浅述预应力混凝土结构应力损失

探析预应力混凝土结构应力损失

苗巍 薛振环 刘霞

[摘 要]：本文根据预应力混凝土自身的特点，比较全面的分析了影响预应力混凝土在施工过程中预

应力损失的因素，并根据预应力损失原理提出减少损失应采取的措施，使得预应力的损失得到进一步减少，保证预应力混凝土的施工计算更为科学、精确。

[关键词] ：预应力；损失；因素

1. 引言

预应力混凝土构件是它在承受外荷载前，以人工的方法使构件混凝土产生压应力，并能长久的存在。预应力损失是指沿预应力混凝土构件长度方向，预应力筋中预拉应力的大小并不是一个恒定的值。由于受到施工因素、材料性能及环境条件的影响，在施工和使用过程中会逐渐的减小，这一现象为预应力损失。

预应力可改变钢筋混凝土构件开裂早、变形大、高强度钢筋无法使用的特点，被广泛的应用于桥梁及大型承重的构件中，因而预应力混凝土表现为良好的使用性能，显著的经济效果。而预应力损失严重的影响了预应力混凝土构件的使用性能，能否正确预计预应力损失并设法减少预应力的损失是保证预应力构件质量的关键。

2. 引发预应力损失的因素

（1）张拉端锚具变形引起的预应力损失

钢筋张拉至控制应力后，用锚具加以锚固。由于锚具本身的自锁和自锚能力差，锚具发生变形，锤销的强度小于预应力钢筋的强度，使得拉紧的钢筋回缩，从而引起预应力损失。

（2）钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失

后张法张拉钢筋时，钢筋与混凝土孔道之间有摩擦力存在。这主要是预留孔道的偏差及其孔道壁表面粗糙引起的。在曲线阶段，预应力钢筋对孔道壁还产生垂直于孔壁的压力。施工中预留孔道凸凹不平，偏离设计位置，从而增大了摩擦力。由于摩擦力的影响，从张拉端开始，每一截面上钢筋的实际预拉应力逐渐减小从而产生预应力损失。 （3）钢筋与台座之间的温差引起的预应力损失

对于先张法构件，预应力钢筋在常温下张拉并锚固在台座上，为了缩短生产周期，浇筑混凝土后进行蒸汽养护。在养护的升温阶段，钢筋因温度升高而伸长，因而钢筋的部分弹性变形就转化为温度变形，钢筋的拉紧程度就有所松弛，张拉应力有所降低。 同时由于台座的强度和刚度不足，稳定性较差，从而导致台座发生变形，倾覆和滑移引起预应力损失。

（4）钢筋应力松弛引起的预应力损失

钢筋在持久不变的应力作用下，会产生随着持续加荷时间延长而增加徐变变形。钢筋在一定拉应力的作用下，其长度固定不变，则钢筋中的应力将随时间延长而降低。钢筋的初拉应力越高，应力松弛越厉害；钢筋松弛与时间有关，初期发展快，以后逐渐稳定；钢筋松弛与温度有关，温度高松弛量越大；同时钢筋松弛量的大小与钢筋的品质有关。 钢筋的强度不高，钢筋的塑性较差，钢筋表面粗糙程度不足。张拉控制应力的取值，直接影响预应力混凝土的使用效果。若张拉控制应力取值过低，则预应力钢筋经过几种损

失后对混凝土产生的预压应力过小，不能有效的提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度。 （5）混凝土收缩徐变引起的预应力损失

混凝土的强度不高，预压力大于混凝土抗压应力，导致混凝土被压碎。同时混凝土粗骨料的粒径大小不当和混凝土自身具有收缩徐变的特性，在混凝土的收缩徐变过大时，引起预应力损失。而混凝土加热养护时，受张拉的预应力钢筋与承受拉力的设备之间的温度差再次引起预应力的损失。

（6）钢筋（螺旋钢丝）挤压混凝土引起的预应力损失

先张法构件的筋束张拉，与对混凝土施加预压应力，是先后完全分开的两个工序，当筋束被放松，对混凝土预加压力时，混凝土所产生的全部弹性压缩应变，将引起筋束的预应力损失。

环形结构的混凝土被螺旋式预应力钢筋箍紧，混凝土钢丝的挤压会发生压陷，使得钢丝回缩，引起预应力损失。损失的大小同构件的直径有关，构件的直径越小，压陷变形的影响越大，预应力的损失也就越大。

3. 减少预应力损失的措施

（1）锚具的选择

在预埋预应力钢筋张拉端锚垫板及喇叭钢筋,应考虑张拉端千斤顶位置有可能张拉施工，特别是对因建筑需要张拉端构件为斜面时尤为重要，避免增加垫片，并提高锚具的强度和刚度,同时选择强度高，刚度大，稳定性好，长度较长的台座，从而减小台座发生变形，滑移和倾覆。使用自身和自锚能力均好的夹具，同时应使锥销的强度大于预应力钢筋的强度

（2）减小钢筋与台座间的温差

为了减小钢筋与台座间的温差而引起的预应力损失，可采用二阶段升温法养护，即先用较低的温度养护，再开始进入高温养护，这样第二阶段的应力损失很小，可以忽略不计。也可以采用在钢模上张拉钢筋，将钢模和构件一起加热养护，也可以达到减少预应力损失的目的。

（3）预应力钢筋的选择

预应力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的蠕变。如果把预应力钢筋张拉到一定数值以后，将其长度固定不变，则预应力钢筋中的应力将会随时间延长而降低。预应力钢筋松弛量的大小与其材料品质有关，尽量采用塑性良好的钢筋增强张拉应力，塑性好，收缩量大，从而产生的预应力大。一般热轧钢筋的松弛比碳素钢丝小，而钢绞线的松弛比单根钢丝大。

在先张法构件中，当采用高强度钢筋时，在其表面应刻痕或压波，采用普通钢筋时，最好是变形钢筋，从而增加混凝土与钢筋之间的摩擦。 （4）混凝土质量的要求

为减少混凝土的收缩、徐变引起的预应力损失，应减小混凝土收缩徐变的变形。采用早强高标号的水泥，减小水泥用量，降低水灰比；采用级配较好的骨料，在允许的范围内，尽可能采用粒径较大，表面粗糙的粗骨料，从而增加混凝土和钢筋之间的粘结力；加强混凝土的震捣，提高混凝土的密实性；加强养护，张拉前应定期浇水养护，以减少混凝土收缩；延长混凝土的受力时间，控制混凝土的加载龄期。

对于先张法的构件可以提高钢筋与混凝土之间的粘结力；对采用后张法构件可以提高锚固端的局部承压承载力。 （5）张拉方法的选择

张拉方法可分为一端张拉和两端张拉。混凝土结构工程施工及验收规范规定，对曲线

预应力筋和长度大于30米的直线预应力筋，宜采用两端张拉。 （6）增加持荷时间

预应力钢筋张拉到一定的应力值后，将其长度固定不变，则预应力钢筋中的应力将会随时间延长而降低，即预应力钢筋的应力松弛。而在短时间内，用超张拉设计初应力5%--10%的应力张拉预应力钢筋，保持2—5分钟，然后降至设计控制应力值，可使构件中由预应力钢筋松弛而引起的应力损失减小约为40%—50%。

4. 结论

通过分析影响混凝土构件预应力损失的因素，可以总结出主要是施工和设备两种因素对其的影响，而减小预应力损失的措施，主要是针对提高施工的质量，构件的精度，因此，在处理预应力损失问题上把握好施工和设备两道关，便会起到显著的效果。

参考文献

[1] 杜拱辰.现代预应力混凝土结构.北京：中国建筑出版社，1988.

[2] 熊学玉.现代预应力混凝土结构设计与施工..安徽建筑工业学院，1994 [3] 混凝土结构工程施工验收规范

[4] 郭正兴，李金根主编.建筑施工.南京：东南大学出版社，1999.

[5] 吕志涛，孟少平.现代预应力混凝土设计.北京：中国建筑工业出版社，1998.