng)力損失。故盡可能采用較大直徑的環(huán)形構(gòu)件，從而減少預(yù)應(yīng)力損失。